Corvis-ST角膜生物力學(xué)測(cè)量在角膜屈光手術(shù)方面的應(yīng)用

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(diǎn)，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(gè)能全程實(shí)時(shí)記錄動(dòng)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(píng)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(diǎn)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(diǎn)，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(duì)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(cè)量方法

角膜生物力學(xué)的測(cè)量方法有離體測(cè)量和活體測(cè)量?jī)纱箢悺ｋx體測(cè)量方法存在樣本制作的過程，在這個(gè)過程中，角膜膠原纖維的自然走行被破壞、角膜脫水，會(huì)使測(cè)量結(jié)果與真實(shí)值存在差異，且無法在臨床實(shí)踐中作為有效的測(cè)量手段而得到廣泛應(yīng)用。后來逐漸引入了活體測(cè)量的方法，最早引入的能夠活體評(píng)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(píng)估角膜生物力學(xué)形變反應(yīng)參數(shù)。眼反應(yīng)分析儀對(duì)角膜形變反應(yīng)進(jìn)行間接評(píng)估，利用一種動(dòng)態(tài)雙向壓平過程測(cè)量眼壓，使測(cè)得的眼壓值真實(shí)可靠，并得到反應(yīng)角膜生物力學(xué)特性的指標(biāo)：角膜滯后量和角膜阻力因素，但有學(xué)者認(rèn)為，ORA未系統(tǒng)的將測(cè)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(píng)估動(dòng)態(tài)角膜形變反應(yīng)(DCR)，攝像機(jī)在31 ms內(nèi)可記錄140幅水平切面圖像，拍攝幀數(shù)可達(dá)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(cè)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(cè)量方法，Corvis-ST通過將動(dòng)態(tài)角膜形變反應(yīng)指標(biāo)與角膜地形圖的形態(tài)學(xué)指標(biāo)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(cè)量在屈光手術(shù)方面的應(yīng)用

3.1 角膜擴(kuò)張性疾病的檢測(cè) 圓錐角膜是角膜屈光手術(shù)的絕對(duì)禁忌證，可導(dǎo)致嚴(yán)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(cè)角膜擴(kuò)張一直是臨床上關(guān)注的重點(diǎn)。角膜的機(jī)械不穩(wěn)定性被認(rèn)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(cè)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(cè)出角膜形態(tài)的改變，而無法測(cè)量角膜的機(jī)械穩(wěn)定性，對(duì)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(cè)量對(duì)幫助診斷尚處于“生物力學(xué)”階段的擴(kuò)張顯得十分重要[2]。Corvis-ST角膜生物力學(xué)檢查在整個(gè)角膜動(dòng)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(kuò)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(kuò)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(kuò)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(gè)生物力學(xué)失代償循環(huán)，進(jìn)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(cè)角膜擴(kuò)張。CBI (Corvis Biomechanical Index)就是為了這個(gè)目的而開發(fā)的，它基于不同動(dòng)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(xiàng)多中心回顧性研究中證實(shí)了CBI對(duì)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(jià)值也已在VINCIGUERRA等[4]的研究中得到證實(shí)，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(cè)出圓錐角膜。此外，AMBRóSIO 等[5]提出使用一個(gè)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(qiáng)對(duì)角膜擴(kuò)張性疾病的檢測(cè)。他們通過留-法交叉驗(yàn)證得出，TBI與其他技術(shù)相比，在檢測(cè)角膜擴(kuò)張方面提供了更高的準(zhǔn)確性，對(duì)亞臨床擴(kuò)張十分敏感。未來CBI還很有可能證實(shí)單側(cè)擴(kuò)張的存在，幫助描繪和理解角膜固有的擴(kuò)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(rèn)為是檢測(cè)輕微角膜擴(kuò)張的重要參數(shù)。ROBERTS 等[1]在2017 年中通過研究得出，在動(dòng)態(tài)Scheimpflug分析儀提供的所有角膜動(dòng)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(shí)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(biāo)與以往單一的生物力學(xué)指標(biāo)不同，它通過把pantacam 角膜地形圖的靜態(tài)形態(tài)學(xué)指標(biāo)與corvis-ST的動(dòng)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(duì)角膜擴(kuò)張及角膜的生物力學(xué)穩(wěn)定性進(jìn)行綜合分析，直觀且更有效的為臨床醫(yī)師在臨床上對(duì)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(jià)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(jìn)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(biāo)評(píng)估到綜合評(píng)估的轉(zhuǎn)變。

AMBRóSIO等[5]通過針對(duì)意大利、巴西受試者的臨床試驗(yàn)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(duì)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(biāo)進(jìn)行診斷參考前，要充分認(rèn)識(shí)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(jìn)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(duì)于一個(gè)多民族國(guó)家來說，不同民族生物力學(xué)特征的差異會(huì)對(duì)臨床工作者術(shù)前及術(shù)后對(duì)生物力學(xué)穩(wěn)定性的判斷產(chǎn)生重大的影響，通過對(duì)不同民族的生物力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，并分析不同民族人群的生物力學(xué)特征的差異，將進(jìn)一步的提高生物力學(xué)的個(gè)性化評(píng)價(jià)，真正實(shí)現(xiàn)屈光手術(shù)的個(gè)性化精準(zhǔn)醫(yī)療。

