儿童配戴角膜塑形镜后早期角膜生物力学变化特征

张菊 李晓晓 刘明娜 史伟云 高华

作者单位：山东第一医科大学附属眼科研究所 山东省眼科学重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地 山东第一医科大学附属眼科医院，济南 250021

儿童配戴角膜塑形镜（Orthokeratology lens,OK）通过逆几何设计的镜片形成中央的下压力以及旁周边的外拉力，能有效地改变角膜形态，降低中央角膜前表面曲率，从而达到降低近视的目的。角膜不仅是一种屈光介质，还是一种力学的介质，具备明显的力学特性，而完美的塑形效果来源于角膜对力学的适应性改变。完整的角膜层次和结构是维持正常角膜生物力学的关键因素，而且角膜的生物力学与角膜结构、角膜疾病的发展有可能存在重要关系。角膜塑形术改变了角膜形态，同时也有角膜微观方面的变化，因此塑形后角膜生物力学会受到影响。

目前尚不清楚角膜塑形术后角膜生物力学发生了怎样的改变，角膜生物力学的改变是否会增加角膜塑形术的临床风险。了解角膜塑形术后角膜生物力学的变化特征及其影响因素，对角膜塑形后效果的稳定性及角膜的安全性有重要意义。可视化角膜生物力学分析仪(Corneal visualization scheimpflug technology,Corvis ST)可直观地观察角膜受外力作用变形后的动态过程，客观展现角膜生物力学特性。Corvis ST采用超高速Scheimpflug技术，8 mm水平扫描范围，实时监测。均衡喷气脉冲作用下，31 ms内采集140幅断层图像，可同时获得动态变化的数据，直观展现角膜变形的全过程，并且其测量数据显示较好的重复性。本研究通过监测近视儿童过夜配戴角膜塑形镜前后的角膜形态学及角膜生物力学指标改变，进一步评价配戴角膜塑形镜后角膜生物力学的变化特征及其与等效球镜度（SE）、角膜厚度等的相关性。

1 对象与方法

1.1 对象

收集2018 年6 月 至2019 年12 月于山东第一医科大学附属眼科医院配戴角膜塑形镜的中低度近视患者55 例（109 眼），男27 例，女28 例，年龄8～17（12.1±3.7）岁，SE为（-2.97±1.56）D。选取双眼数据进行统计分析。纳入标准：①球镜度数为-5.00～-0.75 D，顺规散光度数＜1.50 D；②双眼最佳矫正视力（BCVA）（LogMAR视力）优于0，并且塑形之后裸眼视力（UCVA）均能达到0；③无眼部疾病及全身疾病；④无眼部手术及外伤病史。排除标准：①使用眼部药物（人工泪液除外）；②个人卫生不良、依从性差；③对护理产品过敏者；④对治疗效果期望值过高者。所有纳入对象监护人均签署知情同意书，本研究严格按照赫尔辛基宣言，且通过山东第一医科大学附属眼科医院伦理审查委员会批准（批号SDSYKYY20180517）。

1.2 检查方法

通过综合验光仪验光测量患者屈光度，使用可视化角膜生物力学分析仪（Corvis ST 72100，德国Oculus公司）和角膜地形图（Pentacam HR,德国Oculus公司）获得角膜生物力学参数和断层扫描形态学数据。Corvis ST生物力学分析仪检查如下：患者将下颌置于下颌托，额头顶住额托。嘱患者眨眼数次后，睁开双眼注视红色指示灯，并同时将仪器面板上的指示点对焦于患者角膜顶点并调整方向，测压头对准角膜后自动识别，均匀向角膜施加空气脉冲压力，进行角膜生物力学动态参数的测量。Pentacam眼前节分析仪检查如下：患者休息10 min，暗室环境中患者将下颌置于下颌托上，固视中央红点，拍摄前嘱眨眼数次，检查者使用操作杆自动对焦完成拍摄。角膜光学相干断层扫描仪（OCT，美国Optovue公司）检查获取中央角膜厚度（CCT）、中央角膜上皮厚度（Central epithelial thickness，CET）。

配戴角膜塑形镜的患者所有检查均规定在摘镜2 h后进行，安排在每天上午的8:00—10:00之间。每只受检眼均使用Corvis ST可视化生物力学分析仪和Pentacam眼前节分析仪测量3次，选其3 次的平均值作为统计数据，所有操作均由同一高年资医师完成。

