王丹 王曉睿 韋偉 裴澄 米生健

人眼角膜復(fù)雜的生物力學(xué)特性決定了其在壓力條件下呈現(xiàn)多樣的反應(yīng)和形態(tài)變化。這種特性目前已在早期圓錐角膜的輔助診斷[1-2]、角膜術(shù)后形態(tài)和力學(xué)的穩(wěn)定性評估[3]、青光眼篩查[4]等方面發(fā)揮了重要作用，且一定程度上反映了鞏膜的生物力學(xué)情況[5]。

目前臨床上有兩種商業(yè)化的在體測量角膜生物力學(xué)特性的設(shè)備，其原理均是使用固定量的空氣脈沖沖擊角膜，觀察角膜受壓后的變形參數(shù)[6]：一種是眼反應(yīng)分析儀，其是基于非接觸的雙向壓平原理設(shè)計的，測量結(jié)果包括角膜滯后量(CH)、角膜阻力因子(CRF)兩個角膜生物力學(xué)參數(shù)，以及Goldmann 相關(guān)眼壓、矯正眼壓兩個眼壓參數(shù)；另一種是使用了Scheimpflug旋轉(zhuǎn)攝像技術(shù)的動態(tài)可視化角膜生物力學(xué)分析儀Corvis ST，其高速攝像頭每秒可捕獲4300幀的水平Scheimpflug圖像[7]，測量時間約31 ms，共采集和分析角膜變形過程的140幅斷層圖像，在其第二代設(shè)備上考慮了眼球受壓后整體后退的影響，提供的參數(shù)包括：第一次壓平速率(A1V)、第一次壓平長度(A1L)、第一次壓平時間(A1T)、第二次壓平速率(A2V)、第二次壓平長度(A2L)、第二次壓平時間(A2T)、最大壓陷曲率半徑(HCR)、最大壓陷時間(HCT)、最大壓陷時兩峰間距離(PD)、2 mm處變形幅度的比值(DA 2 ratio)、綜合半徑(IR)、最薄點厚度/厚度變化率(ARTh)、第一次壓平時角膜硬度參數(shù)(SP-A1)、Corvis生物力學(xué)指數(shù)(CBI)，并可聯(lián)合角膜地形圖結(jié)果使用人工智能方法得出生物力學(xué)/斷層掃描地形圖指數(shù)(TBI)。

既往研究已經(jīng)證實,Corvis ST具有良好的精確性和可重復(fù)性[8-9]。目前，有關(guān)角膜生物力學(xué)特性的研究多局限于圓錐角膜患者，鮮有研究闡述近視患者的角膜生物力學(xué)特性及其與眼部其他生物測量參數(shù)的相關(guān)性，并且以往的研究對于屈光度、年齡等因素與角膜生物力學(xué)參數(shù)之間的相關(guān)性得出的結(jié)論并不一致[10-12]。目前認為，對角膜生物力學(xué)參數(shù)測量影響最大的因素是眼壓，其次為中央角膜厚度(CCT)、年齡、屈光度等[7，13-14]。本研究選擇Corvis ST測得的眼壓為13～17 mmHg(1 kPa=7.5 mmHg)的近視患者，分析其角膜生物力學(xué)參數(shù)與眼部其他測量參數(shù)之間的關(guān)系，擬進一步明確眼壓因素控制后，角膜生物力學(xué)參數(shù)與眼部其他生物測量參數(shù)以及年齡之間的相關(guān)性，從而為深入了解角膜生物力學(xué)特性提供更科學(xué)、更全面的依據(jù)和基礎(chǔ)。

1 資料與方法

1.1 一般資料前瞻性臨床觀察研究。收集自2019年3月至12月于西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院屈光手術(shù)中心就診的擬行角膜屈光手術(shù)的192例近視患者的臨床資料，均選擇右眼進行研究。納入標準：(1)年齡18～60歲；(2)等效球鏡度(SE)為-1.00～-12.00 D;(3)Corvis ST測得的眼壓為13～17 mmHg；(4)無眼部手術(shù)史；(5)停止配戴角膜塑形鏡3個月、硬性角膜接觸鏡1個月、軟性角膜接觸鏡1周以上者；(6)無青光眼、干眼或其他活動性眼病。排除標準：(1)患有全身性疾病，如糖尿病、甲狀腺疾病、類風(fēng)濕類疾病等；(2)檢查不配合者；(3)拒絕參加該試驗者。本研究遵守《赫爾辛基宣言》，所有受檢者均知情同意，并簽署知情同意書。

