白内障手术导航系统研究进展△

周星延 王静 赵江月 张劲松

·白内障专题·

白内障手术导航系统研究进展△

周星延 王静 赵江月 张劲松

现如今，白内障手术已进入屈光手术时代。为达到术后完美视觉质量，步步精准，白内障手术导航系统应运而生。该系统功能完备。本文从白内障的术前测量、手术设计、术中导航，以及其与飞秒激光的结合等方面进行综述，着重探讨其新功能的创新性、实用性及准确性。(中国眼耳鼻喉科杂志，2017，17：101-104)

白内障手术导航系统；生物标记；数字化图像；VERION；ORA

白内障手术从防盲手术进入到屈光性白内障手术以来，一次又一次的技术革新在为患者带来福音的同时，也为屈光性白内障手术医师提出挑战。屈光性人工晶状体的飞速发展，飞秒激光辅助白内障手术的广泛应用，个性化患者的需求以及对术后完美视觉质量的追求，无一不在强调，精准是一切更高技术的前提。白内障手术导航系统，也正是在如此时代背景下应运而生。

白内障手术导航系统，又名生物标记导引、数字化图像导引、生物标记数字化导航，是指在屈光性白内障手术中，通过识别眼前节高清数字化图像中的生物学特征(如虹膜纹理、结膜巩膜血管走形)，从而实现一系列手术导航功能。

1 白内障手术导航系统发展史

白内障手术导航系统的核心技术——眼球追踪技术(eye tracking, ET)是由该技术的先驱德国Senso Motoric Instruments GmbH (SMI)公司研发而成的[1]。最早该公司创办的手术导航平台(surgery guidance platform)包括2部分[2]：SMI测量设备(SMI reference unit)和SMI手术导航设备(SMI surgery pilot)。此后该项技术被美国爱尔康公司(Alcon)购买，并开发出目前国内应用较为广泛的VERION数字导航系统(VERIONTMImage Guided System, VERION)，以及最新的ORA系统(ORA System with VerifEye○RTechnology, ORA)[3]。

另外，德国蔡司公司(ZEISS)的 CALLISTO eye○R与国际测量金标准IOLMaster○R500测量设备、OPMI LUMERA○R700手术显微镜结合[4-5]，以及瑞士HAAG-STREIT公司的LENSTAR LS900手术导航系统均具有类似功能[6]。再者，随着散光型人工晶状体(Toric intraocular lens, Toric IOL)临床接受度的提高，单独针对Toric IOL目标散光轴位的数字化图像导引功能也被渐渐整合进入越来越多的检查设备中，例如美国TRACEY公司的i-Trace、日本尼德克公司(NIDEK)的OPD-scan Ⅲ、美国Santa Barbara公司的TrueGuide软件等[7-9]。

2 白内障手术导航系统功能概述

白内障手术导航系统术前对患者进行术眼信息的采集，术中与术眼信息比对，再实现持续、自动、实时的ET，非接触式投射手术信息至术野，辅助屈光性白内障手术医师精准完成白内障手术的各个关键步骤，包括显示切口位置、撕囊边界、Toric IOL植入目标散光轴位等。

本文重点介绍VERION如何对各个步骤实现相关功能及目前国内外研究进展，亦会提及与既往测量设备结合的导航软件相关功能。

3 VERION数字导航系统简介

VERION包括3大组成部分，分别是VERIONTMReference Unit (VRU)、VERIONTMDigital Marker L (VDML)、VERIONTMDigital Marker M (VDMM)。VRU包括VERIONTMMeasurement Module (VMM)和VERIONTMVision Planner (VVP)，VMM测量术眼眼前节信息并进行眼前节高清照相，VVP计算IOL度数及进行个性化手术设计；VDML可以与LenSx飞秒激光整合，进行飞秒激光的精准导航；VDMM接收VVP的手术设计信息，且与手术显微镜整合，为屈光性白内障手术医师提供相关手术信息。

4 白内障手术导航系统具体功能及研究进展

4.1 术前测量 白内障手术导航系统术前测量的基本信息包括术眼角膜散光数值(keratometry, K)以计算IOL度数，以及眼前节高清照相以实现术中眼位比对。

K值于IOL度数计算的重要意义已成为共识，所以白内障手术导航系统的生物测量准确性非常重要。Visser等[2]的研究表明，SMI测量设备与IOL Master、Lenstar、Javal、KR-1W及Pentacam相比，差异无统计学意义，且重复性良好，同时测量者操作SMI经验是否丰富对结果无影响。

