秦宇 綜述 梁剛 審校

云南大學(xué)附屬醫(yī)院云南省第二人民醫(yī)院云南省眼科醫(yī)院，云南 昆明 650000

近年來，眼生物力學(xué)尤其是角膜生物力學(xué)逐漸成為研究熱點，可視化角膜生物力學(xué)分析儀(corneal visualization Scheimpflug technology，Corvis-ST)作為唯一一個能全程實時記錄動態(tài)角膜形變反應(yīng)來分析角膜生物力學(xué)特性的儀器被廣泛應(yīng)用于臨床，其在角膜屈光手術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用也受到廣泛關(guān)注。隨著角膜屈光手術(shù)的發(fā)展，角膜生物力學(xué)特性的評估在角膜屈光手術(shù)領(lǐng)域也逐漸成為臨床上關(guān)注的熱點問題。

1 角膜及其生物力學(xué)特征

角膜是一種具有黏彈性的生物材料，角膜的材料特性可以歸納為三點，即黏性、彈性和剛度，這些材料特性使得角膜具有復(fù)雜的生物力學(xué)特征。角膜的生物力學(xué)特征對于維持角膜的正常形態(tài)及功能具有重要的作用，其生物力學(xué)的改變與許多疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，在許多角膜疾病中,角膜生物力學(xué)的改變常常早于臨床癥狀的出現(xiàn)。

2 生物力學(xué)的測量方法

角膜生物力學(xué)的測量方法有離體測量和活體測量兩大類。離體測量方法存在樣本制作的過程，在這個過程中，角膜膠原纖維的自然走行被破壞、角膜脫水，會使測量結(jié)果與真實值存在差異，且無法在臨床實踐中作為有效的測量手段而得到廣泛應(yīng)用。后來逐漸引入了活體測量的方法，最早引入的能夠活體評估生物力學(xué)的臨床設(shè)備是眼反應(yīng)分析儀(Reichert Ocular Response Analyzer，ORA)，隨后是corvis ST 可視化角膜生物力學(xué)分析儀。這兩種設(shè)備均是依靠空氣脈沖使角膜產(chǎn)生形變從而評估角膜生物力學(xué)形變反應(yīng)參數(shù)。眼反應(yīng)分析儀對角膜形變反應(yīng)進行間接評估，利用一種動態(tài)雙向壓平過程測量眼壓，使測得的眼壓值真實可靠，并得到反應(yīng)角膜生物力學(xué)特性的指標：角膜滯后量和角膜阻力因素，但有學(xué)者認為，ORA未系統(tǒng)的將測量所得的參數(shù)與角膜生物力學(xué)特性之間建立直接關(guān)系，無法形象可觀的展示角膜的生物力學(xué)特性。Corvis-ST則使用超高速Scheimpflug成像直接評估動態(tài)角膜形變反應(yīng)(DCR)，攝像機在31 ms內(nèi)可記錄140幅水平切面圖像，拍攝幀數(shù)可達到4300幅/s，140 張圖片完整地描述了角膜生物力學(xué)反應(yīng)全過程，這使得角膜生物力學(xué)的測量可視化且提供了大量的生物力學(xué)形變反應(yīng)參數(shù)[1]，相比其他的生物力學(xué)測量方法，Corvis-ST通過將動態(tài)角膜形變反應(yīng)指標與角膜地形圖的形態(tài)學(xué)指標相結(jié)合，提供了更多且更直觀的生物力學(xué)參數(shù)，且有較好的重復(fù)性和再現(xiàn)性，因此在臨床上得到到廣泛應(yīng)用。

