圓錐角膜患者角膜光密度與形態(tài)及生物力學(xué)的相關(guān)性研究

李彩紅，趙 宏，鄒鵬飛

0引言

圓錐角膜是一種表現(xiàn)為漸進性角膜擴張，伴隨有角膜厚度變薄和不規(guī)則散光，晚期可能出現(xiàn)急性水腫或瘢痕的非炎癥性眼病，部分患者最終只能進行角膜移植手術(shù)。角膜膠原交聯(lián)術(shù)通過增加角膜膠原纖維之間的化學(xué)鏈接，提高角膜基質(zhì)的硬度和強度，從而控制或延緩圓錐角膜的進展，但角膜曲率過高會增加手術(shù)的失敗率及術(shù)后視力的不確定性[1]，因此早期診斷早期手術(shù)非常重要。在形態(tài)上，圓錐角膜表現(xiàn)為角膜前后表面異常抬高及角膜厚度分布異常[2]。生物力學(xué)方面的研究發(fā)現(xiàn)在角膜形態(tài)出現(xiàn)異常之前，已經(jīng)出現(xiàn)了角膜生物力學(xué)的改變[3-4]。近年的研究發(fā)現(xiàn)，圓錐角膜患者的角膜光密度值較正常人高[5]，這又給圓錐角膜的觀察提供了另外的途徑。本研究目的在于評估圓錐角膜患者的角膜光密度與角膜形態(tài)以及生物力學(xué)的相關(guān)性，并分析其臨床意義。

1對象和方法

1.1對象回顧性病例研究。收集2020-01/12于鄭州市第二人民醫(yī)院接診的原發(fā)性圓錐角膜患者48例70眼納入本研究。圓錐角膜診斷標(biāo)準(zhǔn)[1]：(1)裂隙燈顯微鏡檢查見角膜中央變薄并呈錐形前突或伴隨Fleischer環(huán)、Vogt線、Munson征等典型體征；(2)角膜地形圖檢查發(fā)現(xiàn)角膜前后表面異常抬高；(3)A超或角膜光學(xué)相干斷層成像檢查發(fā)現(xiàn)角膜中央或旁中央厚度明顯變??；(4)角膜生物力學(xué)檢查顯示生物力學(xué)指標(biāo)下降。納入標(biāo)準(zhǔn)：停止配戴硬性接觸鏡3wk以上及軟性接觸鏡1wk以上的患者。排除標(biāo)準(zhǔn)：出現(xiàn)后彈力層破裂、水腫和/或角膜瘢痕者，具有其他眼部疾病者。本研究符合《赫爾辛基宣言》并經(jīng)醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)(No.KY2017002)，所有患者均簽署手術(shù)知情同意書。

1.2方法角膜光密度測量：應(yīng)用Pentacam三維眼前節(jié)分析儀，采用附加的角膜光密度分析軟件測量(版本：1.21r41)。選取以角膜頂點為中心測量≤2mm、>2mm且≤6mm、>6～10mm直徑范圍的角膜光密度。并且將角膜厚度分為三層，前層(靠近角膜上皮前表面120μm)、后層(靠近角膜內(nèi)皮面的60μm)、中間層(前后層之間厚度)，分別分析各個區(qū)域的角膜光密度。角膜光密度用灰度值表示，范圍為0～100，其中0代表角膜完全透明，表示光線在通過角膜組織時沒有發(fā)生損耗；100則代表角膜完全混濁，光線完全無法穿過角膜。

角膜形態(tài)測量：應(yīng)用Pentacam三維眼前節(jié)分析儀測量角膜前后表面形態(tài)，包括角膜前表面中央扁平子午線曲率(flat keratometry,K1)、角膜前表面陡峭子午線曲率(steep keratometry,K2)、角膜前表面中央平均曲率(mean keratometry,Km)、角膜前表面最大曲率(maximum keratometry，Kmax)、角膜前表面高度(anterior corneal elevation，ACE)、角膜后表面高度(posterior corneal elevation，PCE)、最薄點角膜厚度(thinnest corneal thickness，TCT)，以及圓錐錐頂距角膜頂點的距離(distance from cone to apex，DCA)。

角膜生物力學(xué)測量：使用可視化角膜生物力學(xué)測量儀觀察角膜形變過程并測量相關(guān)參數(shù)，包括第一次壓平時間(time of the first applanation，AT1)，第一次壓平長度(length of the first applanation，AL1)，第一次壓平速度(velocity of the first applanation，V1)，第二次壓平時間(time of the second applanation，AT2)，第二次壓平長度(length of the second applanation，AL2)，第二次壓平速度(velocity of the second applanation，V2)，最大壓陷時間(the highest concavity time，HCT)，最大壓陷形變幅度(the highest concavity deformation amplitude，HCDA)，最大壓陷曲率半徑(the highest concavity radius，HCR)，最大壓陷峰距(the highest concavity peak distance，HCPD)，硬度參數(shù)(stiffness parameter applanation 1，SPA1)，水平方向Ambrósio相關(guān)厚度(Ambrósio’s relational thickness horizontal，ARTh)。

