青光眼角膜生物力學與視盤生物力學的關系

杜紹林，鄭文凱，董秀清，羅英東

（中山大學附屬東華醫(yī)院眼科中心，廣東東莞 523000）

眼壓是青光眼患者視功能損害的主要危險因素，也是目前唯一可有效控制的因素，但異常眼壓導致青光眼損害的過程尚不明確。青光眼力學理論認為，生物組織的力學特性在壓力應變過程中起到了重要作用，異常眼壓可能會導致角鞏膜組織、篩板組織承受能力減弱并發(fā)生變形，從而導致周圍視神經受壓或進一步損害［1］。以往因儀器設備和醫(yī)學倫理的限制，未能有效進行角鞏膜組織與篩板組織承受能力的生物力學研究，證明青光眼力學理論的準確性。Corvis ST 角膜生物力學分析儀是一種新型測量活體角膜生物力學的設備，能直觀地觀察角膜受外力作用變形后的動態(tài)過程，可以較完善地記錄生物力學測量參數(shù)，更好地展現(xiàn)角膜生物力學特性，彌補了以往測量活體角膜生物力學設備的不足。掃頻OCT（swept-source optical coherence tomography，SSOCT）是最近提出的一種超高速OCT、唯一一款深范圍成像OCT（deep range imaging，DRI），它使用掃頻激光光源，能夠連續(xù)測量不同頻率和波長的干涉光，可以清晰地掃描篩板結構的層次范圍［2-4］。本研究中采用Corvis ST 角膜生物力學分析儀和SSOCT 分析原發(fā)性開角型青光眼（POAG）患者，正常眼壓性青光眼（NTG）患者，高眼壓癥（OHT）者和正常者的角膜生物力學參數(shù)及篩板厚度特征，探索青光眼患者角膜生物力學與視盤生物力學間的關系。

1 材料與方法

1.1 研究對象

本項前瞻性病例觀察研究招募正常志愿者26 例（26 眼）、納入中山大學附屬東華醫(yī)院眼科中心就診的原發(fā)性開角型青光眼（POAG）患者32例、正常眼壓性青光眼（NTG）患者20 例、高眼壓癥（OHT）者15 例。所有入選的病例經本中心倫理委員會批準［2017DHLL002］，遵守赫爾辛基宣言規(guī)定，征得患者同意并簽署了患者知情同意書。所有入選對象均有具備豐富臨床經驗的青光眼專家確診。入選患者中高眼壓者均已經局部抗青光眼藥物控制在≤21 mmHg，各組在眼壓、年齡段匹配。

POAG 患者組：選擇2016 年7 月至2018 年12月在確診的32 例（32 眼）POAG 患者、且眼壓控制在≤21 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa，Goldmann 壓平眼壓計）。其中男性20 例（20 眼），女性12 例（12 眼）；平均年齡（53.7±12.2）歲；矯正視力≥0.6，屈光度數(shù)≤±3.00 D；除青光眼外，無其他眼病、眼外傷或手術史。參照我國原發(fā)性青光眼診斷和治療的專家共識，POAG 診斷標準：至少2 次眼壓＞21 mmHg，房角開放；具有典型的青光眼性視乳頭改變和視網(wǎng)膜神經纖維層缺損；具有與視乳頭損害部位相對應的視野缺損。

NTG 患者組：選擇2016 年7 月至2018 年12 月確診的20 例（20 眼）NTG 患者。其中男性12 例（12 眼），女性8 例（8 眼）；平均年齡（51.3±11.9）歲；矯正視力≥0.6，屈光度數(shù)≤±3.00 D；除青光眼外，無其他眼病、眼外傷或手術史。參照2014 年我國原發(fā)性青光眼學診斷和治療的專家共識，NTG 診斷標準：眼壓≤21 mmHg，房角開放；眼底有青光眼的特征性損害：典型的青光眼性視乳頭改變和視網(wǎng)膜神經纖維層缺損；和（或）青光眼性視野缺損；并排除其他疾病引起的眼底及視野變化。

