角膜屈光手術(shù)后角膜形態(tài)及生物力學(xué)的研究現(xiàn)狀

武媛 綜述 黃悅 審校

(天津醫(yī)科大學(xué)眼科醫(yī)院屈光角膜科，眼視光學(xué)院，眼科研究所，國(guó)家眼耳鼻喉疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心 天津市分中心，天津市視網(wǎng)膜功能與疾病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300384)

隨著近視眼在我國(guó)發(fā)病率逐年增高及各種治療技術(shù)不斷進(jìn)步，激光角膜屈光手術(shù)成為矯正屈光不正的重要方式之一。激光角膜屈光手術(shù)術(shù)式通常分為以下兩類：激光板層角膜屈光手術(shù)和激光表層角膜屈光手術(shù)。目前，常見(jiàn)的角膜屈光手術(shù)中，激光板層角膜屈光手術(shù)主要以飛秒激光小切口基質(zhì)內(nèi)微透鏡取出術(shù)(small incision lenticule extraction，SMILE)和飛秒激光輔助的準(zhǔn)分子激光原位角膜磨鑲術(shù)(femtosecond assisted laser in situ keratomileusis，F(xiàn)S-LASIK)為代表，激光表層角膜屈光手術(shù)主要以經(jīng)上皮準(zhǔn)分子激光屈光性角膜切削術(shù)(trans-epithelial photorefractive keratectomy，TransPRK)為代表。激光角膜屈光手術(shù)通過(guò)切削一定量的角膜組織來(lái)矯正屈光不正，術(shù)后角膜厚度減少，而術(shù)中激光的切削以及術(shù)后角膜的修復(fù)均會(huì)使角膜形態(tài)發(fā)生變化，除了激光切削引起角膜前表面的變化以外，在眼內(nèi)壓等的作用下，角膜后表面形態(tài)也會(huì)發(fā)生一定變化，對(duì)術(shù)后的遠(yuǎn)期效果產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。此外，角膜組織的切削會(huì)導(dǎo)致角膜生物力學(xué)特性的改變，不同的手術(shù)方式對(duì)角膜生物力學(xué)特性的影響不盡相同，隨著人們對(duì)手術(shù)安全性有效性及可預(yù)測(cè)性的新的追求，使得近年來(lái)手術(shù)前后角膜生物力學(xué)的研究成為熱點(diǎn)。本文將對(duì)不同激光角膜屈光手術(shù)后角膜形態(tài)及生物力學(xué)的變化進(jìn)行綜述。

1 角膜形態(tài)的改變

任何屈光手術(shù)的目標(biāo)都是矯正預(yù)期的屈光不正，并盡可能地維持術(shù)前眼睛的自然狀態(tài)。激光角膜屈光手術(shù)通過(guò)激光切削一定的角膜組織使得術(shù)后裸眼視力達(dá)到正常，但無(wú)論何種手術(shù)方式，其術(shù)后角膜形態(tài)發(fā)生改變是不可避免的，角膜形態(tài)的改變可能會(huì)對(duì)手術(shù)的有效性及術(shù)后視覺(jué)質(zhì)量的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的影響。

角膜Q值(Q-value)為目前描述角膜非球面特性較為常用的參數(shù)，可描述角膜曲率從中央到周邊的變化趨勢(shì)并定量分析角膜表面的非球面性。當(dāng)Q=0時(shí)，角膜為均一球面；Q＞0時(shí)角膜為扁球形，角膜由中央到周邊逐漸變陡峭，即周邊曲率大于中央?yún)^(qū)；?1＜Q＜0時(shí)，角膜為橢球形，角膜由中央到周邊逐漸變扁平，即周邊曲率小于中央?yún)^(qū)。角膜屈光手術(shù)后角膜前后表面Q值發(fā)生改變。