VMM作为VERION中的生物测量仪器，目前针对其测量的准确性和重复性，国外已有大量相关报道。众多报道[2, 10-14]一致认为VMM测量结果重复性良好，但针对其与上述其他设备测量结果一致性的评判，结果不尽相同。以下着重分析与金标准IOL Master的比较。

Lauschke等[10]和Nemeth等[11]的研究表明，VMM与IOL Master的K 值一致性良好，且差异无统计学意义；Asena等[12]认为二者虽然在K值上无法完全等同，但一致性良好，而在散光轴位的测量上，二者有一定的差异；Schultz等[13]的研究结果显示，二者之间陡峭轴的K值VMM大于IOL Master，且差异有统计学意义(P<0.001)，其余一致性良好。也有研究[14]显示，VMM与IOL Master只有陡峭轴位一致性良好，其余K值相关信息VMM普遍大于IOL Master的结果。

分析上述评价结果不尽相同的原因，可能是每项研究入组例数不同，30～150例；受试者不同，有志愿者和患者之分；受试对象年龄分布亦不相同。期待将来有白内障患者大样本的相关研究进一步说明K值的准确性。

另外，白到白(white-to-white, WTW)距离在新一代IOL计算公式中的重要性也得到证明[15]。Nemeth等[11]的研究显示，VMM与IOL Master在WTW的测量上差异无统计学意义。但是，Schultz等[13]认为，VMM测量所得WTW值明显大于IOL Master及其他测量设备。

在拍摄眼前节高清照相方面，各个白内障手术导航系统也不尽相同。例如VMM为彩色眼前节高清照相，而与Callisto eye配套的IOL Master 500拍摄的则为黑白无赤光眼前节高清照相。虽有所差别，但其作用一致，均以图像的虹膜纹理及结膜血管特征作为术中比对术眼信息的基础。

此外，Thomas等[16]对VMM测量过程的舒适度与IOL Master、Lenstar、Pentacam进行了对比研究，结果显示测量时间、光标亮度、头位及主观感受评判舒适度，VMM与其他各项测量设备差异无统计学意义；但由于VMM无法测量术眼眼轴长度(axial length, AL)以及前房深度(anterior chamber depth, ACD)等信息，致使患者需要进行额外测量获取相关数值，同时花费更多的时间。

4.2 手术设计 完成眼前节信息的采集后，可以对患者的术眼进行IOL度数计算以及具体手术方案的个性化设计。其中包括IOL类别、球镜度数的确定，手术切口的确定以及相应Toric IOL柱镜度数的选择，相应的预测术后残留散光情况。

4.3 术中眼球信息的比对 既往众多研究[17-18]表明，人从坐位到卧位眼球会发生自旋，或向内或向外，度数大小不一。我们的研究[19]显示，VERION比对术眼信息成功后，所得眼球旋转结果统计得出：眼球旋转无规律，平均旋转度数为(5.43±3.93)°。如今对屈光性白内障的手术要求，屈光性白内障手术医师需了解自己的术源性散光(surgically induced astigmatism, SIA)，然而，SIA亦需出现在准确的切口位置上才能保证效果。所以，识别并矫正眼球自旋非常必要。

同时，第一步比对眼球信息，更是后续提供白内障准确手术信息的基础和前提。我们对VERION和Callisto eye 2个白内障手术导航系统的眼球自动对位准确性进行了研究[20]，结果显示二者自动对位的误差分别为(1.15±0.91)°和(0.73±0.56)°，均具有较高的准确性，而且二者间差异无统计学意义(P=0.127)。

4.4 术中提供手术相关信息

4.4.1 切口位置及撕囊边界 眼球信息比对成功后，既可显示手术主切口、辅助切口的准确位置，使得屈光性白内障手术医师从切口制作即做到精准无误。

随即，白内障手术导航系统可以显示撕囊边界，辅助屈光性白内障手术医师能根据自身习惯且结合患者所选的IOL种类，进行直径精确到0.1 mm的撕囊。与以往各式各样辅助撕囊的卡尺相比[21-22]，白内障手术导航系统具有明显优势，如可以实时调整撕囊大小、无接触、无需额外眼内操作等。