OHT 患者組：選擇2016 年7 月至2018 年12 月確診的15 例（15 眼）OHT 患者、且眼壓控制在≤21 mmHg。其中男性9 例（9 眼），女性6 例（6 眼）；平均年齡（51.2±12.0）歲；矯正視力≥0.6，屈光度數(shù)≤±3.00 D；無其他眼病、眼外傷或手術史。參照我國原發(fā)性青光眼診斷和治療的專家共識，OHT診斷標準：多次眼壓測量超過正常，但未見青光眼性損害特征，房角開放；排除假性高眼壓；隨訪未見青光眼性損害。

正常志愿者組：選擇相同年齡段正常志愿者26例（26眼）作為對照組。其中男性15例（15眼），女性11 例（11 眼）；平均年齡（50.7±11.3）歲。全身體檢均無異常。眼部檢查：矯正視力≥0.8，屈光度數(shù)≤±3.00 D；眼壓≤21 mmHg；視乳頭杯盤比值＜0.5，雙眼間差異＜0.2，無彌漫或局部盤沿變窄；無青光眼家族史。

排除標準：角膜水腫、上皮不完整者；角膜接觸鏡佩戴者；其它可能影響角膜生物、物理屬性的急、慢性疾??；其他眼病如高度近視等、眼外傷或手術史者；孕婦、殘障人士。

1.2 檢查方法

1.2.1 常規(guī)檢查 包括詢問病史，裸眼視力、最佳矯正視力，裂隙燈生物顯微鏡，房角鏡，眼底鏡，Goldmann 壓平眼壓計測量眼壓，Humphery 視野以及電腦驗光等檢查。

1.2.2 Corvis ST 角膜生物力學眼壓分析儀檢查采用德國Oculus 公司生產的可視化角膜生物力學眼壓分析儀（Corvis ST，Oculus 德國）進行角膜生物力學測量并記錄，儀器操作由同一技術人員完成，操作者對患者診斷設盲。在操作計算機中輸入患者基本信息，患者取坐位、下頜置于設備的下頜墊上，檢查中注視中央固視紅點。檢查者應用自動/手動模式控制操縱桿按屏幕提示進行瞄準及對焦，自動發(fā)射空氣脈沖印壓角膜變形，測量過程開始。角膜生物力學動態(tài)參數(shù)的測量包括角膜初次壓平、第二次壓平及最大壓陷狀態(tài)時的角膜生物力學參數(shù)。每名患者每只眼重復測量3 次。

1.2.3 SSOCT 檢查 由同一技術熟練的技術人員采用SSOCT（DRI OCT，topcon corp）進行LCT 的測量。SSOCT 是最近提出的一種超高速OCT、唯一深范圍成像OCT（deep range imaging，DRI），它使用掃頻激光光源，能夠連續(xù)測量不同頻率和波長的干涉光，掃描深度可達8 μm，掃描圖像范圍寬度達20 μm，可以清晰地掃描眼底部組織如脈絡膜及篩板結構的層次范圍［1-4］。篩板的掃描是采用3D 掃描程序掃描視乳頭3 mm×3 mm 范圍及2.6 mm 深度的區(qū)域。

1.2.4 LCT 的測量 篩板厚度的定義為SSOCT 橫斷面掃描圖像上視乳頭下方前后兩條高亮反光線之間的深度。首先應用adobe photoshop CS2 軟件（version 9.0，adobe systems，inc，san jose，California，USA）辨識橫斷面圖像上的兩條高亮反光線（圖1）。然后應用DRI OCT 標尺功能選擇視乳頭平面對應中上、中間水平及中下三條線對應的掃描圖像，在每幅圖像上按照視乳頭中間及兩側中點位置對應的高亮反光線處測量LCT 值（圖2）。