1.1 角膜前表面形態(tài)的變化

在生理狀態(tài)下，角膜前表面為從中央到周邊逐漸變平坦的非球面形態(tài)，即Q值為負(fù)值。研究[1-3]表明：角膜屈光手術(shù)后前表面形態(tài)變化顯著，角膜各直徑范圍Q值均由術(shù)前負(fù)值變?yōu)檎?，其中央至周邊呈?fù)性增加的趨勢(shì)在手術(shù)前后未發(fā)生變化。SMILE無(wú)需制作角膜瓣，相比FS-LASIK的20 mm角膜大切口，其角膜切口小，術(shù)后無(wú)相關(guān)角膜瓣的愈合反應(yīng)，因此對(duì)角膜前表面的影響較少。但由于SMILE激光切削仍改變了角膜中央曲率，其對(duì)Q值的影響依舊存在。此外，有研究[4]顯示：FSLASIK術(shù)后角膜中央部、中周部及角膜周邊部角膜形態(tài)的變化不同，中央及中周部曲率較術(shù)前變得更加陡峭，而周邊部變得更加平坦。TransPRK作為新興的一種角膜表層激光手術(shù)方式，激光去上皮與切削基質(zhì)一步完成，手術(shù)時(shí)間短，近年來(lái)受到廣大屈光手術(shù)醫(yī)師的認(rèn)可。研究[5]顯示：TransPRK手術(shù)前后的角膜曲率變化量在以角膜頂點(diǎn)為中心的 3 mm直徑范圍內(nèi)較大；在3～8 mm區(qū)域范圍內(nèi)，其變化量呈逐漸減少的趨勢(shì)，提示TransPRK術(shù)后角膜曲率的變化也存在區(qū)域性。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，角膜屈光手術(shù)后其角膜前表面Q值均向正值發(fā)展，后趨于穩(wěn)定，中央與周邊呈現(xiàn)區(qū)域性差異。

角膜上皮具有改變其厚度輪廓的能力，以減少表面不規(guī)則，并重建一個(gè)光滑的光學(xué)表面。研究[6]顯示：SMILE及FS-LASIK術(shù)后角膜上皮的修復(fù)及重塑對(duì)角膜形態(tài)的變化起重要作用。TransPRK去除上皮的區(qū)域與激光切削的區(qū)域是一致的，較傳統(tǒng)的表層手術(shù)縮小了角膜的創(chuàng)面，理論上講術(shù)后刺激反應(yīng)更輕，其上皮愈合時(shí)間更短。TransPRK術(shù)后角膜前表面消融區(qū)變得更加扁平，Q值增加，各區(qū)域角膜上皮厚度與Q值變化量呈顯著正相關(guān)[7]。FS-LASIK與SMILE雖然并未去除上皮，但其角膜中央光學(xué)區(qū)與周邊的Q值變化也表現(xiàn)出差異，表明除了受角膜上皮愈合影響之外，手術(shù)過(guò)程中的激光切削模式及能量的區(qū)域性差異也是造成角膜屈光手術(shù)后角膜前表面變化的重要因素。

1.2 角膜后表面形態(tài)的變化

1.2.1 角膜后表面高度

角膜屈光手術(shù)后醫(yī)源性角膜前凸、屈光回退及圓錐角膜等并發(fā)癥已引起屈光手術(shù)醫(yī)師的極大關(guān)注。角膜前凸表現(xiàn)在角膜前、后表面向前膨隆。由于角膜前表面受到角膜瓣、激光切削、創(chuàng)面愈合反應(yīng)及角膜上皮水腫等因素的影響，無(wú)法正確地反映角膜前凸程度，而相比之下，角膜后表面能較好地反映角膜前凸的程度，預(yù)測(cè)角膜對(duì)激光消融的反應(yīng)[8]。角膜后表面高度的變化常被用來(lái)反映角膜后表面的前凸程度，其對(duì)激光角膜屈光手術(shù)后角膜的變化更加敏感，且易于早期發(fā)現(xiàn)角膜擴(kuò)張膨隆、屈光回退、圓錐角膜等相關(guān)并發(fā)癥。

