白內(nèi)障手術精細化，數(shù)據(jù)“描繪”角膜生物力學特性不可少

費菲

“身處在醫(yī)改大潮中，很多難解的醫(yī)學課題需要我們?nèi)スタ?，除了科研問題，在當前醫(yī)改工作當中，不管是公立醫(yī)院或是民營醫(yī)院，如何解決好看病難看病貴的問題，是當下作為一名醫(yī)師和醫(yī)院管理者必須要做好的一件工作?！?/p>

——天津市眼科醫(yī)院院長湯欣

過去幾年中，對角膜組織的生物力學特性及其對角膜疾病影響的研究越來越多，成為預防和評價相關眼科疾病關注的話題。

在精準醫(yī)學·創(chuàng)新學術論壇暨2017濟南協(xié)和眼科中心高峰論壇上，中華醫(yī)學會眼科學分會常務委員、天津市眼科醫(yī)院院長湯欣教授從臨床思考的問題出發(fā)，深入闡述了白內(nèi)障手術中角膜生物力學特性。湯欣教授從4個方面揭示了角膜生物力學性能測量在角膜疾病診斷、角膜屈光手術效果預測及眼內(nèi)壓測量等方面的重要意義——應用可視化角膜生物力學分析儀（Corvis ST）測量老年人角膜生物力學參數(shù)，分析了角膜生物力學特性；觀察白內(nèi)障超聲乳化術后軸性高度近視患者角膜生物力學變化；同時分析了不同手術切口方式的生物力學改變；并比較了飛秒激光輔助的白內(nèi)障手術與超聲乳化手術術后角膜生物力學變化。

湯欣教授首先介紹了力學的基本概念。他指出，力的效應是指在人體內(nèi)廣泛存在力對介質、組織和器官的運動效應。生物體內(nèi)應力應變與細胞生長的關系就是應力與生長關系的理論。應力作用于單位面積上的表面力。在力學中按受力后是否形變分為剛體和變形體，角膜屬于變形體。

生物力學研究對角膜有何意義？

生物力學是指應用物理力學的方法和理論來研究生物和人體在宏觀和微觀水平上的力學性質和行為。它是分析發(fā)生在生命活動過程中的各種力學現(xiàn)象和過程，也是了解生物和人體一部分及相對于另一部分，以及整個機體在空間和時間上發(fā)生位移和運動的力學規(guī)律。

角膜與青光眼、屈光密切相關。與生物力學相關的角膜組織結構特點有：角膜從前到后分為上皮細胞層、前彈力層、基質層、后彈力層、內(nèi)皮細胞層5層。角膜組織是人體典型的粘彈性組織，其5層結構有其不同的與組織結構相關的生物力學特點。白內(nèi)障的摘除手術，主要經(jīng)歷三個階段，首先是撕囊，在晶體前囊膜開一個圓形的口子；然后進行超聲乳化，將白內(nèi)障的晶體核震蕩成小碎塊吸出來；最后，植入人工晶體。以前眼科醫(yī)師對角膜的生物力學特性了解不多，只是看看角膜是否透明，十幾年前白內(nèi)障手術被視為復明手術，如今白內(nèi)障手術已經(jīng)歸結到屈光手術，需要我們更多地了解影響屈光手術療效的因素。

角膜整體抗張強度主要來自含有膠原纖維的前彈力層和基質層。了解到這一點，對我們設計手術切口十分重要。前彈力層結構特點如下：8～12μm無細胞透明結締組織，由直徑20～20μm的膠原纖維以非束狀且無規(guī)則方式排列而成，人眼角膜各層組織結構中其黏附性抗拉強度最大?；|層粘合力：角膜基質層間黏合力最強至最弱的區(qū)域依次為周邊前部1/3基質、中央前部1/3基質、周邊后部2/3基質、中央后部2/3基質、后彈力層。（王雁，趙堪興，《飛秒激光屈光手術學》，人民衛(wèi)生出版社，2014，北京）。

手術切口如何設計才是合理的？很多醫(yī)師為節(jié)省時間，行白內(nèi)障手術是一刀直接插入，但我們始終行三平面透明角膜切口，對黏合度、術后的密閉性和預后更好。階梯狀隧道切口切斷板層組織相對更少，對術后角膜切口的張力強度更有益。手術切口設計優(yōu)劣的衡量標準主要有兩條：一是減少術后角膜源性散光，二是避免術后可能造成的切口嚴重感染。