圖1 SSOCT 測量篩板厚度Fig.1 Measurement of LCT by SSOCT

圖2 輔助線辨識篩板厚度Fig.2 Measurement of LCT by auxiliary line

1.3 統(tǒng)計學方法

所有數(shù)據(jù)用SPSS 20.0 統(tǒng)計軟件（SPSS，Chicago，IL）進行統(tǒng)計分析。各組間年齡、眼壓符合正態(tài)分布，Levene 檢驗證實方差齊性，用均數(shù)±標準差表示，采用單因素方差分析比較。采用Cronbach′s α系數(shù)和組內相關系數(shù)方法分析SSOCT 測量篩板厚度的可重復性。原發(fā)性開角型青光眼（POAG）、正常眼壓性青光眼（NTG）、高眼壓癥（OHT）與正常對照者間篩板厚度數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布且方差不齊，多組計量資料的比較采用Kruskal-WallisH檢驗；角膜生物力學參數(shù)與LCT間的相關性分析采用Spearman 相關分析方法。以P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 基本臨床資料

本研究聯(lián)合組最終納入32 例（32 眼）POAG 患者，20 例（20 眼）NTG 患者，15 例（15 眼）OHT 患者，正常志愿者26 例（26 眼）作為對照組。各組間年齡（F=6.125，P=0.122）、眼壓匹配（F=12.938，P=0.315）、統(tǒng)計學分析無明顯統(tǒng)計學差異。各組間抗青光眼藥物種類存在統(tǒng)計學差異（F=16.675，P=0.000；表1）。

2.2 SSOCT 篩板厚度測量結果的可重復性

SSOCT 所測量篩板厚度（lamina cribrosa thickness，LCT）的Cronbach′s α系數(shù)0.911，組內相關系數(shù)ICC＞0.8（表2），重復性較好。

表1 基本臨床資料Table 1 Basic clinical data ［n，（）］

表1 基本臨床資料Table 1 Basic clinical data ［n，（）］

SD：standard deviation；IQ：inter-quartile；IOP：intraocular pressure；CCT：central corneal thickness；POAG：primary open angle glaucoma；NTG：normal-tension glaucoma；OHT：ocular hypertension；1）Determined by chi-square test；2）Determined by one-way analysis of variance.Significant difference：P ＜0.05.

表2 SSOCT 篩板厚度測量結果的可重復性Table 2 Repeatability of SSOCT lamina cribrosa thickness measurement results ［M5（0P25，P75）］

2.3 POAG、NTG、OHT 患者及正常者間篩板厚度的比較

POAG、NTG、OHT 及正常者篩板厚度分別為（124.7±49.3）、（99.4±29.1）、（214.6±89.1）和（221.7±17.4）μm，具體如表3所示。同時對POAG、NTG、OHT 患者及正常者間篩板厚度又做了多重比較，結果顯示：其中POAG、NTG 患者LCT 較OHT 患者和正常者偏?。≒＜0.05），OHT 與正常者間LCT未見明顯統(tǒng)計學差異（P＞0.05；表4）。

2.4 篩板厚度與角膜生物力學參數(shù)間的相關性分析

POAG、NTG、OHT 患者及正常者間角膜生物力學參數(shù)特點如表5。LCT 與在青光眼各類型中具有代表性的角膜生物力學參數(shù)DA、HCT、A2V及PD 間存在明顯相關性（P＜0.05；圖3）

表3 POAG、NTG、OHT患者及正常者間篩板厚度的比較Table 3 Comparison of lamina cribrosa thickness between patients with POAG，NTG，OHT and normal subjects ［M（P25～P75）］

表4 POAG、NTG、OHT 患者及正常者之間篩板厚度的多重比較Table 4 Multiple comparisons of lamina cribrosa thickness between patients with POAG，NTG，OHT and normal subjects

表5 POAG、NTG、OHT 及正常者間角膜生物力學特征Table 5 Biomechanical characteristics of cornea among POAG，NTG，OHT and normal subjects （）

