青光眼角膜生物力学与视盘生物力学的关系

杜绍林，郑文凯，董秀清，罗英东

（中山大学附属东华医院眼科中心，广东东莞 523000）

眼压是青光眼患者视功能损害的主要危险因素，也是目前唯一可有效控制的因素，但异常眼压导致青光眼损害的过程尚不明确。青光眼力学理论认为，生物组织的力学特性在压力应变过程中起到了重要作用，异常眼压可能会导致角巩膜组织、筛板组织承受能力减弱并发生变形，从而导致周围视神经受压或进一步损害［1］。以往因仪器设备和医学伦理的限制，未能有效进行角巩膜组织与筛板组织承受能力的生物力学研究，证明青光眼力学理论的准确性。Corvis ST 角膜生物力学分析仪是一种新型测量活体角膜生物力学的设备，能直观地观察角膜受外力作用变形后的动态过程，可以较完善地记录生物力学测量参数，更好地展现角膜生物力学特性，弥补了以往测量活体角膜生物力学设备的不足。扫频OCT（swept-source optical coherence tomography，SSOCT）是最近提出的一种超高速OCT、唯一一款深范围成像OCT（deep range imaging，DRI），它使用扫频激光光源，能够连续测量不同频率和波长的干涉光，可以清晰地扫描筛板结构的层次范围［2-4］。本研究中采用Corvis ST 角膜生物力学分析仪和SSOCT 分析原发性开角型青光眼（POAG）患者，正常眼压性青光眼（NTG）患者，高眼压症（OHT）者和正常者的角膜生物力学参数及筛板厚度特征，探索青光眼患者角膜生物力学与视盘生物力学间的关系。

1 材料与方法

1.1 研究对象

本项前瞻性病例观察研究招募正常志愿者26 例（26 眼）、纳入中山大学附属东华医院眼科中心就诊的原发性开角型青光眼（POAG）患者32例、正常眼压性青光眼（NTG）患者20 例、高眼压症（OHT）者15 例。所有入选的病例经本中心伦理委员会批准［2017DHLL002］，遵守赫尔辛基宣言规定，征得患者同意并签署了患者知情同意书。所有入选对象均有具备丰富临床经验的青光眼专家确诊。入选患者中高眼压者均已经局部抗青光眼药物控制在≤21 mmHg，各组在眼压、年龄段匹配。

POAG 患者组：选择2016 年7 月至2018 年12月在确诊的32 例（32 眼）POAG 患者、且眼压控制在≤21 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa，Goldmann 压平眼压计）。其中男性20 例（20 眼），女性12 例（12 眼）；平均年龄（53.7±12.2）岁；矫正视力≥0.6，屈光度数≤±3.00 D；除青光眼外，无其他眼病、眼外伤或手术史。参照我国原发性青光眼诊断和治疗的专家共识，POAG 诊断标准：至少2 次眼压＞21 mmHg，房角开放；具有典型的青光眼性视乳头改变和视网膜神经纤维层缺损；具有与视乳头损害部位相对应的视野缺损。

NTG 患者组：选择2016 年7 月至2018 年12 月确诊的20 例（20 眼）NTG 患者。其中男性12 例（12 眼），女性8 例（8 眼）；平均年龄（51.3±11.9）岁；矫正视力≥0.6，屈光度数≤±3.00 D；除青光眼外，无其他眼病、眼外伤或手术史。参照2014 年我国原发性青光眼学诊断和治疗的专家共识，NTG 诊断标准：眼压≤21 mmHg，房角开放；眼底有青光眼的特征性损害：典型的青光眼性视乳头改变和视网膜神经纤维层缺损；和（或）青光眼性视野缺损；并排除其他疾病引起的眼底及视野变化。

OHT 患者组：选择2016 年7 月至2018 年12 月确诊的15 例（15 眼）OHT 患者、且眼压控制在≤21 mmHg。其中男性9 例（9 眼），女性6 例（6 眼）；平均年龄（51.2±12.0）岁；矫正视力≥0.6，屈光度数≤±3.00 D；无其他眼病、眼外伤或手术史。参照我国原发性青光眼诊断和治疗的专家共识，OHT诊断标准：多次眼压测量超过正常，但未见青光眼性损害特征，房角开放；排除假性高眼压；随访未见青光眼性损害。