4.4.2 Toric IOL植入目标散光轴位 白内障手术导航系统可于术中直接显示Toric IOL植入目标散光轴位，不仅省略了术前繁琐的标记步骤，也能提高散光矫正效果，降低误差发生率。

可能造成Toric IOL植入过程产生误差的步骤有术前标记水平/垂直参考轴位、术中标定目标散光轴位、术中植入Toric IOL的过程、术后Toric IOL在眼内的旋转等。我们[19]对术前裂隙灯标定法标记水平/垂直轴位的准确性进行了研究，以VERION眼球对位成功后显示的0°、90°、180°为标准评价裂隙灯标记的偏差，结果显示水平轴误差为(2.46±1.58)°，垂直轴为2.00°。而这也仅仅是Toric IOL植入过程中的第一步的误差。

Elhofi等[9]比较了VERION数字化标记法与裂隙灯手动标记法植入Toric IOL的效果，结果显示术后Toric IOL轴位与目标散光的偏差分别为(2.4±1.96)°和(4.33±2.72)°，且二者差异有统计学意义(P=0.003)。Krader[23]的 术后3个月随访研究显示，使用VERION辅助植入Toric IOL能减少柱镜残留并获得更加完美的视觉质量。

另外，i-Trace和OPD-scan Ⅲ的升级版软件中均增添了辅助Toric IOL植入的数字化图像导引以及术后评价Toric IOL散光轴位准确性的功能[7-8]，为无法拥有全套白内障手术导航系统的医师也提供了类似的辅助功能。

5 白内障手术导航系统与飞秒激光整合

飞秒激光在白内障领域的应用为屈光性白内障手术医师提供了新的机遇与挑战。目前国内主要应用的飞秒激光有LenSX、LensAR、OptiMedica及Technolas[24-25]，主要功能为完成精确的环形撕囊、多种模式预劈核、制作各种形态的角膜切口(包括角膜松解切口和透明角膜切口)。

白内障手术导航系统可以与飞秒激光系统进行整合，如VERION的VDML和LenSX，从而使得飞秒激光辅助白内障手术，步步精准。

6 ORA系统

继VERION广泛应用以来，美国爱尔康公司推出了不仅涵盖VERION的全部功能，还拥有世界上第一个图像引导下的波前像差测量仪(image-guided aberrometery)——ORA系统。

ORA系统可以在术中超声乳化吸出处理完晶状体核后，患者术眼处于无晶状体眼的状态下，进行测量，从而帮助确定理想的IOL度数；IOL植入术后，有晶状体眼的状态下， ORA系统能够实时测量术眼屈光状态，例如IOL中心、Toric IOL散光轴位位置、角膜松解切口的切开范围是否精准，了解此时术眼的柱镜、球镜残留情况及Toric IOL散光轴位有无偏转及偏转角度大小。如需调整可随即进行，无需二次进入手术室，尤其是需要矫正散光及LASIK术后的患者。

ORA系统使得屈光性白内障手术医师更有自信，不但步步精准导航，更能在患者离开手术室前即确定IOL植入后的屈光效果，从而把控术后完美视觉质量。

综上所述，白内障手术导航系统作为一个功能几乎完备的新兴白内障辅助系统，使屈光性白内障手术近乎成为精准治疗的典范。在应用其辅助功能的同时，更多针对新设备的思考将帮助完善其不足；也同样期待更多的多中心、大样本的临床研究能为屈光性白内障手术医师的使用提供参考。

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(本文编辑 诸静英)

Progress on cataract surgery navigation system

ZHOUXing-yan,WANGJing,ZHAOJiang-yue,ZHANGJin-song.

DepartmentofOphthalmology,theForthAffiliatedHospitalofChinaMedicalUniversity,Shenyang110005,China

ZHANG Jin-song，Email: cmu4h-zjs@126.com

Currently, cataract surgery combined with refractive function becomes a new operating method at the right moment. In order to obtain perfect visual quality after cataract refractive surgeries, cataract surgery navigation system emerges. This system is fully functional, including preoperative measurement, surgery design, intraoperative navigation and combination with femtosecond laser. The purpose of this review is to provide thoroughly discussion about its innovation, practicability and accuracy of all new functions.(Chin J Ophthalmol and Otorhinolaryngol,2017,17:101-104)

Cataract surgery navigation system; Biological marking; Digital picture; VERION; ORA

辽宁省科学技术计划项目(2012225012)；国家自然科学基金(81270988；81470617)

中国医科大学附属第四医院眼科 沈阳 110005

张劲松(Email: cmu4h-zjs@126.com)

10.14166/j.issn.1671-2420.2017.02.007

2016-12-13)