彈性（Elasticity）是指材料變形后恢復原有形狀的能力。彈性模量為描述角膜彈性材料特性指標之一，彈性模量=應力/應變，彈性模量值越高，代表材料越硬。人角膜應力-應變關系呈現(xiàn)非線性的特點。黏性（Viscosity）是指流體受到剪切力或拉伸應力時抵抗形變的能力。黏性是流體的固有屬性，描述流體黏性大小的物理量為黏度，也稱粘滯系數(shù)。黏彈性（Viscoelasticity）：材料在變形過程中同時表現(xiàn)出彈性和黏性，產(chǎn)生蠕變，應力松弛和滯后。各向異性（Anisotiopy）是指材料特性在各方向上不具有一致性。角膜不同部位膠原纖維交聯(lián)不同角膜，中央板層之間的黏合力明顯小于周邊部，下方層間黏合力小于上方、鼻側及顳側周邊。

以往對角膜的注意點如下：角膜的非對稱Q值：非球面IOL，手術導航系統(tǒng)/角膜后面表面的散光：Toric IOL。角膜切口的構型，密閉性和生物力學性能。角膜作為人體最重要的軟組織之一，對其特性的完整描述除了角膜厚度、曲率等形態(tài)學指標，還應包括角膜在受力時表現(xiàn)出的生物力學特性。角膜生物力學特征頗為復雜，且不是固定不變的。臨床眼科中角膜的微觀結構發(fā)生變化，角膜生物力學屬性也會隨之發(fā)生變化，且隨年齡增長呈現(xiàn)下降趨勢。

角膜生物力學性能的測量主要包括離體測量和活體測量兩類，前者包括角膜軸向拉伸法、角膜膨脹法、離體全眼球膨脹測量法等，不能真正反映活體角膜生物力學特性，臨床醫(yī)師很少使用。后者可包括激光共焦顯微鏡、超聲彈性顯微鏡、眼反應分析儀（ORA）、可視化角膜生物力學分析儀等進行測量。

Corvis ST是一種新型的活體角膜生物力學性能的儀器，可以客觀地顯示這一過程。全球第一臺可視化角膜生物力學測量儀，可快速、非接觸、自動化采集。其原理是通過超高速Scheimpflug拍攝技術，以每秒4330幀，空氣脈沖后在31毫秒內(nèi)可捕獲140幅圖像，拍攝范圍為水平方向8mm。初始狀態(tài)（Original state）是角膜未接觸氣壓脈沖。中央角膜厚度（CCT）即角膜頂點處角膜前后表面垂直距離。第一次壓平包括時間、速度和長度。第一次壓平時間（First applanation time）是指角膜由初始狀態(tài)至第一次壓平經(jīng)過的時間；第一次壓平速度（Velocity in）是指第一次壓平時，角膜頂點壓陷的速度，方向為正值。最大壓陷是指角膜頂點處于最大變形幅度時。最大壓陷時間指的是角膜由初始狀態(tài)至最大壓陷經(jīng)過的時間。反向曲率半徑是指最大壓陷時，角膜前表面曲率半徑。峰距是指最大壓陷時，角膜非變形部分最高點之間的距離。變形幅度是指角膜由初始狀態(tài)至最大壓陷，角膜頂點產(chǎn)生的垂直距離。

第二次壓平（applanation2）是指角膜中央0.5mm區(qū)域形態(tài)由凹面向凸面轉變的瞬間，包括時間、速度和長度。第二次壓平時間是指角膜由初始狀態(tài)至第二次壓平經(jīng)過的時間。第二次壓平速度（Velocity in）是指第二次壓平時，角膜頂點反彈的速度，方向為負值。第二次壓平長度是指第二次壓平時，角膜前表面壓平部分的長度。