3 Corvis-ST生物力學(xué)測量在屈光手術(shù)方面的應(yīng)用

3.1 角膜擴張性疾病的檢測 圓錐角膜是角膜屈光手術(shù)的絕對禁忌證，可導(dǎo)致嚴重的不可逆性術(shù)后并發(fā)癥，因此角膜屈光手術(shù)前有效篩查早期圓錐角膜及檢測角膜擴張一直是臨床上關(guān)注的重點。角膜的機械不穩(wěn)定性被認為是圓錐角膜的初始事件，常常發(fā)生在角膜形態(tài)變化之前，但目前常用于幫助檢測圓錐角膜的影像照相或光學(xué)相關(guān)斷層掃描等技術(shù)只能檢測出角膜形態(tài)的改變，而無法測量角膜的機械穩(wěn)定性，對早期圓錐角膜的檢出有一定的局限性，因此角膜生物力學(xué)測量對幫助診斷尚處于“生物力學(xué)”階段的擴張顯得十分重要[2]。Corvis-ST角膜生物力學(xué)檢查在整個角膜動態(tài)形變反應(yīng)過程中通過采集和分析角膜生物力學(xué)反應(yīng)獲取了的一系列生物力學(xué)參數(shù)，為早期角膜擴張性疾病的檢出提供了幫助。根據(jù)CYNTHIA ROBERTS 教授和WILLIAM DUPPS 教授的假設(shè)，角膜擴張的形態(tài)學(xué)改變是早期生物力學(xué)改變的結(jié)果。根據(jù)Dubbs和Roberts提出的模型，在角膜擴張的發(fā)生發(fā)展過程中，首先發(fā)生局部彈性模量的降低，這導(dǎo)致了一個生物力學(xué)失代償循環(huán)，進一步導(dǎo)致角膜形態(tài)學(xué)的改變。因此從理論上講，可以在早期根據(jù)角膜生物力學(xué)特性的改變來檢測角膜擴張。CBI (Corvis Biomechanical Index)就是為了這個目的而開發(fā)的，它基于不同動態(tài)角膜反應(yīng)(DCR)參數(shù)、硬度參數(shù)和水平切面角膜厚度分布的Logistic 回歸公式得出。VINCIGUERRA 等[3]在一項多中心回顧性研究中證實了CBI對區(qū)分正常眼和圓錐角膜眼有高度的敏感性和特異性。CBI在篩查亞臨床或頓挫型圓錐角膜的臨床應(yīng)用價值也已在VINCIGUERRA等[4]的研究中得到證實，他們發(fā)現(xiàn)，許多病例即使沒有觀察到地形圖異常，也可以由CBI 檢測出圓錐角膜。此外，AMBRóSIO 等[5]提出使用一個聯(lián)合了Scheimpflug 斷層掃描和生物力學(xué)的指數(shù)—TBI (Tomographic and Biomechanical Index)來增強對角膜擴張性疾病的檢測。他們通過留-法交叉驗證得出，TBI與其他技術(shù)相比，在檢測角膜擴張方面提供了更高的準確性，對亞臨床擴張十分敏感。未來CBI還很有可能證實單側(cè)擴張的存在，幫助描繪和理解角膜固有的擴張易感性，可作為未來研究的主題。角膜地形圖的Belin/Ambrosio 綜合偏差值(BAD-D)也被認為是檢測輕微角膜擴張的重要參數(shù)。ROBERTS 等[1]在2017 年中通過研究得出，在動態(tài)Scheimpflug分析儀提供的所有角膜動態(tài)反應(yīng)參數(shù)中，除峰距外，其余參數(shù)在正常眼和圓錐角膜眼之間均有顯著差異。目前，大量的研究已經(jīng)證實了corvis-ST角膜生物力學(xué)分析在區(qū)分正常角膜和圓錐角膜上的有效性[6-13]。corvis-ST 所提供的CBI、TBI、BAD-D 等綜合性指標與以往單一的生物力學(xué)指標不同，它通過把pantacam 角膜地形圖的靜態(tài)形態(tài)學(xué)指標與corvis-ST的動態(tài)角膜形變反應(yīng)參數(shù)結(jié)合起來，從形態(tài)學(xué)和力學(xué)兩方面對角膜擴張及角膜的生物力學(xué)穩(wěn)定性進行綜合分析，直觀且更有效的為臨床醫(yī)師在臨床上對手術(shù)患者及手術(shù)方式的選擇提供了重要參考，具有很大的臨床應(yīng)用價值。然而，要真正將這些生物力學(xué)參數(shù)得到有效的利用，幫助臨床診斷，還需進行更深入的探索研究及臨床觀察，將生物力學(xué)參數(shù)與患者其他臨床數(shù)據(jù)相結(jié)合，完成從單一指標評估到綜合評估的轉(zhuǎn)變。