在術(shù)后早期階段，角膜后表面有一定程度的前凸，且中央?yún)^(qū)與周邊區(qū)域的變化程度不同，而手術(shù)后期有恢復(fù)至術(shù)前的趨勢(shì)[9-10]。SMILE通過(guò)制作角膜帽來(lái)取出基質(zhì)微透鏡，其術(shù)后角膜頂點(diǎn)及中央后表面高度在術(shù)后1個(gè)月內(nèi)呈下降趨勢(shì)，并在術(shù)后1個(gè)月時(shí)開(kāi)始恢復(fù)[11]，術(shù)后早期角膜水腫的發(fā)生可能為其影響因素之一，此外還可能與角膜板層結(jié)構(gòu)生物特性及角膜纖維修復(fù)機(jī)制有關(guān)[12]。

研究[13]顯示：角膜后表面早期變化程度TransPRK少于FS-LASIK，F(xiàn)S-LASIK比TransPRK需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能降至術(shù)前水平。蘇燕等[14]則表示：TransPRK術(shù)后角膜后表面高度并未發(fā)生明顯前凸，而是較術(shù)前發(fā)生輕度的位置后移，隨著傷口的愈合，變化未恢復(fù)至術(shù)前水平。王同梅等[15]特別指出：FS-LASIK術(shù)后早期角膜后表面頂點(diǎn)發(fā)生輕微后移，而周邊部發(fā)生輕微前凸，且周邊區(qū)域變化量較大，并指出這種區(qū)域性的變化特征可能與術(shù)后角膜不同部位的溶脹特性以及術(shù)后角膜不同部位膠原纖維愈合反應(yīng)的不同有關(guān)，而術(shù)后不同時(shí)間點(diǎn)變化認(rèn)為可能與不同時(shí)間愈合程度及生物力學(xué)變化有關(guān)。隨著時(shí)間延長(zhǎng)，角膜創(chuàng)面逐漸愈合，基質(zhì)膠原纖維的修復(fù)，角膜基質(zhì)結(jié)構(gòu)排列變得較早期有序，從而使后表面的形態(tài)趨于穩(wěn)定。

1.2.2 角膜后表面非球面性(Q 值)

相較后表面高度值，后表面Q值更能反應(yīng)角膜后表面整體的形態(tài)變化。研究[16-17]顯示：角膜后表面Q值分布在?0.38～0.18，屈光手術(shù)后其值發(fā)生改變。激光切削角膜組織以后，角膜基質(zhì)的減少使得剩余基質(zhì)間的張力降低，繼而板層受到周邊基質(zhì)對(duì)其產(chǎn)生的牽拉力，再結(jié)合術(shù)后眼壓的變化，最終角膜后表面向扁球形發(fā)展，導(dǎo)致了患者角膜后表面的形態(tài)學(xué)改變[18]。角膜屈光手術(shù)后角膜后表面形態(tài)的變化明顯小于前表面，其變化趨勢(shì)與前表面類似，Q值在手術(shù)后均向正值方向發(fā)展，使角膜整體變得更加扁平[19-21]。不同屈光度、不同的角膜直徑范圍，手術(shù)前、后Q值的變化也會(huì)不同。Ganesh等[22]研究發(fā)現(xiàn)：SMILE術(shù)后，中、高度近視組角膜后表面Q值變化顯著，而低度組無(wú)明顯改變。SMILE術(shù)后Q值改變較LASIK明顯，可能由于SMILE采取的微透鏡取出術(shù)術(shù)后在角膜基質(zhì)層存在一個(gè)潛在腔隙，術(shù)后由于眼內(nèi)壓等的作用，使角膜后表面的形態(tài)發(fā)生較明顯的變化，有關(guān)機(jī)制需進(jìn)一步研究證實(shí)。Gyldenkerne等[23]認(rèn)為SMILE術(shù)后角膜曲率在后表面沒(méi)有變化。而Ganesh等[22]研究發(fā)現(xiàn)：在SMILE術(shù)后，在中、高度近視組角膜后表面有明顯的陡峭化。目前對(duì)于SMILE術(shù)后角膜后表面的改變?nèi)源嬖谝欢?zhēng)議。TransPRK術(shù)后角膜后表面Q值均發(fā)生輕微正向的變化，整體形態(tài)有變扁平的趨勢(shì)，但手術(shù)并未改變角膜后表面的整體形態(tài)，提示準(zhǔn)分子激光角膜屈光手術(shù)不會(huì)對(duì)角膜后表面造成較大影響[14]。