1.2 方法入選患眼均行裸眼視力、最佳矯正視力、眼壓、SE、眼前節(jié)、眼軸長度(AL)及角膜地形圖、角膜生物力學(xué)參數(shù)等檢查。

1.2.1 角膜地形圖檢查使用眼前節(jié)綜合分析儀Pentacam HR(Oculus Optikger?te GmbH，德國)檢查受試者雙眼角膜地形圖，獲得角膜及眼前節(jié)參數(shù)，包括平均角膜前表面曲率(Km)、CCT、角膜水平直徑(CD)。

1.2.2 角膜生物力學(xué)參數(shù)獲取使用Corvis ST角膜生物力學(xué)測量儀(Oculus Optikger?te GmbH，德國)檢查，自然瞳孔狀態(tài)下每人均在30 min內(nèi)完成測量，獲得的參數(shù)包括：CCT、眼壓、9個角膜生物力學(xué)基礎(chǔ)參數(shù)(A1T、A1L、A1V、A2T、A2L、A2V、HCT、PD、HCR)和6個整合參數(shù)(DA 2 ratio、IR、ARTh、SP-A1、CBI及聯(lián)合角膜地形圖結(jié)果獲得TBI)。測量均由同一位經(jīng)驗豐富的臨床醫(yī)師完成，每眼連續(xù)測量3次，測量可靠性均顯示為“OK”。Corvis ST測量時角膜形變過程見圖1。各參數(shù)的涵義見表1。

1.2.3 AL測量應(yīng)用光學(xué)生物測量儀IOL Master 500(ZEISS公司,德國)測量AL。測量方法：受試者取坐位，額部貼靠前額托，下頜置于下頜支架上，擺正頭位及眼位,對焦后按下開始鍵，機器自動采集圖像,完成后若圖像質(zhì)量不能滿足要求則重新測量。測量均由同一位經(jīng)驗豐富的臨床醫(yī)師完成，每眼重復(fù)測量3次，記錄3次結(jié)果的平均值。

1.3 統(tǒng)計學(xué)方法采用SPSS 22.0軟件進行統(tǒng)計學(xué)分析。連續(xù)性變量使用單樣本Kolmogorov-Smirnov檢驗其正態(tài)性，計量資料如符合正態(tài)分布用均數(shù)±標準差表示，Corvis ST角膜生物力學(xué)參數(shù)與CCT、SE、年齡、AL、Km及CD的相關(guān)性采用Spearman相關(guān)性分析。檢驗水準：α=0.05。

圖1 Corvis ST測量時角膜形變過程 A:原始狀態(tài);B:第一次壓平狀態(tài);C:最大壓陷狀態(tài);D:第二次壓平狀態(tài)。

表1 Corvis ST測量的角膜生物力學(xué)各參數(shù)涵義

2 結(jié)果

2.1 患者基線資料本研究納入的192例(192眼)近視患者中，男87例、女105例，年齡18～51(25.24±7.24)歲，SE為-1.50～-11.62(-5.49±2.06)D，AL為22.96～29.68(25.66±1.45)mm，Km為39.10～316.10(44.72±19.73)D，CD為10.20～12.60(11.47±0.38)mm，眼壓為13～17(15.36±1.46)mmHg， CCT為445～616(530.81±33.97)mm。

2.2 相關(guān)性分析所有患者Corvis ST角膜生物力學(xué)參數(shù)與眼部其他生物測量參數(shù)和年齡的相關(guān)性分析結(jié)果見表2。

表2 Corvis ST角膜生物力學(xué)參數(shù)與眼部其他生物測量參數(shù)和年齡的相關(guān)性

2.2.1 Corvis ST角膜生物力學(xué)參數(shù)與CCT的相關(guān)性A1T、A1L、A2L、A2V、HCR、ARTh、 SP-A1與CCT均呈正相關(guān)(均為P<0.001)，DA 2 ratio、IR、A1V、A2T、PD、CBI、TBI與CCT均呈負相關(guān)(均為P<0.05)，HCT與CCT無明顯相關(guān)性(P=0.628)。

2.2.2 Corvis ST角膜生物力學(xué)參數(shù)與SE的相關(guān)性A2L、A2V、HCR與SE均呈正相關(guān)(均為P<0.01)，DA 2 ratio、IR、PD與SE均呈負相關(guān)(均為P<0.05)，其他Corvis ST角膜生物力學(xué)參數(shù)與SE均無相關(guān)性(均為P>0.05)。