正常志愿者组：选择相同年龄段正常志愿者26例（26眼）作为对照组。其中男性15例（15眼），女性11 例（11 眼）；平均年龄（50.7±11.3）岁。全身体检均无异常。眼部检查：矫正视力≥0.8，屈光度数≤±3.00 D；眼压≤21 mmHg；视乳头杯盘比值＜0.5，双眼间差异＜0.2，无弥漫或局部盘沿变窄；无青光眼家族史。

排除标准：角膜水肿、上皮不完整者；角膜接触镜佩戴者；其它可能影响角膜生物、物理属性的急、慢性疾病；其他眼病如高度近视等、眼外伤或手术史者；孕妇、残障人士。

1.2 检查方法

1.2.1 常规检查 包括询问病史，裸眼视力、最佳矫正视力，裂隙灯生物显微镜，房角镜，眼底镜，Goldmann 压平眼压计测量眼压，Humphery 视野以及电脑验光等检查。

1.2.2 Corvis ST 角膜生物力学眼压分析仪检查采用德国Oculus 公司生产的可视化角膜生物力学眼压分析仪（Corvis ST，Oculus 德国）进行角膜生物力学测量并记录，仪器操作由同一技术人员完成，操作者对患者诊断设盲。在操作计算机中输入患者基本信息，患者取坐位、下颌置于设备的下颌垫上，检查中注视中央固视红点。检查者应用自动/手动模式控制操纵杆按屏幕提示进行瞄准及对焦，自动发射空气脉冲印压角膜变形，测量过程开始。角膜生物力学动态参数的测量包括角膜初次压平、第二次压平及最大压陷状态时的角膜生物力学参数。每名患者每只眼重复测量3 次。

1.2.3 SSOCT 检查 由同一技术熟练的技术人员采用SSOCT（DRI OCT，topcon corp）进行LCT 的测量。SSOCT 是最近提出的一种超高速OCT、唯一深范围成像OCT（deep range imaging，DRI），它使用扫频激光光源，能够连续测量不同频率和波长的干涉光，扫描深度可达8 μm，扫描图像范围宽度达20 μm，可以清晰地扫描眼底部组织如脉络膜及筛板结构的层次范围［1-4］。筛板的扫描是采用3D 扫描程序扫描视乳头3 mm×3 mm 范围及2.6 mm 深度的区域。

1.2.4 LCT 的测量 筛板厚度的定义为SSOCT 横断面扫描图像上视乳头下方前后两条高亮反光线之间的深度。首先应用adobe photoshop CS2 软件（version 9.0，adobe systems，inc，san jose，California，USA）辨识横断面图像上的两条高亮反光线（图1）。然后应用DRI OCT 标尺功能选择视乳头平面对应中上、中间水平及中下三条线对应的扫描图像，在每幅图像上按照视乳头中间及两侧中点位置对应的高亮反光线处测量LCT 值（图2）。

图1 SSOCT 测量筛板厚度Fig.1 Measurement of LCT by SSOCT

图2 辅助线辨识筛板厚度Fig.2 Measurement of LCT by auxiliary line

1.3 统计学方法

所有数据用SPSS 20.0 统计软件（SPSS，Chicago，IL）进行统计分析。各组间年龄、眼压符合正态分布，Levene 检验证实方差齐性，用均数±标准差表示，采用单因素方差分析比较。采用Cronbach′s α系数和组内相关系数方法分析SSOCT 测量筛板厚度的可重复性。原发性开角型青光眼（POAG）、正常眼压性青光眼（NTG）、高眼压症（OHT）与正常对照者间筛板厚度数据不符合正态分布且方差不齐，多组计量资料的比较采用Kruskal-WallisH检验；角膜生物力学参数与LCT间的相关性分析采用Spearman 相关分析方法。以P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 基本临床资料

本研究联合组最终纳入32 例（32 眼）POAG 患者，20 例（20 眼）NTG 患者，15 例（15 眼）OHT 患者，正常志愿者26 例（26 眼）作为对照组。各组间年龄（F=6.125，P=0.122）、眼压匹配（F=12.938，P=0.315）、统计学分析无明显统计学差异。各组间抗青光眼药物种类存在统计学差异（F=16.675，P=0.000；表1）。

2.2 SSOCT 筛板厚度测量结果的可重复性

SSOCT 所测量筛板厚度（lamina cribrosa thickness，LCT）的Cronbach′s α系数0.911，组内相关系数ICC＞0.8（表2），重复性较好。

表1 基本临床资料Table 1 Basic clinical data ［n，（）］

表1 基本临床资料Table 1 Basic clinical data ［n，（）］

SD：standard deviation；IQ：inter-quartile；IOP：intraocular pressure；CCT：central corneal thickness；POAG：primary open angle glaucoma；NTG：normal-tension glaucoma；OHT：ocular hypertension；1）Determined by chi-square test；2）Determined by one-way analysis of variance.Significant difference：P ＜0.05.