所有檢查均由同一位操作熟練的檢查人員在暗室完成，每眼重復(fù)檢測3次，受試者被要求測量前眨眼，測量時盡量睜大眼睛注視固視目標(biāo)，選取成像質(zhì)量最佳的圖像進行數(shù)據(jù)分析。

2結(jié)果

2.1圓錐角膜患者臨床資料本研究納入圓錐角膜患者48例70眼，其中男37例55眼，女11例15眼；年齡12～38(平均20.5±6.2)歲。應(yīng)用Pentacam三維眼前節(jié)分析儀測量的角膜形態(tài)參數(shù)見表1，應(yīng)用可視化角膜生物力學(xué)測量儀測量角膜生物力學(xué)參數(shù)見表2，應(yīng)用Pentacam三維眼前節(jié)分析儀測量圓錐角膜患者不同區(qū)域不同層次的角膜光密度見表3。

表1 圓錐角膜患者角膜形態(tài)學(xué)參數(shù)

表2 圓錐角膜患者角膜生物力學(xué)參數(shù)

表3 圓錐角膜患者不同區(qū)域不同層次的角膜光密度

2.2圓錐角膜患者不同區(qū)域不同層次的角膜光密度與角膜形態(tài)參數(shù)的相關(guān)性距角膜頂點≤2mm前層光密度與K1、K2、Km、Kmax均呈正相關(guān)(r=0.291、0.315、0.315、0.387；P=0.015、0.008、0.008、0.001)，見圖1。距角膜頂點≤2mm、>2mm且≤6mm的前層及全層、>2mm且≤6mm后層光密度均與ACE均呈正相關(guān)(r=0.465、0.302、0.317、0.291、0.335；P<0.01，P=0.011、0.008、0.014、0.005)，見圖2；上述各區(qū)域各層的光密度與PCE亦均呈正相關(guān)(r=0.565、0.369、0.348、0.306、0.284；P<0.01，P=0.002、0.003、0.010、0.017)，見圖3。

圖1 距角膜頂點≤2mm前層光密度與角膜前表面曲率的相關(guān)性。

圖2 距角膜頂點≤2mm、>2mm且≤6mm的前層及全層、>2mm且≤6mm后層光密度與ACE的相關(guān)性。

圖3 距角膜頂點≤2mm、>2mm且≤6mm的前層及全層、>2mm且≤6mm后層光密度與PCE的相關(guān)性。

2.3圓錐角膜患者角膜光密度與角膜生物力學(xué)的相關(guān)性距角膜頂點≤2mm前、中、后及全層光密度，>2mm且≤6mm中、后及全層光密度與AL1均呈負(fù)相關(guān)(r=-0.284、-0.290、-0.245、-0.326、-0.282、-0.395、-0.310；P=0.017、0.015、0.041、0.006、0.018、0.001、0.009)，見圖4。距角膜頂點≤2mm中層光密度、>2mm且≤6mm中、后層光密度與AL2均呈負(fù)相關(guān)(r=-0.246、-0.256、-0.256；P=0.041、0.032、0.032)，見圖5。

圖4 距角膜頂點≤2mm前、中、后及全層光密度值，>2mm且≤6mm中、后及全層光密度與AL1的相關(guān)性。

圖5 距角膜頂點≤2mm中層光密度值、>2mm且≤6mm中、后層光密度與AL2的相關(guān)性。

距角膜頂點≤2mm前層光密度與HCR呈負(fù)相關(guān)(r=-0.308，P=0.010)，見圖6。距角膜頂點≤2mm中、后層光密度、>2mm且≤6mm中層光密度與HCT均呈負(fù)相關(guān)(r=-0.292、-0.340、-0.262；P=0.014、0.004、0.028)，見圖7。距角膜頂點≤2mm前層及全層光密度、>2mm且≤6mm后層光密度與ARTh均呈負(fù)相關(guān)(r=-0.430、-0.293、-0.319；P<0.01，P=0.014、0.007)，見圖8。

圖6 距角膜頂點≤2mm前層光密度與HCR的相關(guān)性。

圖7 距角膜頂點≤2mm中、后層光密度、>2mm且≤6mm中層光密度與HCT的相關(guān)性。

圖8 距角膜頂點≤2mm前層及全層光密度、>2mm且≤6mm后層光密度與ARTh的相關(guān)性。

3討論

圓錐角膜是一種以角膜前凸和變薄為特點的嚴(yán)重致盲性眼病，發(fā)病于青春期，漸進性發(fā)展，晚期需要進行角膜移植手術(shù)。圓錐角膜最早只能通過眼部體征來診斷；角膜地形圖測量儀器出現(xiàn)后，形態(tài)學(xué)參數(shù)開始成為圓錐角膜診斷的主要指標(biāo)；隨著在體角膜生物力學(xué)測量技術(shù)的發(fā)展，我們認(rèn)識到角膜生物力學(xué)性質(zhì)的改變是圓錐角膜發(fā)生的根本原因[6]。近幾年，角膜光密度通過光的散射描述人眼角膜組織透光性，正成為角膜組織的另一特性而被重視和研究。有研究發(fā)現(xiàn)，即便是角膜透明的圓錐角膜，其光密度值也明顯高于正常人群[7-8]，且與圓錐角膜的嚴(yán)重程度存在正相關(guān)[5]。Rehnman等[9]發(fā)現(xiàn)圓錐角膜交聯(lián)術(shù)后光密度增高的程度與曲率降低幅度呈正比，光密度測定也被認(rèn)為可能成為評估交聯(lián)效果的補充措施。目前圓錐角膜光密度與角膜地形參數(shù)及生物力學(xué)特性的相關(guān)性方面的研究鮮有報道，本文旨在對這方面進行探討。