眼軸長度、角膜曲率：對角膜生物力學參數(shù)有無影響？

湯欣教授介紹，我院的第一項研究是應用可視化角膜生物力學分析儀，Corvis ST測量不同眼軸長度和角膜曲率的老年人角膜生物力學參數(shù)，分析探究其生物力學特性。研究收集擬接受白內(nèi)障手術術前人群，共220人（426只眼睛），平均年齡為69.97±5.81歲（60-80歲）。依據(jù)不同性別分組，眼軸長度（AL）在22～24mm，角膜k值在42～44D之間：男性44眼，女性49眼，依據(jù)不同眼軸長、不同角膜曲率分組，觀察不同眼軸長組間的生物力學是否有變化，同時進行正常眼軸長的不同角膜曲率組建的生物力學對比分析。結果顯示，不同性別的組間角膜生物力學沒有明顯改變。

我們對不同角膜軸長進行分組（角膜k值42～44D）：第一組為22～24mm，平均數(shù)22.92，標準差0.53，共53例；第二組為24～26mm，平均數(shù)24.64，標準差0.52，共54例；第三組>26mm，平均數(shù)28.64，標準差1.76，共54例。同時在不同角膜曲率分組中發(fā)現(xiàn)，角膜曲率越大，角膜越陡峭，需要更大的力量來壓平。角膜達第一次壓平時，在同一氣壓脈沖的作用下，第一壓平長度越小。第二壓平狀態(tài)中，此過程的作用力主要包括角膜黏彈性、眼內(nèi)壓和逐漸減小消失的氣流。角膜曲率越大，可能會導致角膜本身的黏彈性降低，角膜在返回原始狀態(tài)時所受的回彈力相對小，導致第二壓平長度越小。

不同眼軸長的組間分析結果顯示，隨著眼軸的變長，角膜變陡峭，角膜曲率增大，角膜本身的黏彈性降低，角膜在返回原始狀態(tài)時所受的回彈力相對小，導致第二壓平長度越小。眼軸長度增加到一定長度時，眼球整體擴張而角膜厚度也會隨之變薄。角膜的厚度增加角膜的硬度，相應的具有抗變形和快速修復的功能。眼軸越長，角膜厚度明顯變薄，導致角膜在氣壓脈沖的作用下發(fā)生形變過程中角膜抗壓強度小，相應的最大壓陷幅度變大。用生物力學測量的眼壓，是修正了角膜厚度和硬度的因素得到的，因此更為準確。隨著眼軸長度的增加，眼內(nèi)壓有逐漸增高的趨勢，且眼軸長度大于26mm，眼壓增高的幅度最大，與本研究中眼壓隨眼軸長度的變化趨勢一致。眼內(nèi)外受壓后的變化速度與角膜的黏彈性有關；眼軸長的角膜厚度薄，抗壓能力也就變?nèi)酰谕粔簭姷臈l件下，抵抗力弱的角膜達第一壓平狀態(tài)所用的時間也就越長。

高度近視的白內(nèi)障患者手術切口要精細

第二項研究是應用Corvis ST測量儀觀察白內(nèi)障超聲乳化術后軸性高度近視患者角膜生物力學變化。Valbon等研究發(fā)現(xiàn)超聲乳化術（PHACO）會引起角膜厚度增加及角膜生物力學性質減弱，從而導致角膜生物力學特性發(fā)生改變。隨眼軸的過度增長及高度近視的發(fā)展，角膜的微觀結構會隨其發(fā)生變化，引起角膜損害，從而導致角膜生物力學特性發(fā)生改變。

軸性高度近視角膜和正常人角膜在進行Phaco手術前后，角膜生物力學參數(shù)的變化是否一致？我們設置了實驗組與對照組兩組。年齡54.85±4.78 vs.56.41±5.29，性別（男/女）18/16 vs.15/19，眼軸29.04±1.72mm vs.23.04±0.37mm，角膜曲率45.34±1.31 vs.44.48±1.42。晶狀體核硬度Ⅱ級核16例，Ⅲ級核18例，Ⅱ級核15例，Ⅲ級核19例。研究結果顯示，術后1周變化值與眼軸長度有正相關關系。

