Corvis-ST角膜生物力學測量在角膜屈光手術方面的應用

秦宇 綜述 梁剛 審校

云南大學附屬醫院云南省第二人民醫院云南省眼科醫院，云南 昆明 650000

近年來，眼生物力學尤其是角膜生物力學逐漸成為研究熱點，可視化角膜生物力學分析儀(corneal visualization Scheimpflug technology，Corvis-ST)作為唯一一個能全程實時記錄動態角膜形變反應來分析角膜生物力學特性的儀器被廣泛應用于臨床，其在角膜屈光手術領域的應用也受到廣泛關注。隨著角膜屈光手術的發展，角膜生物力學特性的評估在角膜屈光手術領域也逐漸成為臨床上關注的熱點問題。

1 角膜及其生物力學特征

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，即黏性、彈性和剛度，這些材料特性使得角膜具有復雜的生物力學特征。角膜的生物力學特征對于維持角膜的正常形態及功能具有重要的作用，其生物力學的改變與許多疾病的發生發展密切相關，在許多角膜疾病中,角膜生物力學的改變常常早于臨床癥狀的出現。

2 生物力學的測量方法

角膜生物力學的測量方法有離體測量和活體測量兩大類。離體測量方法存在樣本制作的過程，在這個過程中，角膜膠原纖維的自然走行被破壞、角膜脫水，會使測量結果與真實值存在差異，且無法在臨床實踐中作為有效的測量手段而得到廣泛應用。后來逐漸引入了活體測量的方法，最早引入的能夠活體評估生物力學的臨床設備是眼反應分析儀(Reichert Ocular Response Analyzer，ORA)，隨后是corvis ST 可視化角膜生物力學分析儀。這兩種設備均是依靠空氣脈沖使角膜產生形變從而評估角膜生物力學形變反應參數。眼反應分析儀對角膜形變反應進行間接評估，利用一種動態雙向壓平過程測量眼壓，使測得的眼壓值真實可靠，并得到反應角膜生物力學特性的指標：角膜滯后量和角膜阻力因素，但有學者認為，ORA未系統的將測量所得的參數與角膜生物力學特性之間建立直接關系，無法形象可觀的展示角膜的生物力學特性。Corvis-ST則使用超高速Scheimpflug成像直接評估動態角膜形變反應(DCR)，攝像機在31 ms內可記錄140幅水平切面圖像，拍攝幀數可達到4300幅/s，140 張圖片完整地描述了角膜生物力學反應全過程，這使得角膜生物力學的測量可視化且提供了大量的生物力學形變反應參數[1]，相比其他的生物力學測量方法，Corvis-ST通過將動態角膜形變反應指標與角膜地形圖的形態學指標相結合，提供了更多且更直觀的生物力學參數，且有較好的重復性和再現性，因此在臨床上得到到廣泛應用。