表2 SSOCT 筛板厚度测量结果的可重复性Table 2 Repeatability of SSOCT lamina cribrosa thickness measurement results ［M5（0P25，P75）］

2.3 POAG、NTG、OHT 患者及正常者间筛板厚度的比较

POAG、NTG、OHT 及正常者筛板厚度分别为（124.7±49.3）、（99.4±29.1）、（214.6±89.1）和（221.7±17.4）μm，具体如表3所示。同时对POAG、NTG、OHT 患者及正常者间筛板厚度又做了多重比较，结果显示：其中POAG、NTG 患者LCT 较OHT 患者和正常者偏薄（P＜0.05），OHT 与正常者间LCT未见明显统计学差异（P＞0.05；表4）。

2.4 筛板厚度与角膜生物力学参数间的相关性分析

POAG、NTG、OHT 患者及正常者间角膜生物力学参数特点如表5。LCT 与在青光眼各类型中具有代表性的角膜生物力学参数DA、HCT、A2V及PD 间存在明显相关性（P＜0.05；图3）

表3 POAG、NTG、OHT患者及正常者间筛板厚度的比较Table 3 Comparison of lamina cribrosa thickness between patients with POAG，NTG，OHT and normal subjects ［M（P25～P75）］

表4 POAG、NTG、OHT 患者及正常者之间筛板厚度的多重比较Table 4 Multiple comparisons of lamina cribrosa thickness between patients with POAG，NTG，OHT and normal subjects

表5 POAG、NTG、OHT 及正常者间角膜生物力学特征Table 5 Biomechanical characteristics of cornea among POAG，NTG，OHT and normal subjects （）

表5 POAG、NTG、OHT 及正常者间角膜生物力学特征Table 5 Biomechanical characteristics of cornea among POAG，NTG，OHT and normal subjects （）

DA：deformation amplitude；A1T：applanation 1 time；A1L：applanation 1 length；A1V：applanation 1 velocity；A2T：applanation 2 time；A2L：applanation 2 length；A2V：applanation 2 velocity；HCT：time to highest concavity；PD：peak distance；CCR：central curvature radius；POAG：primary open angle glaucoma；NTG：normal-tension glaucoma；OHT：ocular hypertension；Determined by analysis of covariance within date reconciliation of IOP and age，significant difference：P ＜0.05

3 讨论

早在1980 年，Quigley 等的青光眼力学理论对我们的深入研究有所启示：眼部生物组织的力学特性在压力应变过程中起到了重要作用，为理解在任意IOP 水平上的视盘损害提出了新理念。但青光眼眼组织生物力学的相关参数复杂而又难以测量［5］。在Quigley 研究时期基本是停留于理论假设及推测阶段，后期逐渐出现了有限元素方法通过构建筛板和巩膜等的计算机模型观察其压力和张力变化。当前眼科科技的进步更为眼组织生物力学的相关研究提供了更丰富的内涵。视盘生物力学性能的研究有利于监测视盘对某一眼压水平的易感性，有利于评估眼压的变化对于视盘的影响，为临床早期诊疗及防治青光眼提供更丰富的理论依据。

3.1 筛板厚度在视盘生物力学中的意义及其测量方法

筛板厚度是视盘生物力学中较为重要的参数。有证据表明筛板处的缺血和作用于该处的压力在青光眼的轴浆流损害中起着重要作用。筛板（LC）作为重要的压力梯度位置，它的变化会直接或间接影响视乳头的病理生理改变，异常眼压会导致筛板承受能力减弱并发生变形，从而导致周围视神经受压或进一步萎缩［1，6］，视野进一步损害［7］。了解筛板的厚度等特征对于了解视盘及周围的生物力学特性具有重要意义［8］。筛板相关参数也是近年来视盘力学参数中可以活体测量的参数［9-11］。