角膜厚度、剩余角膜基質(zhì)床厚度、剩余角膜厚度、切削量(深度)與切削比率、眼內(nèi)壓、制瓣方式等因素均會(huì)影響角膜后表面形態(tài)變化。研究[24]顯示：對(duì)于眼角膜較薄的眼睛來(lái)說(shuō)，PRK等角膜表層手術(shù)是更好的選擇，因?yàn)槠浔萀ASIK保留更多角膜組織，較好地保持角膜生物力學(xué)特性。TransPRK的出現(xiàn)，也使得傳統(tǒng)PRK術(shù)后不規(guī)則的上皮愈合得以有效改善[25]。

1.3 高度近視術(shù)后角膜形態(tài)改變

由于高度近視需要切削的角膜組織較多，術(shù)后角膜表面變化更為顯著，增加術(shù)后屈光回退的風(fēng)險(xiǎn)。屈光度數(shù)越高，中央切削深度越大，切削的比率越高，Q值的變化越顯著。所以對(duì)于高度近視，除了考慮切削深度對(duì)手術(shù)安全性的影響外，Q值變化大對(duì)術(shù)后視覺(jué)質(zhì)量的影響亦會(huì)增大，術(shù)前應(yīng)考慮在內(nèi)[26]。

Alfredo等[27]認(rèn)為L(zhǎng)ASIK矯正高度近視術(shù)后角膜表面的顯著扁平化是影響手術(shù)長(zhǎng)期穩(wěn)定性的不利因素。Ying等[28]指出SMILE矯正高度近視術(shù)后角膜非球面性相比FS-LASIK改變較小。研究[29-30]顯示：FS-LASIK和SMILE矯正高度近視術(shù)后角膜后表面高度值均增加，而FS-LASIK相較于SMILE變化量略大，SMILE術(shù)后角膜后表面形態(tài)穩(wěn)定性相對(duì)略好。Wang等[31]也有相似結(jié)論，該團(tuán)隊(duì)指出SMILE雖然導(dǎo)致術(shù)后前彈力層微變形，但其保留前部基質(zhì)層完整(小切口區(qū)域除外)，SMILE移除的角膜組織位于較深且相對(duì)較弱的基質(zhì)中，這可以作為術(shù)后角膜保持穩(wěn)定的一個(gè)因素。另外，SMILE術(shù)后角膜層間可能存在潛在間隙，其由后表面高度的變化來(lái)補(bǔ)償，因此，SMILE引起角膜后表面高度變化的機(jī)制，可能與FS-LASIK、TransPRK不完全相同[32]。但Zhao等[33]指出：SMILE矯正中度和高度近視術(shù)后1年內(nèi)，角膜后表面高度與術(shù)前相比無(wú)顯著差異。裴天序等[26]指出：FS-LASIK與TransPRK在矯正-8.00D高度近視時(shí)，TransPRK對(duì)患者角膜后表面高度的影響更小，1年隨訪恢復(fù)效果更佳。

2 角膜生物力學(xué)

角膜屈光手術(shù)通過(guò)切削角膜來(lái)改變屈光狀態(tài)，同時(shí)也改變了角膜的組織結(jié)構(gòu)及其生物力學(xué)特性，不同的手術(shù)方式對(duì)角膜生物力學(xué)的影響也有所差異。

2.1 測(cè)量指標(biāo)