3 Corvis-ST生物力學測量在屈光手術方面的應用

3.1 角膜擴張性疾病的檢測 圓錐角膜是角膜屈光手術的絕對禁忌證，可導致嚴重的不可逆性術后并發癥，因此角膜屈光手術前有效篩查早期圓錐角膜及檢測角膜擴張一直是臨床上關注的重點。角膜的機械不穩定性被認為是圓錐角膜的初始事件，常常發生在角膜形態變化之前，但目前常用于幫助檢測圓錐角膜的影像照相或光學相關斷層掃描等技術只能檢測出角膜形態的改變，而無法測量角膜的機械穩定性，對早期圓錐角膜的檢出有一定的局限性，因此角膜生物力學測量對幫助診斷尚處于“生物力學”階段的擴張顯得十分重要[2]。Corvis-ST角膜生物力學檢查在整個角膜動態形變反應過程中通過采集和分析角膜生物力學反應獲取了的一系列生物力學參數，為早期角膜擴張性疾病的檢出提供了幫助。根據CYNTHIA ROBERTS 教授和WILLIAM DUPPS 教授的假設，角膜擴張的形態學改變是早期生物力學改變的結果。根據Dubbs和Roberts提出的模型，在角膜擴張的發生發展過程中，首先發生局部彈性模量的降低，這導致了一個生物力學失代償循環，進一步導致角膜形態學的改變。因此從理論上講，可以在早期根據角膜生物力學特性的改變來檢測角膜擴張。CBI (Corvis Biomechanical Index)就是為了這個目的而開發的，它基于不同動態角膜反應(DCR)參數、硬度參數和水平切面角膜厚度分布的Logistic 回歸公式得出。VINCIGUERRA 等[3]在一項多中心回顧性研究中證實了CBI對區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用價值也已在VINCIGUERRA等[4]的研究中得到證實，他們發現，許多病例即使沒有觀察到地形圖異常，也可以由CBI 檢測出圓錐角膜。此外，AMBRóSIO 等[5]提出使用一個聯合了Scheimpflug 斷層掃描和生物力學的指數—TBI (Tomographic and Biomechanical Index)來增強對角膜擴張性疾病的檢測。他們通過留-法交叉驗證得出，TBI與其他技術相比，在檢測角膜擴張方面提供了更高的準確性，對亞臨床擴張十分敏感。未來CBI還很有可能證實單側擴張的存在，幫助描繪和理解角膜固有的擴張易感性，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)也被認為是檢測輕微角膜擴張的重要參數。ROBERTS 等[1]在2017 年中通過研究得出，在動態Scheimpflug分析儀提供的所有角膜動態反應參數中，除峰距外，其余參數在正常眼和圓錐角膜眼之間均有顯著差異。目前，大量的研究已經證實了corvis-ST角膜生物力學分析在區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 等綜合性指標與以往單一的生物力學指標不同，它通過把pantacam 角膜地形圖的靜態形態學指標與corvis-ST的動態角膜形變反應參數結合起來，從形態學和力學兩方面對角膜擴張及角膜的生物力學穩定性進行綜合分析，直觀且更有效的為臨床醫師在臨床上對手術患者及手術方式的選擇提供了重要參考，具有很大的臨床應用價值。然而，要真正將這些生物力學參數得到有效的利用，幫助臨床診斷，還需進行更深入的探索研究及臨床觀察，將生物力學參數與患者其他臨床數據相結合，完成從單一指標評估到綜合評估的轉變。

AMBRóSIO等[5]通過針對意大利、巴西受試者的臨床試驗得出區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]對南亞地區受試者的研究中發現區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]的研究發現，區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。這些數值上的差異提示，在臨床工作中，使用corvis生物力學檢查指標進行診斷參考前，要充分認識到由于不同人種、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據進一步研究探討不同人種或人群之間生物力學特性的差異、這些差異是否存在、存在著什么樣的差異。特別是對于一個多民族國家來說，不同民族生物力學特征的差異會對臨床工作者術前及術后對生物力學穩定性的判斷產生重大的影響，通過對不同民族的生物力學指標進行檢測，建立數據庫，并分析不同民族人群的生物力學特征的差異，將進一步的提高生物力學的個性化評價，真正實現屈光手術的個性化精準醫療。

3.2 術前術后眼壓的測量 高度近視眼與青光眼高度相關，在屈光手術術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重要參考指標，角膜屈光手術術后由于角膜厚度等的改變，會影響青光眼診斷中眼壓數值的判斷，因此將眼壓的測量納入屈光手術術前檢查中具有重要的意義。在角膜屈光手術后，由于激素等藥物的使用，有激素導致術后眼壓升高的個案，若不能在術后復查期間及時發現眼壓的異常，會造成術后激素性青光眼的漏診，因此眼壓的測量在屈光手術術后檢查中也十分重要。

目前臨床上常用的眼壓測量方式有以goldman眼壓計(GAT)為代表的壓平式眼壓計和非接觸式眼壓計(NCT)。無論是壓平式眼壓計還是非接觸式眼壓計，均或多或少的受到眼球壁硬度、角膜厚度、角膜曲率形態和彈性的影響。在角膜屈光手術術后，角膜的正常結構、形態、角膜厚度和強度均發生改變，所測出的眼壓值都明顯低于術前，這是由于術后角膜變平、變薄造成的，而實際的眼壓可能并沒有降低，因此屈光手術術后的眼壓測量應該予以矯正。在眼壓測量上，Corvis-ST提供了一個校正眼壓值，利用有限元分析模型，考慮了角膜厚度、角膜曲率、形態因子、年齡和IOP值等多參數的變化范圍，建立bIOP(Biomechanically Corrected IOP生物力學校正眼內壓)的校正方程，校正了角膜厚度、年齡、角膜生物力學對眼內壓的影響，即使在極端的生物力學狀況下(如角膜屈光手術后)也能精確的測量出眼內壓值，并顯示出穩定的眼壓測量結果[15-17]。由于bIOP基于數據分析而不是特定人群的研究，所以適用于所有患者，且已通過多個獨立臨床數據庫驗證[18-20]。進一步了解眼壓與生物力學之間的關系也有助于臨床上對不同生物力學狀態的人群進行眼壓的評估。