2.2.3 Corvis ST角膜生物力學(xué)參數(shù)與AL的相關(guān)性PD、A2V與AL均呈正相關(guān)(均為P<0.01)，A2T、HCT與AL均呈負相關(guān)(均為P<0.05)，其他Corvis ST角膜生物力學(xué)參數(shù)與AL均無相關(guān)性(均為P>0.05)。

2.2.4 Corvis ST角膜生物力學(xué)參數(shù)與年齡的相關(guān)性A1V、DA 2 ratio、IR與年齡均呈正相關(guān)(均為P<0.05)，A1L、A2T、A2L與年齡均呈負相關(guān)(均為P<0.05)，其他Corvis ST角膜生物力學(xué)參數(shù)與年齡均無相關(guān)性(均為P>0.05)。

2.2.5 Corvis ST角膜生物力學(xué)參數(shù)與Km的相關(guān)性A1V、DA 2 ratio、IR與Km均呈正相關(guān)(均為P<0.05)，A2L、PD、HCR與Km均呈負相關(guān)(均為P<0.05)，其他Corvis ST角膜生物力學(xué)參數(shù)與Km均無相關(guān)性(均為P>0.05)。

2.2.6 Corvis ST角膜生物力學(xué)參數(shù)與CD的相關(guān)性ARTh與CD呈正相關(guān)(P=0.003)，A1V、CBI與CD均呈負相關(guān)(均為P<0.05)，其他Corvis ST角膜生物力學(xué)參數(shù)與CD均無相關(guān)性(均為P>0.05)。

2.2.7 其他SP-A1僅與CCT呈正相關(guān)(P<0.001)；CBI僅與CCT、CD呈負相關(guān)(均為P<0.05)；TBI僅與CCT呈負相關(guān)(P<0.001)。

3 討論

角膜的生物力學(xué)特性不僅影響角膜屈光手術(shù)術(shù)前圓錐角膜的篩查，而且直接影響角膜屈光手術(shù)的術(shù)后安全性、穩(wěn)定性和可預(yù)測性等，因此，準確評估角膜的生物力學(xué)特性對于術(shù)后角膜安全性評估至關(guān)重要。有研究表明，可以將Corvis ST角膜生物力學(xué)參數(shù)視為實際角膜生物力學(xué)因素的替代指標[15]。一項對圓錐角膜及健康角膜的生物力學(xué)測量結(jié)果和矯正后的影響因素進行相關(guān)性分析的研究發(fā)現(xiàn)，眼壓和CCT是角膜生物力學(xué)參數(shù)主要的兩大影響因素[16]。為了排除眼壓對角膜生物力學(xué)測量結(jié)果的影響，我們進行眼壓匹配后，分析了角膜生物力學(xué)參數(shù)的影響因素。

本研究分析了近視人群的角膜生物力學(xué)特性。在外界定量壓力脈沖作用下，CCT越厚，達到角膜第一次壓平時，A1T越長，A1V越小，A1L越長，即角膜對外力的抵抗作用越強，在外力作用下越不易發(fā)生變形。在達到第二次壓平時，A2T越短，A2V越大，A2L越長，且A1T和A2T間隔越短。角膜達到最大壓陷時，角膜前表面凹陷曲率半徑越大，即角膜在外力作用下變形的幅度越?。籋CT與A2T間隔越短，PD越小，即角膜在外力作用下發(fā)生變形后恢復(fù)原形狀的速度越快。CCT變薄，角膜膠原纖維生物力學(xué)反應(yīng)能力下降，角膜黏彈性降低，角膜對外力的抵抗能力下降，在外力的作用下更易發(fā)生變形，并且角膜變形時間縮短，變形的幅度和范圍增加。本研究相關(guān)性分析結(jié)果顯示，CCT與除HCT之外的其他Corvis ST角膜生物力學(xué)參數(shù)均相關(guān)，和Huseynova等[17]和Salouti等[18]的研究結(jié)果一致。

本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，SE越小，在達到第二次壓平時，A2V越小，A2L越短；在達到最大壓陷時，PD越大，DA 2 ratio越大，IR也越大。Wang等[11]和He等[12]的研究還發(fā)現(xiàn)，高度近視患眼的DA 2 ratio較正視眼更大，且與AL呈正相關(guān)。而本研究未發(fā)現(xiàn)AL與DA 2 ratio存在相關(guān)性，原因可能是DA 2 ratio在正視眼與高度近視眼之間有差別，而在近視人群中隨著屈光度的增加這種差別變得不明顯。