3.2 術(shù)前術(shù)后眼壓的測(cè)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(xiàng)重要參考指標(biāo)，角膜屈光手術(shù)術(shù)后由于角膜厚度等的改變，會(huì)影響青光眼診斷中眼壓數(shù)值的判斷，因此將眼壓的測(cè)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(gè)案，若不能在術(shù)后復(fù)查期間及時(shí)發(fā)現(xiàn)眼壓的異常，會(huì)造成術(shù)后激素性青光眼的漏診，因此眼壓的測(cè)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(cè)量方式有以goldman眼壓計(jì)(GAT)為代表的壓平式眼壓計(jì)和非接觸式眼壓計(jì)(NCT)。無論是壓平式眼壓計(jì)還是非接觸式眼壓計(jì)，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(qiáng)度均發(fā)生改變，所測(cè)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(shí)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(cè)量應(yīng)該予以矯正。在眼壓測(cè)量上，Corvis-ST提供了一個(gè)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(duì)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(cè)量出眼內(nèi)壓值，并顯示出穩(wěn)定的眼壓測(cè)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(gè)獨(dú)立臨床數(shù)據(jù)庫(kù)驗(yàn)證[18-20]。進(jìn)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(duì)不同生物力學(xué)狀態(tài)的人群進(jìn)行眼壓的評(píng)估。

3.3 不同屈光手術(shù)方式對(duì)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(shí)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(duì)生物力學(xué)影響又不同，若術(shù)后生物力學(xué)的改變異常或顯著，將會(huì)引起角膜擴(kuò)張等嚴(yán)重的并發(fā)癥。為進(jìn)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(diǎn)，corvis-ST提供了生物力學(xué)指標(biāo)來評(píng)價(jià)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(xiàng)全新的CBI-LVC指數(shù)：(Corneal stability after laser vision correction)，研究通過對(duì)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(jì)學(xué)分析，最終得出CBI-LVC指數(shù)協(xié)助臨床上評(píng)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(duì)CBI-LVC 指數(shù)在角膜屈光手術(shù)術(shù)后評(píng)估生物力學(xué)穩(wěn)定性有效性的相關(guān)臨床研究有限，對(duì)于其應(yīng)用價(jià)值還有待進(jìn)一步的驗(yàn)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(jìn)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(duì)角膜膠原纖維的破壞較少，因此從倫理上講，表層手術(shù)對(duì)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(dòng)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(gè)前瞻性研究中指出準(zhǔn)分子激光屈光手術(shù)對(duì)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(guó)內(nèi)外多項(xiàng)臨床研究結(jié)果證實(shí)了表層切削術(shù)在角膜生物力學(xué)方面的優(yōu)勢(shì)。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(diǎn)，被廣泛認(rèn)為是對(duì)角膜生物力學(xué)穩(wěn)定性影響相對(duì)較小的手術(shù)方式。有研究通過生物力學(xué)分析對(duì)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(rèn)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(jìn)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(rèn)可了SMILE 手術(shù)對(duì)角膜生物力學(xué)的影響最小，但仍有SMILE術(shù)后角膜擴(kuò)張病例的報(bào)道[23]。這些研究表明，不同屈光手術(shù)對(duì)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(yàn)研究來進(jìn)一步描述和證實(shí)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(qiáng)的相關(guān)性這一要素，在評(píng)價(jià)術(shù)后生物力學(xué)指標(biāo)變化時(shí)還需對(duì)比不同手術(shù)方式生物力學(xué)指標(biāo)變化與角膜切削量的相關(guān)性大小。在目前研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，進(jìn)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(duì)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(gè)性化手術(shù)設(shè)計(jì)，進(jìn)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(yùn)用于角膜屈光手術(shù)的術(shù)前與術(shù)后較短時(shí)間角膜生物力學(xué)特性變化的觀察，關(guān)于術(shù)后長(zhǎng)時(shí)間追蹤的研究還較少，對(duì)于術(shù)后較長(zhǎng)時(shí)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(gè)值得去探究的問題。曹雪倩等[30]在評(píng)價(jià)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(gè)月時(shí)，各組間的各項(xiàng)生物力學(xué)參數(shù)差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，各種手術(shù)對(duì)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(dòng)態(tài)反應(yīng)及眼壓參數(shù)，為屈光手術(shù)術(shù)前術(shù)后評(píng)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(cè)術(shù)后角膜生物力學(xué)改變，將對(duì)術(shù)前篩查、手術(shù)方式選擇、手術(shù)設(shè)計(jì)、術(shù)后檢查等各個(gè)方面提供更好的指導(dǎo)。