表5 POAG、NTG、OHT 及正常者間角膜生物力學特征Table 5 Biomechanical characteristics of cornea among POAG，NTG，OHT and normal subjects （）

DA：deformation amplitude；A1T：applanation 1 time；A1L：applanation 1 length；A1V：applanation 1 velocity；A2T：applanation 2 time；A2L：applanation 2 length；A2V：applanation 2 velocity；HCT：time to highest concavity；PD：peak distance；CCR：central curvature radius；POAG：primary open angle glaucoma；NTG：normal-tension glaucoma；OHT：ocular hypertension；Determined by analysis of covariance within date reconciliation of IOP and age，significant difference：P ＜0.05

3 討論

早在1980 年，Quigley 等的青光眼力學理論對我們的深入研究有所啟示：眼部生物組織的力學特性在壓力應變過程中起到了重要作用，為理解在任意IOP 水平上的視盤損害提出了新理念。但青光眼眼組織生物力學的相關參數(shù)復雜而又難以測量［5］。在Quigley 研究時期基本是停留于理論假設及推測階段，后期逐漸出現(xiàn)了有限元素方法通過構建篩板和鞏膜等的計算機模型觀察其壓力和張力變化。當前眼科科技的進步更為眼組織生物力學的相關研究提供了更豐富的內涵。視盤生物力學性能的研究有利于監(jiān)測視盤對某一眼壓水平的易感性，有利于評估眼壓的變化對于視盤的影響，為臨床早期診療及防治青光眼提供更豐富的理論依據(jù)。

3.1 篩板厚度在視盤生物力學中的意義及其測量方法

篩板厚度是視盤生物力學中較為重要的參數(shù)。有證據(jù)表明篩板處的缺血和作用于該處的壓力在青光眼的軸漿流損害中起著重要作用。篩板（LC）作為重要的壓力梯度位置，它的變化會直接或間接影響視乳頭的病理生理改變，異常眼壓會導致篩板承受能力減弱并發(fā)生變形，從而導致周圍視神經受壓或進一步萎縮［1，6］，視野進一步損害［7］。了解篩板的厚度等特征對于了解視盤及周圍的生物力學特性具有重要意義［8］。篩板相關參數(shù)也是近年來視盤力學參數(shù)中可以活體測量的參數(shù)［9-11］。

圖3 LCT 與角膜生物力學參數(shù)相關性Fig.3 The correlation of LCT，DA，A2V，HCT and PD

近年來眼科影像學的發(fā)展為研究觀察活體篩板結構參數(shù)提供了可能。譜域OCT（Spectral domain optical coherence tomography，SD-OCT）可以3D 掃描篩板及篩孔圖像［12-14］。3DSDOCT 影像發(fā)現(xiàn)青光眼患者篩板變薄及移位的變化特征與初期病理組織研究中的發(fā)現(xiàn)結果一致［14］。在SDOCT 基礎上的EDIOCT（enhanced depth imaging）可以更深層更清晰掃描篩板結構［15］，在近期EDIOCT 研究中發(fā)現(xiàn)篩板的異常變化與青光眼視盤損害相對應［16-17］。SSOCT 是最新一代1 050 nm波長激光掃描OCT，能更清晰掃描深層次脈絡膜及篩板結構，并以3D 圖像形式全方位多角度展示所掃描區(qū)域［3-4，18］。本研究正是采用最新型SSOCT 進行有關青光眼眼組織生物力學相關探索。