3.3 不同屈光手術方式對角膜生物力學影響的研究 角膜屈光手術通過切削角膜基質來改變角膜的屈光狀態，不僅僅使角膜厚度發生了改變，同時不可避免的破壞了角膜生物力學結構的完整性，而不同手術方式、切削深度、角膜等對生物力學影響又不同，若術后生物力學的改變異常或顯著，將會引起角膜擴張等嚴重的并發癥。為進一步了解不同手術方式作用于角膜組織后其生物力學變化的特點，corvis-ST提供了生物力學指標來評價屈光手術術后角膜的生物力學穩定性，被廣泛得到應用。此外，在2019 年，PAOLO VINCIGUERRA 教授聯合世界數家屈光中心經過大樣本數據研究開發了出一項全新的CBI-LVC指數：(Corneal stability after laser vision correction)，研究通過對未手術正常眼、圓錐角膜眼、激光術后角膜穩定眼、激光術后角膜膨隆眼四組眼corvis 數據的統計學分析，最終得出CBI-LVC指數協助臨床上評估角膜屈光手術術后角膜生物力學的穩定性，但目前，對CBI-LVC 指數在角膜屈光手術術后評估生物力學穩定性有效性的相關臨床研究有限，對于其應用價值還有待進一步的驗證。

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中表層手術與板層手術相比，由于沒有角膜瓣的制作過程，且無需進行角膜基質的切開，在相同屈光不正度數的情況下其切削深度較少，對角膜膠原纖維的破壞較少，因此從倫理上講，表層手術對角膜生物力學的影響應小于板層手術。LEE等[15]利用corvis-ST 分析了TPRK 和Fem-LASIK 術后bIOP 和角膜動態反應參數的變化，指出TPRK 手術相較于Fem-LASIK 手術，在角膜生物力學方面的影響較小。HASHEMI等[19]在一個前瞻性研究中指出準分子激光屈光手術對角膜生物力學性能有顯著影響，而FS-LASIK 發生的變化比PRK-MMC 更顯著。國內外多項臨床研究結果證實了表層切削術在角膜生物力學方面的優勢。另外，飛秒激光小切口角膜基質透鏡取出術(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間完成光滑切削的特點，被廣泛認為是對角膜生物力學穩定性影響相對較小的手術方式。有研究通過生物力學分析對比SMILE和LASIK術后角膜生物力學改變，指出SMILE 手術術后生物力學要優于LASIK 手術[21]。EL-FATTAH 等[22]認為Fem-LASIK 術后角膜生物力學的穩定性要優于LASIK術后，進一步提供了飛秒激光切削有利于生物力學穩定性的證據。雖然目前臨床上廣泛認可了SMILE 手術對角膜生物力學的影響最小，但仍有SMILE術后角膜擴張病例的報道[23]。這些研究表明，不同屈光手術對角膜生物力學的影響存在差異，但也有研究發現FS-LASIK 手術與SMILE 手術相比，術后生物力學改變無明顯的差異[24]。因此，欲了解不同屈光術后生物力學特性的變化仍需更多的模擬和臨床試驗研究來進一步描述和證實不同手術類型相關的生物力學變化模式[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中與生物力學穩定性都有較強的相關性這一要素，在評價術后生物力學指標變化時還需對比不同手術方式生物力學指標變化與角膜切削量的相關性大小。在目前研究進展的基礎上，進一步探究不同的手術方式、角膜瓣厚度、側切角度、光學區大小和切削深度等對術后角膜生物力學產生的影響，有望在未來指導手術的選擇和個性化手術設計，進一步提高手術的安全性[26-29]。另外，目前相關研究多將Corvis ST 運用于角膜屈光手術的術前與術后較短時間角膜生物力學特性變化的觀察，關于術后長時間追蹤的研究還較少，對于術后較長時間，隨著角膜的修復和組織重建，不同手術方式之間生物力學的差異還是否存在，也是一個值得去探究的問題。曹雪倩等[30]在評價FS-LASIK、SBK、LASEK術后生物力學變化的研究中發現，術后3個月時，各組間的各項生物力學參數差異均無統計學意義，各種手術對生物力學的影響在1 年甚至數年后是否有不同仍有待更多隨訪研究。

4 總結

總之，Corvis-ST 提供的角膜生物力學、角膜動態反應及眼壓參數，為屈光手術術前術后評估提供了大量可靠的依據。未來，隨著Corvis ST臨床數據的逐漸豐富，研究的不斷深入，逐步建立屈光手術的角膜生物力學模型并預測術后角膜生物力學改變，將對術前篩查、手術方式選擇、手術設計、術后檢查等各個方面提供更好的指導。