AMBRóSIO等[5]通過針對意大利、巴西受試者的臨床試驗得出區(qū)分正常眼與圓錐角膜的診斷臨界值TBI 為0.48、CBI 為0.46、BAD-D 為1.62，區(qū)分正常眼與頓挫型圓錐角膜眼診斷臨界值TBI 為0.29、CBI 為0.07、BADD 為1.2；而KATARIA 等[14]對南亞地區(qū)受試者的研究中發(fā)現(xiàn)區(qū)分正常眼與中等程度圓錐角膜的診斷臨界值TBI 為0.63、CBI 為0.13、BADD 為2.25。張明悅等[12]的研究發(fā)現(xiàn)，區(qū)分正常眼和圓錐角膜眼(雙眼圓錐角膜、單眼圓錐角膜和頓挫型圓錐角膜)TBI、CBI、BAD-D的臨界值分別為0.685、0.027 和1.660，區(qū)分正常眼和頓挫型圓錐角膜眼TBI、CBI、BAD-D的臨界值分別為0.255、0.019 和1.025。這些數(shù)值上的差異提示，在臨床工作中，使用corvis生物力學(xué)檢查指標進行診斷參考前，要充分認識到由于不同人種、不同民族甚至不同性別、年齡的差異。未來，希望能夠通過大量的臨床數(shù)據(jù)進一步研究探討不同人種或人群之間生物力學(xué)特性的差異、這些差異是否存在、存在著什么樣的差異。特別是對于一個多民族國家來說，不同民族生物力學(xué)特征的差異會對臨床工作者術(shù)前及術(shù)后對生物力學(xué)穩(wěn)定性的判斷產(chǎn)生重大的影響，通過對不同民族的生物力學(xué)指標進行檢測，建立數(shù)據(jù)庫，并分析不同民族人群的生物力學(xué)特征的差異，將進一步的提高生物力學(xué)的個性化評價，真正實現(xiàn)屈光手術(shù)的個性化精準醫(yī)療。

3.2 術(shù)前術(shù)后眼壓的測量 高度近視眼與青光眼高度相關(guān)，在屈光手術(shù)術(shù)前檢查的人群中青光眼的檢出率較高，眼壓作為青光眼診斷的一項重要參考指標，角膜屈光手術(shù)術(shù)后由于角膜厚度等的改變，會影響青光眼診斷中眼壓數(shù)值的判斷，因此將眼壓的測量納入屈光手術(shù)術(shù)前檢查中具有重要的意義。在角膜屈光手術(shù)后，由于激素等藥物的使用，有激素導(dǎo)致術(shù)后眼壓升高的個案，若不能在術(shù)后復(fù)查期間及時發(fā)現(xiàn)眼壓的異常，會造成術(shù)后激素性青光眼的漏診，因此眼壓的測量在屈光手術(shù)術(shù)后檢查中也十分重要。