3.2 青光眼角膜生物力學與視盤生物力學間的關系

視盤的機械負荷主要來自IOP，IOP 在負荷組織內產生壓力和張力，位于視盤周圍相連續(xù)的組織：篩板、鞏膜、角膜等結締組織同樣承受來自IOP 的負荷作用，因此被統(tǒng)稱為視盤的負荷承受組織。組織結構特性的角度來講，角膜生物力學特性與視盤生物力學特性聯(lián)系緊密。負荷組織的生物力學研究對于深入探討青光眼的致病機理意義重大，一旦負荷組織的力學性能減弱，負荷組織的物質基礎：細胞外基質受到損傷，將增大IOP 有關的壓力及張力分布效應，即使存在低水平的IOP，結締組織也會有損害，并進一步損害周圍軸突及神經細胞等。在以往的青光眼生物力學研究結果中，有報道發(fā)現(xiàn)角膜粘彈性差異導致青光眼患者對同等眼壓水平耐受性不同［19］。POAG、NTG 和OHT 患者存在特征性角膜粘彈性改變［20］；視盤生物力學方面的理論研究認為篩板是視盤損傷的關鍵部位，該位置承受眼內壓的作用，篩板厚度等參數(shù)的變化可能導致神經纖維軸漿流受阻、損害視神經、引起視野損害和青光眼杯形成；視盤生物力學的研究經歷了尸體組織模型化研究及近年來形態(tài)學研究階段［21-22］，青光眼領域有研究采用Heidelberg Retina Tomograph-Ⅲ觀察視盤及周圍形態(tài)特點，但生物力學參數(shù)的研究尚有限，隨著眼科影像的發(fā)展更進一步的研究中主要采用各型OCT 進行視盤相關力學參數(shù)的探索?？傊鲜霭l(fā)現(xiàn)初步反應了青光眼角膜生物力學性能及視盤生物力學性能在青光眼發(fā)生發(fā)展中所起到的作用。為進一步探索青光眼眼組織生物力學在青光眼發(fā)生發(fā)展中的作用機制，本文開展了一系列相關研究，本研究發(fā)現(xiàn)：POAG、NTG 患者LCT 較OHT 患者和正常者偏薄（P＜0.05）。OHT 與正常者間LCT 未見明顯統(tǒng)計學差異（P=0.653）。表明青光眼患者負荷組織生物力學性能存在特異性改變，深入了解負荷組織生物力學性能將有利于進一步探討青光眼發(fā)病機制。

但是現(xiàn)實情況中，視盤的生物力學測量困難，篩板厚度作為目前能活體測量的參數(shù)也僅在少數(shù)有實力的眼科中心開展測量，那么視盤生物力學的評估有無簡易的或可替代的方法？基于現(xiàn)有研究尚不能回答該問題。在本研究中，基于視盤周圍組織及角膜組織作為IOP 負荷組織的力學基礎，我們推測：角膜生物力學測量簡單，存在評估視盤生物力學性能的可能［23-25］。本研究采用Corvis ST 測量角膜生物力學性能、SSOCT 測量篩板厚度，并進一步分析角膜生物力學與篩板厚度間的相關性，研究發(fā)現(xiàn)：篩板厚度（LCT）與角膜生物力學參數(shù)最大變形幅度（DA）、最大壓陷時間（HCT）、第二次壓平速度（A2V）及最大壓陷屈膝峰間距（PD）間存在明顯相關性。在一定程度上印證了我們的推測，研究提示存在采用角膜生物力學初步評估視盤生物力學特性的可能。

本研究的局限性：①SSOCT 可以測量的篩板及周圍參數(shù)內容豐富，但由于測量工具有限，目前得到的較為可靠的數(shù)據(jù)僅篩板厚度參數(shù)，不過隨著研究的開展，我們正進一步豐富相關研究內容。②篩板厚度僅僅是視盤生物力學內容中的一部分，視盤生物力學的動態(tài)參數(shù)及綜合評估尚有待開發(fā)更高端的儀器開展相關深入研究。③本研究設計檢查項目較多，樣本收集存在難度，樣本量進一步擴大將有利于深入分析及增強結果的說服力。在本研究的基礎上，課題組將繼續(xù)研發(fā)SSOCT 測量視盤及周圍結構參數(shù)的數(shù)據(jù)采集方法，進一步豐富視盤生物力學相關研究內容。