Km對角膜形變也有一定的影響。本研究發(fā)現(xiàn)，Km與部分角膜形變參數(shù)相關(guān)。Lanza等[19]對正常眼、準分子激光角膜切削術(shù)后患眼、圓錐角膜眼進行 Corvis ST的測量，發(fā)現(xiàn)Km與A1T、A2T、A2V均相關(guān)，但未對Km與各形變參數(shù)的關(guān)系進行研究。本研究基于單純近視患者的研究結(jié)果顯示，Km與PD、HCR、DA 2 ratio、IR等存在相關(guān)性。Km越小，在達到最大壓陷時，PD越大，HCR越大，角膜在受外力時的形變幅度應(yīng)越大，但本研究卻發(fā)現(xiàn)Km與DA 2 ratio、IR均呈正相關(guān)，原因可能是本研究納入的為擬行角膜屈光手術(shù)后的單純近視患者，尚未對患眼進行屈光度分層研究，未涉及不同屈光度對Corvis ST測得的角膜形變參數(shù)的影響。

本研究結(jié)果顯示，年齡與A1L、A2L均呈負相關(guān)，與DA 2 ratio、IR均呈正相關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)，隨著年齡增長，角膜微結(jié)構(gòu)變化以及膠原纖維交聯(lián)增多導(dǎo)致角膜的順應(yīng)性和彈性降低(即脆性增加)[20]，角膜越硬。Wang等[11]的研究顯示，角膜的形變幅度與年齡呈正相關(guān)，這與我們的研究結(jié)果相符。但是年齡對于角膜生物力學(xué)參數(shù)是相對獨立的影響因素，故在考慮年齡因素的影響時需考慮SE的混雜影響。

在本研究中，CD僅與A1V、CBI呈負相關(guān)。Smolek[21]認為，角膜中央的膠原纖維板層數(shù)量及排列較周邊角膜少且松散；Boote等[22]研究也顯示，角膜中央與角膜周邊的膠原纖維分布不同，接近角膜周邊的膠原纖維的排列方向以及直徑和膠原纖維之間的距離均大于角膜中央部分的膠原纖維?；|(zhì)膠原排列相對紊亂及松散時，區(qū)域硬度將更低，角膜會發(fā)生更大的形變。本研究未發(fā)現(xiàn)CD與DA 2 ratio等參數(shù)之間的聯(lián)系，可能的原因為角膜的纖維排列分布與CD大小無明顯聯(lián)系，角膜在對抗外力時并非僅依靠某一區(qū)域的作用，而是通過各層組織和各區(qū)域間的相互聯(lián)系共同產(chǎn)生對抗力。

ARTh、SP-A1及CBI都是直觀反映角膜硬度的參數(shù)。本研究發(fā)現(xiàn)，ARTh與CCT、CD均呈正相關(guān)；SP-A1與CCT呈正相關(guān)；CBI與CCT、CD均呈負相關(guān)。ARTh及SP-A1越小，角膜越軟，越容易發(fā)生擴張。

TBI是近來提出的結(jié)合角膜地形圖和Corvis ST檢查結(jié)果得到的全新參數(shù)。TBI大于0.5時，角膜擴張風(fēng)險大大增加，文獻報道其檢測角膜擴張的準確性遠遠優(yōu)于CBI[23]。在本研究中，TBI與CCT呈負相關(guān)，CCT越厚，角膜對抗外力的能力越高，在外力的作用下越不易發(fā)生形變。

本研究尚存在不足之處，如由于是前瞻性研究，不能確定各個變量之間的因果關(guān)系；僅收集了同一醫(yī)院的患者且樣本量不大，仍可能存在其他影響因素未被發(fā)現(xiàn)；本研究未包含低齡和高齡的近視患者；且未對不同近視程度人群進行比較分析。

綜上所述，角膜的生物力學(xué)特性頗為復(fù)雜，臨床中角膜的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化可由角膜生物力學(xué)參數(shù)的變化表現(xiàn)出來。本研究我們著重分析了近視人群Corvis ST角膜生物力學(xué)參數(shù)與眼部其他生物測量參數(shù)之間的關(guān)系，在臨床應(yīng)用時對患者進行多次測量和綜合分析可得到更為真實的結(jié)果，從而客觀描述角膜的生物力學(xué)特性。在解釋從Corvis ST獲得的角膜生物力學(xué)參數(shù)時，應(yīng)綜合考慮眼部系統(tǒng)變量對角膜生物力學(xué)參數(shù)值的影響，系統(tǒng)地去甄別可疑圓錐角膜。未來我們將進行大樣本量的隊列研究，以進一步了解角膜生物力學(xué)特性在近視發(fā)生發(fā)展過程中的作用。