隨著眼軸變長而眼球擴張胡使角膜變薄。角膜的生物力學特性大部分由基質層體現(xiàn)，組成基質層的膠原纖維的結構及成分決定了角膜的彈性性能，超聲乳化術（PHACO）術后基質層角膜細胞密度明顯增加。術后1周角膜不同程度的水腫及角膜基質層細胞的增加，使角膜抗壓強度增強，在同一氣壓脈沖的作用下使最大壓陷深度減小，由于角膜厚度增加，最大壓陷深度減小從而導致峰距增大。正常眼軸組術后中央角膜厚度呈先增厚后逐漸恢復，主要是由于術后暫時性、可逆性的角膜水腫引起，角膜生物力學的相關參數(shù)也隨角膜水腫的消退而恢復到術前水平。隨著高度近視眼軸長度的增加，后部鞏膜出現(xiàn)葡萄腫而變薄，通過力的傳導作用，對角膜產(chǎn)生向周圍的牽拉作用，使角膜的基質層發(fā)生細微的生物學變化，角膜的生物力學也會隨之發(fā)生一定的改變。長眼軸組生物力學參數(shù)在術后一周的變化量要比正常組大，且長眼軸組術后1月與術前相比變化量要比正常眼軸大，且結合手術各個時間點的變化趨勢圖可以看出，長眼軸組術后角膜生物力學更易發(fā)生變化且恢復速度較正常組慢。

在相關性分析中發(fā)現(xiàn)高度近視組術后1周中央角膜厚度的變化量、矯正眼壓的變化量、最大形變幅度的變化量與眼軸存在正相關性，而正常人組與眼軸均無相關性，從另一方面證明了角膜生物力學及眼壓會受到眼軸的影響。本研究的結果提示我們，對于高度近視的白內(nèi)障患者，在進行手術中，手術切口的設計和制作要更加精細，隧道的長度應適當延長，盡力避免外切口邊緣的豁口。此外，由于手術后恢復的時間延長，手術后驗光配鏡的時間應適當延長。

飛秒激光與超聲乳化術，術后角膜生物力學有何變化？

第三項研究是應用Corvis ST測量儀，比較飛秒激光輔助的白內(nèi)障手術與超聲乳化手術術后角膜生物力學變化。飛秒激光技術在臨床上應用越來越多，但在白內(nèi)障手術的輔助作用也存在爭議，目前比較認可的是飛秒激光撕囊更精確。對手術技術好的眼科醫(yī)師而言，飛秒激光的性價比有限，但在精準方面有一定的優(yōu)勢。飛秒激光對每個患者角膜切口的結構能實現(xiàn)一致性，撕囊口更居中，直徑大小完全一致，更加精準。對于普通硬度的白內(nèi)障晶狀體核，飛秒激光術后預后好，但對于更硬的晶狀體核，飛秒激光術后角膜水腫的情況反而會加重。白內(nèi)障晶狀體核硬度越大，需要采用的超聲能量越大、時間越長，對角膜組織內(nèi)皮細胞的影響越大，角膜水腫越明顯。這也提示我們，要根據(jù)實際情況進行先進設備的臨床應用。發(fā)達國家的白內(nèi)障患者應用飛秒激光效果很好，因為晶體核硬度普遍不高，碎核容易；我國白內(nèi)障患者晶狀體核往往硬度很大，飛秒激光碎核的效果就不太理想。

傳統(tǒng)超聲乳化白內(nèi)障手術的對象和方法是，應用前房穿刺刀在11點方向作一透明角膜緣隧道切口，大小約3.0mm，輔助切口位于角膜緣2點方位。飛秒激光白內(nèi)障手術應用LenSx飛秒激光系統(tǒng)進行環(huán)形截囊、晶狀體核裂解、透明角膜隧道切口的制作，在11點方向做角膜緣隧道切口，參數(shù)大小均設為3.0mm，輔助切口均位于透明角膜緣2點方位。

超聲乳化術（PHACO）組術后1周第一次壓平長度變大，第二次壓平長度變小，術后1個月恢復至術前水平。飛秒激光超聲乳化手術（FLACS）組第一次壓平長度、第二次壓平長度術后1周、術后1個月較術前無明顯變化。術后1周PHACO組第一次壓平長度比FLACS組大、第二次壓平長度比FLACS組小，兩組術后1個月均恢復至術前水平，無統(tǒng)計學差異。