目前在臨床中，應(yīng)用眼反應(yīng)分析儀(ocular response analyzer，ORA)和可視化角膜生物力學(xué)分析儀(corneal visualization scheimpflug technology，Corvis ST)測(cè)量角膜生物力學(xué)較為廣泛。ORA測(cè)量指標(biāo)主要有角膜滯后量(corneal hysteresis，CH)，反應(yīng)吸收和分散能量的能力，主要與角膜粘彈性[34]有關(guān)。角膜阻力因子(corneal resistance factor，CRF)，即角膜整體硬度，是角膜受到的黏性阻力和彈性阻力的總和，反映角膜抵抗外力的能力[35]。Corvis ST可測(cè)量動(dòng)態(tài)角膜反應(yīng)參數(shù)，主要指標(biāo)主要有反向凹面半徑(inverse concave radius)、2 mm和1 mm范圍內(nèi)的形變幅值比(DA ratio 2 mm和DA ratio 1 mm)和最大凹面半徑(highest concavity radius，HC radius)、生物力學(xué)校正眼壓(biomechanical correction for intraocular pressure，bIOP)、中央角膜厚度(central corneal thickness，CCT)等參數(shù)。

2.2 激光角膜屈光手術(shù)后角膜生物力學(xué)的變化

自飛秒激光被應(yīng)用于LASIK手術(shù)之后，其制作的角膜瓣更加精確、規(guī)則，但角膜瓣的厚度、側(cè)切角以及角膜瓣蒂的位置均仍會(huì)對(duì)術(shù)后生物力學(xué)產(chǎn)生影響。研究[36-37]顯示：FS-LASIK和SMILE術(shù)后CH和CRF均較術(shù)前顯著降低，而SMILE術(shù)后CH、CRF降低值顯著低于FS-LASIK。Cao等[38]認(rèn)為：SMILE飛秒激光切割制作角膜微透鏡后與FS-LASIK飛秒激光切割制作角膜瓣相比，DA ratio 2 mm 和DA ratio 1 mm更大，CCT也更厚，其認(rèn)為飛秒激光切割和角膜組織的減少均會(huì)降低角膜的生物力學(xué)，但角膜組織的減少對(duì)生物力學(xué)的影響更大。當(dāng)消耗相同的CCT時(shí)，SMILE和FS-LASIK對(duì)角膜生物力學(xué)的影響沒(méi)有差異。

PRK屬表層手術(shù)，優(yōu)化后的TransPRK利用準(zhǔn)分子激光去除角膜上皮，同時(shí)進(jìn)行基質(zhì)消融，術(shù)后無(wú)切口，影響其生物力學(xué)的主要因素為角膜組織切削量。研究[39]顯示：在術(shù)前同等角膜條件及屈光度的情況下，SMILE組術(shù)后DA ratio生物力學(xué)參數(shù)較PRK組明顯增加，說(shuō)明SMILE術(shù)對(duì)角膜生物力學(xué)影響更大。與LASIK手術(shù)相比，PRK術(shù)后CH和CRF的下降量明顯要小[24]。Lee等[40]也表示：與FS-LASIK相比，TransPRK的動(dòng)態(tài)角膜反應(yīng)參數(shù)變化較小，提示表層手術(shù)相對(duì)板層手術(shù)對(duì)角膜生物力學(xué)影響更小。

因SMILE無(wú)需制作角膜瓣，更好地保留了前彈力層和前部基質(zhì)，對(duì)角膜生物力學(xué)的影響較小。SMILE角膜帽越薄，對(duì)前部基質(zhì)層的損傷越大，生物力學(xué)特性的改變?cè)酱?；而FS-LASIK手術(shù)中薄瓣的設(shè)計(jì)有助于維護(hù)角膜力學(xué)結(jié)構(gòu)；TransPRK中光滑整齊的基質(zhì)床創(chuàng)面使得角膜愈合更加牢固緊密，有利于維持角膜生物力學(xué)的穩(wěn)定性。