角膜前表面Kmax是圓錐角膜重要的形態(tài)學(xué)指標(biāo)，也是觀察疾病進展的一個最常用參數(shù)。本研究發(fā)現(xiàn)，距角膜頂點≤2mm前層光密度與K1、K2、Km、Kmax均呈正相關(guān)。這與張夢雨等[10]的結(jié)果相一致，該研究認(rèn)為圓錐角膜中央前層的光密度與Kmax顯著正相關(guān)，與中央角膜厚度和最薄點角膜厚度顯著負(fù)相關(guān)。此外，角膜后表面高度在一定程度上也衡量了角膜擴張的嚴(yán)重程度，本研究發(fā)現(xiàn)距角膜頂點≤2mm、>2mm且≤6mm前層及全層、>2mm且≤6mm后層光密度與前、后表面高度亦均呈正相關(guān)。這意味著角膜光密度，特別是前層的升高與圓錐角膜的嚴(yán)重程度相關(guān)。這與以往的研究相似，Anayol等[8]和Lopes等[11]也發(fā)現(xiàn)圓錐角膜中前部基質(zhì)≤2mm、>2mm且≤6mm區(qū)域的角膜光密度較正常人群高；而且圓錐角膜越嚴(yán)重，角膜光密度越高。

圓錐角膜中膠原纖維生物力學(xué)性質(zhì)減弱，角膜黏彈性降低，角膜對外力抵抗能力下降[6]。因此在外力的作用下更易發(fā)生變形，并且角膜變形時間縮短、變形的幅度增加[12]。Corvis作為一種在體測量角膜生物力學(xué)的儀器，可以很好評估角膜生物力學(xué)特性，在圓錐角膜診斷中提供了眾多重要的參數(shù)，研究發(fā)現(xiàn)HCR、AL1、AL2在圓錐角膜中均顯著降低，是圓錐角膜診斷的良好指標(biāo)[4,12-13]；HCT對圓錐角膜亦具有較好的診斷價值[14]，角膜越軟，越容易變形，在氣壓的作用下達(dá)到最大凹陷所需要的時間就越短。ARTh是指最薄點角膜厚度與角膜厚度變化率的比值，其值越小，代表中央角膜厚度薄或角膜厚度由內(nèi)向外變化的幅度較大，圓錐角膜可能性越大。本研究中距角膜頂點≤2mm及>2mm且≤6mm的角膜光密度與AL1、AL2、HCR、HCT、ARTh均呈負(fù)相關(guān)，角膜中央?yún)^(qū)光密度的增高與生物力學(xué)的下降相一致。這與Shen等[15]的觀點相似，都認(rèn)為角膜光密度與圓錐角膜嚴(yán)重程度及生物力學(xué)相關(guān)，但Shen的結(jié)果顯示角膜硬度相關(guān)參數(shù)SP-A1與角膜光密度呈負(fù)相關(guān)，而在本研究中未觀察到這一點。

本研究結(jié)果顯示很多形態(tài)學(xué)和生物力學(xué)的參數(shù)都與角膜中央?yún)^(qū)的光密度呈現(xiàn)相關(guān)性，這可能與錐頂距離角膜頂點平均距離為1.03mm有關(guān)。組織病理學(xué)研究顯示，相對于其它部位，圓錐角膜錐頂周圍的基質(zhì)組織結(jié)構(gòu)變化最為顯著[6]，角膜細(xì)胞活化，板層間出現(xiàn)位移和滑動，膠原纖維分布不均并且排列扭曲[16-17]。因此，圓錐角膜中央?yún)^(qū)光密度與圓錐角膜的形態(tài)及生物力學(xué)變化聯(lián)系最為密切。

角膜光密度可以客觀的反映角膜的透光性，精確洞察角膜光學(xué)質(zhì)量變化。本研究結(jié)果顯示圓錐角膜中央?yún)^(qū)光密度與角膜形態(tài)及生物力學(xué)參數(shù)存在一定相關(guān)性，可以考慮將其作為圓錐角膜的一個參考指標(biāo)，用來評估疾病進展及治療效果。本研究未設(shè)正常人群對照組，因為重點在于研究圓錐角膜光密度與角膜形態(tài)及生物力學(xué)的相關(guān)性，而不是比較圓錐角膜與正常人群的光密度差異。另外本研究樣本量偏小，尚需進一步擴大樣本量進行更深入的評估，以進一步驗證上述結(jié)論，這也是我們下一步研究的方向。