目前臨床上常用的眼壓測量方式有以goldman眼壓計(GAT)為代表的壓平式眼壓計和非接觸式眼壓計(NCT)。無論是壓平式眼壓計還是非接觸式眼壓計，均或多或少的受到眼球壁硬度、角膜厚度、角膜曲率形態(tài)和彈性的影響。在角膜屈光手術(shù)術(shù)后，角膜的正常結(jié)構(gòu)、形態(tài)、角膜厚度和強度均發(fā)生改變，所測出的眼壓值都明顯低于術(shù)前，這是由于術(shù)后角膜變平、變薄造成的，而實際的眼壓可能并沒有降低，因此屈光手術(shù)術(shù)后的眼壓測量應(yīng)該予以矯正。在眼壓測量上，Corvis-ST提供了一個校正眼壓值，利用有限元分析模型，考慮了角膜厚度、角膜曲率、形態(tài)因子、年齡和IOP值等多參數(shù)的變化范圍，建立bIOP(Biomechanically Corrected IOP生物力學(xué)校正眼內(nèi)壓)的校正方程，校正了角膜厚度、年齡、角膜生物力學(xué)對眼內(nèi)壓的影響，即使在極端的生物力學(xué)狀況下(如角膜屈光手術(shù)后)也能精確的測量出眼內(nèi)壓值，并顯示出穩(wěn)定的眼壓測量結(jié)果[15-17]。由于bIOP基于數(shù)據(jù)分析而不是特定人群的研究，所以適用于所有患者，且已通過多個獨立臨床數(shù)據(jù)庫驗證[18-20]。進一步了解眼壓與生物力學(xué)之間的關(guān)系也有助于臨床上對不同生物力學(xué)狀態(tài)的人群進行眼壓的評估。

3.3 不同屈光手術(shù)方式對角膜生物力學(xué)影響的研究 角膜屈光手術(shù)通過切削角膜基質(zhì)來改變角膜的屈光狀態(tài)，不僅僅使角膜厚度發(fā)生了改變，同時不可避免的破壞了角膜生物力學(xué)結(jié)構(gòu)的完整性，而不同手術(shù)方式、切削深度、角膜等對生物力學(xué)影響又不同，若術(shù)后生物力學(xué)的改變異?；蝻@著，將會引起角膜擴張等嚴重的并發(fā)癥。為進一步了解不同手術(shù)方式作用于角膜組織后其生物力學(xué)變化的特點，corvis-ST提供了生物力學(xué)指標來評價屈光手術(shù)術(shù)后角膜的生物力學(xué)穩(wěn)定性，被廣泛得到應(yīng)用。此外，在2019 年，PAOLO VINCIGUERRA 教授聯(lián)合世界數(shù)家屈光中心經(jīng)過大樣本數(shù)據(jù)研究開發(fā)了出一項全新的CBI-LVC指數(shù)：(Corneal stability after laser vision correction)，研究通過對未手術(shù)正常眼、圓錐角膜眼、激光術(shù)后角膜穩(wěn)定眼、激光術(shù)后角膜膨隆眼四組眼corvis 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計學(xué)分析，最終得出CBI-LVC指數(shù)協(xié)助臨床上評估角膜屈光手術(shù)術(shù)后角膜生物力學(xué)的穩(wěn)定性，但目前，對CBI-LVC 指數(shù)在角膜屈光手術(shù)術(shù)后評估生物力學(xué)穩(wěn)定性有效性的相關(guān)臨床研究有限，對于其應(yīng)用價值還有待進一步的驗證。