图3 LCT 与角膜生物力学参数相关性Fig.3 The correlation of LCT，DA，A2V，HCT and PD

近年来眼科影像学的发展为研究观察活体筛板结构参数提供了可能。谱域OCT（Spectral domain optical coherence tomography，SD-OCT）可以3D 扫描筛板及筛孔图像［12-14］。3DSDOCT 影像发现青光眼患者筛板变薄及移位的变化特征与初期病理组织研究中的发现结果一致［14］。在SDOCT 基础上的EDIOCT（enhanced depth imaging）可以更深层更清晰扫描筛板结构［15］，在近期EDIOCT 研究中发现筛板的异常变化与青光眼视盘损害相对应［16-17］。SSOCT 是最新一代1 050 nm波长激光扫描OCT，能更清晰扫描深层次脉络膜及筛板结构，并以3D 图像形式全方位多角度展示所扫描区域［3-4，18］。本研究正是采用最新型SSOCT 进行有关青光眼眼组织生物力学相关探索。

3.2 青光眼角膜生物力学与视盘生物力学间的关系

视盘的机械负荷主要来自IOP，IOP 在负荷组织内产生压力和张力，位于视盘周围相连续的组织：筛板、巩膜、角膜等结缔组织同样承受来自IOP 的负荷作用，因此被统称为视盘的负荷承受组织。组织结构特性的角度来讲，角膜生物力学特性与视盘生物力学特性联系紧密。负荷组织的生物力学研究对于深入探讨青光眼的致病机理意义重大，一旦负荷组织的力学性能减弱，负荷组织的物质基础：细胞外基质受到损伤，将增大IOP 有关的压力及张力分布效应，即使存在低水平的IOP，结缔组织也会有损害，并进一步损害周围轴突及神经细胞等。在以往的青光眼生物力学研究结果中，有报道发现角膜粘弹性差异导致青光眼患者对同等眼压水平耐受性不同［19］。POAG、NTG 和OHT 患者存在特征性角膜粘弹性改变［20］；视盘生物力学方面的理论研究认为筛板是视盘损伤的关键部位，该位置承受眼内压的作用，筛板厚度等参数的变化可能导致神经纤维轴浆流受阻、损害视神经、引起视野损害和青光眼杯形成；视盘生物力学的研究经历了尸体组织模型化研究及近年来形态学研究阶段［21-22］，青光眼领域有研究采用Heidelberg Retina Tomograph-Ⅲ观察视盘及周围形态特点，但生物力学参数的研究尚有限，随着眼科影像的发展更进一步的研究中主要采用各型OCT 进行视盘相关力学参数的探索。总之，上述发现初步反应了青光眼角膜生物力学性能及视盘生物力学性能在青光眼发生发展中所起到的作用。为进一步探索青光眼眼组织生物力学在青光眼发生发展中的作用机制，本文开展了一系列相关研究，本研究发现：POAG、NTG 患者LCT 较OHT 患者和正常者偏薄（P＜0.05）。OHT 与正常者间LCT 未见明显统计学差异（P=0.653）。表明青光眼患者负荷组织生物力学性能存在特异性改变，深入了解负荷组织生物力学性能将有利于进一步探讨青光眼发病机制。

但是现实情况中，视盘的生物力学测量困难，筛板厚度作为目前能活体测量的参数也仅在少数有实力的眼科中心开展测量，那么视盘生物力学的评估有无简易的或可替代的方法？基于现有研究尚不能回答该问题。在本研究中，基于视盘周围组织及角膜组织作为IOP 负荷组织的力学基础，我们推测：角膜生物力学测量简单，存在评估视盘生物力学性能的可能［23-25］。本研究采用Corvis ST 测量角膜生物力学性能、SSOCT 测量筛板厚度，并进一步分析角膜生物力学与筛板厚度间的相关性，研究发现：筛板厚度（LCT）与角膜生物力学参数最大变形幅度（DA）、最大压陷时间（HCT）、第二次压平速度（A2V）及最大压陷屈膝峰间距（PD）间存在明显相关性。在一定程度上印证了我们的推测，研究提示存在采用角膜生物力学初步评估视盘生物力学特性的可能。

本研究的局限性：①SSOCT 可以测量的筛板及周围参数内容丰富，但由于测量工具有限，目前得到的较为可靠的数据仅筛板厚度参数，不过随着研究的开展，我们正进一步丰富相关研究内容。②筛板厚度仅仅是视盘生物力学内容中的一部分，视盘生物力学的动态参数及综合评估尚有待开发更高端的仪器开展相关深入研究。③本研究设计检查项目较多，样本收集存在难度，样本量进一步扩大将有利于深入分析及增强结果的说服力。在本研究的基础上，课题组将继续研发SSOCT 测量视盘及周围结构参数的数据采集方法，进一步丰富视盘生物力学相关研究内容。