3 角膜形態(tài)改變與生物力學(xué)相關(guān)性

Zhang等[41]表示：角膜生物力學(xué)硬度與角膜中央前表面高度、角膜平均曲率呈負(fù)相關(guān)，與角膜前表面Q值呈正相關(guān)。Liu等[42]表示：角膜前、后表面曲率和非球面形變量對(duì)動(dòng)態(tài)角膜反應(yīng)參數(shù)有顯著影響，角膜曲率越陡，角膜硬度越低。較陡的前表面曲率與傳入壓平過(guò)程中速度較快和外壓過(guò)程中變形較大有關(guān)；較陡的后表面曲率與外壓過(guò)程中速度較快和傳入壓平過(guò)程中變形較大相關(guān)；更負(fù)的角膜前表面Q值與傳入壓平過(guò)程中速度較快、變形較大相對(duì)應(yīng)。角膜后表面越呈扁長(zhǎng)形，在最高凹陷處對(duì)角膜變形的抵抗能力越強(qiáng)。

角膜組織的抗張強(qiáng)度主要分布在前彈力層和前部基質(zhì)，前彈力層是角膜各層組織結(jié)構(gòu)中黏附性抗拉強(qiáng)度最大的一層；基質(zhì)層約占角膜整體厚度的90%，是決定角膜生物力學(xué)特性的主要部位。角膜屈光手術(shù)破壞了角膜完整性，使其形態(tài)和力學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，導(dǎo)致粘彈性及抗張力下降。此外，激光切削角膜組織后，周邊基質(zhì)的伸展對(duì)角膜板層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的牽拉力，同時(shí)由于眼內(nèi)壓的存在，導(dǎo)致角膜中央平坦化、周邊陡峭，這種生物力學(xué)上的變化可能是引起角膜形態(tài)變化的原因。研究[43]顯示：角膜的生物力學(xué)作用使得前后表面不同區(qū)域的角膜產(chǎn)生比理論上的預(yù)測(cè)值更大的形變量，中央?yún)^(qū)角膜比預(yù)計(jì)更加平坦，周邊區(qū)比預(yù)計(jì)更加陡峭。術(shù)后角膜擴(kuò)張的發(fā)生和發(fā)展與角膜生物力學(xué)特性密切相關(guān)[44]。表層準(zhǔn)分子激光手術(shù)因?yàn)楸苊饬私悄ぐ甑闹谱?，一定程度上?jié)約了角膜厚度。Dawson等[45]研究顯示：表層切削術(shù)能夠更好地保持角膜的生物力學(xué)結(jié)構(gòu)，在預(yù)防術(shù)后角膜擴(kuò)張方面更有優(yōu)勢(shì)，相關(guān)研究仍需進(jìn)一步進(jìn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

激光角膜屈光手術(shù)后角膜形態(tài)及生物力學(xué)的變化不僅影響到角膜屈光狀態(tài)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，而且對(duì)手術(shù)的遠(yuǎn)期效果具有重要臨床意義?？偟膩?lái)說(shuō)，各種角膜屈光手術(shù)后均會(huì)對(duì)角膜形態(tài)及生物力學(xué)產(chǎn)生一定影響，且不同手術(shù)方式、不同屈光度、不同區(qū)域角膜表面各參數(shù)變化并不一致。近年來(lái)，屈光手術(shù)后角膜形態(tài)重塑及生物力學(xué)的變化已引起臨床醫(yī)生的高度關(guān)注，對(duì)其進(jìn)行深入研究不僅有助于更好地進(jìn)行術(shù)前病例的篩選、指導(dǎo)術(shù)式的選擇和手術(shù)參數(shù)的設(shè)計(jì)，更有利于提高手術(shù)的長(zhǎng)期安全性和穩(wěn)定性。隨著科技的進(jìn)步，未來(lái)兼顧屈光度的矯正和最大限度保持角膜生理形態(tài)和功能的屈光手術(shù)將成為趨勢(shì)。

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