從已有的臨床研究中可以得知：目前主流的多種角膜屈光手術(shù)中表層手術(shù)與板層手術(shù)相比，由于沒有角膜瓣的制作過程，且無需進行角膜基質(zhì)的切開，在相同屈光不正度數(shù)的情況下其切削深度較少，對角膜膠原纖維的破壞較少，因此從倫理上講，表層手術(shù)對角膜生物力學(xué)的影響應(yīng)小于板層手術(shù)。LEE等[15]利用corvis-ST 分析了TPRK 和Fem-LASIK 術(shù)后bIOP 和角膜動態(tài)反應(yīng)參數(shù)的變化，指出TPRK 手術(shù)相較于Fem-LASIK 手術(shù)，在角膜生物力學(xué)方面的影響較小。HASHEMI等[19]在一個前瞻性研究中指出準分子激光屈光手術(shù)對角膜生物力學(xué)性能有顯著影響，而FS-LASIK 發(fā)生的變化比PRK-MMC 更顯著。國內(nèi)外多項臨床研究結(jié)果證實了表層切削術(shù)在角膜生物力學(xué)方面的優(yōu)勢。另外，飛秒激光小切口角膜基質(zhì)透鏡取出術(shù)(SMILE)由于它切口小、不存在制瓣過程，且飛秒激光能夠超高速地在角膜瓣下及角膜基質(zhì)間完成光滑切削的特點，被廣泛認為是對角膜生物力學(xué)穩(wěn)定性影響相對較小的手術(shù)方式。有研究通過生物力學(xué)分析對比SMILE和LASIK術(shù)后角膜生物力學(xué)改變，指出SMILE 手術(shù)術(shù)后生物力學(xué)要優(yōu)于LASIK 手術(shù)[21]。EL-FATTAH 等[22]認為Fem-LASIK 術(shù)后角膜生物力學(xué)的穩(wěn)定性要優(yōu)于LASIK術(shù)后，進一步提供了飛秒激光切削有利于生物力學(xué)穩(wěn)定性的證據(jù)。雖然目前臨床上廣泛認可了SMILE 手術(shù)對角膜生物力學(xué)的影響最小，但仍有SMILE術(shù)后角膜擴張病例的報道[23]。這些研究表明，不同屈光手術(shù)對角膜生物力學(xué)的影響存在差異，但也有研究發(fā)現(xiàn)FS-LASIK 手術(shù)與SMILE 手術(shù)相比，術(shù)后生物力學(xué)改變無明顯的差異[24]。因此，欲了解不同屈光術(shù)后生物力學(xué)特性的變化仍需更多的模擬和臨床試驗研究來進一步描述和證實不同手術(shù)類型相關(guān)的生物力學(xué)變化模式[25]、要充分考慮到CCT、角膜切削厚度和剩余角膜厚度在各種手術(shù)中與生物力學(xué)穩(wěn)定性都有較強的相關(guān)性這一要素，在評價術(shù)后生物力學(xué)指標變化時還需對比不同手術(shù)方式生物力學(xué)指標變化與角膜切削量的相關(guān)性大小。在目前研究進展的基礎(chǔ)上，進一步探究不同的手術(shù)方式、角膜瓣厚度、側(cè)切角度、光學(xué)區(qū)大小和切削深度等對術(shù)后角膜生物力學(xué)產(chǎn)生的影響，有望在未來指導(dǎo)手術(shù)的選擇和個性化手術(shù)設(shè)計，進一步提高手術(shù)的安全性[26-29]。另外，目前相關(guān)研究多將Corvis ST 運用于角膜屈光手術(shù)的術(shù)前與術(shù)后較短時間角膜生物力學(xué)特性變化的觀察，關(guān)于術(shù)后長時間追蹤的研究還較少，對于術(shù)后較長時間，隨著角膜的修復(fù)和組織重建，不同手術(shù)方式之間生物力學(xué)的差異還是否存在，也是一個值得去探究的問題。曹雪倩等[30]在評價FS-LASIK、SBK、LASEK術(shù)后生物力學(xué)變化的研究中發(fā)現(xiàn)，術(shù)后3個月時，各組間的各項生物力學(xué)參數(shù)差異均無統(tǒng)計學(xué)意義，各種手術(shù)對生物力學(xué)的影響在1 年甚至數(shù)年后是否有不同仍有待更多隨訪研究。

4 總結(jié)

總之，Corvis-ST 提供的角膜生物力學(xué)、角膜動態(tài)反應(yīng)及眼壓參數(shù)，為屈光手術(shù)術(shù)前術(shù)后評估提供了大量可靠的依據(jù)。未來，隨著Corvis ST臨床數(shù)據(jù)的逐漸豐富，研究的不斷深入，逐步建立屈光手術(shù)的角膜生物力學(xué)模型并預(yù)測術(shù)后角膜生物力學(xué)改變，將對術(shù)前篩查、手術(shù)方式選擇、手術(shù)設(shè)計、術(shù)后檢查等各個方面提供更好的指導(dǎo)。