PHACO組術后一周峰距、最大形變幅度變大，術后1個月恢復至術前水平。FLACS組峰距、最大形變幅度術后一周、術后1個月較術前無明顯變化。術后1周PHACO組峰距、最大形變幅度距比FLACS組大，兩組術后1個月均恢復至術前水平，無統(tǒng)計學差異。

PHACO組術后1周的角膜生物力學還是有一定的變化。手術切口的構型不確定，第一次壓平長度變大、第二次壓平長度變小、峰距變大、最大形變幅度變大，但到術后1個月，隨著術后傷口的愈合，角膜生物力學參數(shù)就恢復到術前水平。超聲能量使用過大，導致角膜水腫，術后1周角膜中央厚度（CCT）變厚，眼內(nèi)壓（IOP）升高。術后1個月，隨著術后傷口的愈合，角膜生物力學參數(shù)恢復到術前水平。

角膜是一種非常復雜的各向異性（anisotropic）組織。中央角膜的強度取決于層間蛋白多糖結合，角膜基質板層間的黏合力和膠原纖維交聯(lián)作用在前部及周邊的角膜基質層分布較大，可以向下方板層傳遞向心的作用力，從而提高角膜的抗張力與韌性。角膜生物力學描述角膜組織對施加到它們的力的反應，包括外部施加的力和角膜固有性質之間的相互作用。

角膜的基質層約占角膜總厚度的90%，包含了約200～250個膠原纖維板層，相鄰的纖維板層之間有相互交聯(lián)的膠原纖維束，為角膜板層間剪切阻力，以及板層間張力負荷的傳遞，提供了重要的結構基礎。而且前部的角膜基質板層排列比后部更加致密，具有更多的傾斜分支和交聯(lián)。因此前部的角膜基質層較后部基質層承擔著更大的生物力學作用。此外，周邊部角膜的基質也比中央?yún)^(qū)具有更強的延展性，即更強的的韌性與張力。

湯欣教授介紹，最近我們還在開展階梯狀隧道切口（微切口）和普通切口的臨床分析研究。初步發(fā)現(xiàn)1.8mm的微切口組和2.8mm的普通切口組兩組間無明顯差異。提示我們，在手術中一味追求微切口，以至于對不同硬度的晶狀體核都采用微切口是不可取的。用微小的切口去處理更硬的晶狀體核，使用的超聲能量會越大，時間會越長，因此在臨床中應根據(jù)具體情況應用不同的切口方法。比如，對于Ⅴ級（極硬核），傳統(tǒng)的小切口白內(nèi)障囊外摘除術（ECCE）能給予非常好的處理，術后第一天角膜非常透亮，而用超聲乳化或飛秒激光可能角膜水腫嚴重。在手術切口制作方面的臨床研究結果顯示，階梯狀隧道切口好于單面隧道切口，隧道切口不能過短，切口兩側不能有豁口，隧道上層不能過薄，外切口位置不要位于角鞏膜處，避免球結膜水腫，影響手術操作。

他最后強調，隨著醫(yī)療檢查診斷技術的發(fā)展，眼生物力學性能的重要性被逐漸認識，角膜生物力學性能測量，在角膜疾病診斷、角膜屈光手術效果預測及眼內(nèi)壓測量等方面都具有非常重要的意義，需要引起臨床研究者更多的關注。

院長小傳

湯欣，天津市眼科醫(yī)院院長兼天津市眼科研究所所長，享受國務院特殊津貼專家。天津醫(yī)科大學、南開大學博士生導師。從事眼科白內(nèi)障、青光眼及視光學的應用與臨床研究。 中華醫(yī)學會專家會員、中華醫(yī)學會眼科學分會委員兼副秘書長、中國醫(yī)師協(xié)會眼科醫(yī)師分會常委兼會長助理、中華醫(yī)學會眼科學分會白內(nèi)障學組副組長、全國防盲技術指導組副組長。中國殘疾人聯(lián)合會理事、美國東南大學眼視光學院客座教授，香港理工大學客座教授，《中華眼科雜志》副主編。 先后榮獲亞太地區(qū)“防盲杰出貢獻獎”以及“認證教育家”獎、天津市勞動模范、天津市五一勞動獎章、中華醫(yī)學會“人文醫(yī)學榮譽獎”等榮譽。