1.3 镜片选择

采用欧几里德角膜塑形镜（夜戴型，美国欧几里德公司），材料为Boston Equalens II，透氧系数为127×10(cm/s)[ mlO/ (ml×mmHg)]，直径10.2～10.6 mm，镜片中心厚度0.24 mm，内表面采取四弧逆几何设计。

1.4 配戴方法及要求

通过裂隙灯显微镜对镜片中心进行定位，眨眼时，镜片的活动度在1.0～2.0 mm之间，平坦接触区的范围需达到3～5 mm，而旁中央反转弧区的范围需达到1～2 mm，达到理想的配适状态后，进行40～60 min的角膜塑形镜的试戴，如患者无特殊不适，则进一步确定配镜参数。儿童拿到定制镜片后，需在专业医师的指导下学习并掌握规范摘戴流程，每晚需戴镜8～10 h，早上起床后点无防腐剂的人工泪液，眨眼数次，待镜片活动后摘镜。

1.5 观察指标

采用裂隙灯显微镜检查患儿戴镜前及戴镜后1 d、1周、1个月的眼前节健康情况以及镜片配适状况。记录患者每次随访中的UCVA、BCVA、平坦K值、陡峭K值、SE、柱镜、CCT、CET以及生物力学参数变形幅度比（Deformation amplitude ratio at 2 mm,DAR）、综合半径（Integrated radius,IR）、水平方向Ambrosio相关厚度（Ambrosio relational thickness to the horizontal profile,ARTh）、硬度参数（Applanation 1 stiffness parameter,SPA1）、Corvis生物力学指数（Corvis biomechanical index,CBI）等指标。图1显示同一个患者右眼生物力学指标DAR、IR、ARTh、SP-A1及CBI随时间变化情况。

1.6 统计学方法

前瞻性临床研究。采用SPSS 22.0 统计学软件进行数据分析。所有数据均采用Kolmogorov-Smirnov进行正态性检验，正态分布数据以表示。采用单因素方差分析比较不同时间点角膜生物力学指标、屈光度和角膜形态的变化；采用Pearson检验进行 IR、ARTh、CBI与SE、角膜形态、CCT、CET等可能影响因素之间的相关分析。以

P

＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般情况

配戴角膜塑形镜的中低度近视儿童55例（109眼），双眼配戴54 例，单眼配戴1 例。双眼配戴者选取双眼数据进行统计分析。所有患者CCT为（547±30）μm，CET为（52.0±3.1）μm，ARTh为425±75，CBI为（0.21±0.29）。见表1。

表1.55例（109眼）近视患者角膜形态学及生物力学参数基本情况
Table 1.Corneal morphology and biomechanical parameters in 55 cases (109 eyes) of myopia

SD,standard deviations;CCT,central corneal thickness;CET,central epithelial thickness;DAR,deformation amplitude ratio at 2 mm;IR,integrated radius;ARTh,ambrosio relational thickness to the horizontal profile;CBI,corvis biomechanical index;,confident interival.

2.2 戴镜前后视力、屈光度及角膜形态变化

儿童配戴角膜塑形镜后，SE逐渐降低，UCVA逐步提升，1 个月时均达到0 LogMAR。配戴前后UCVA总体差异有统计学意义（

F

=11.31,

P

＜0.001）。UCVA配戴后1 d、1 周、1 个月较配戴前差异有统计学意义。SE配戴后各时间点较配戴前明显降低，差异有统计学意义（

F

=16.04,

P

＜0.001）。平坦K值及陡峭K值逐渐降低，配戴前和配戴后总体差异均有统计学意义（

F

=18.22,

P

＜0.001;

F

=27.56,

P

＜0.001）。柱镜在角膜塑形镜配戴前后无明显变化（

F

=2.41,

P

=0.068）。见表2。

图1.1例儿童配戴角膜塑形镜1个月内角膜生物力学指标随时间变化趋势图Figure 1.The trend of corneal biomechanical parameters within one month after Orthokeratology Contact lens wear.

表2.儿童配戴角膜塑形镜前后裸眼视力、屈光度及角膜形态参数变化
Table 2.UCVA,diopter and corneal morphology before and after OK lens in children

=109 eyes.Data were expressed as means±standard deviations.UCVA,uncorrected visual acuity (logMAR);SE,spherical equivalent.,compared with before wearing,＜0.05;,compared with 1 day after wearing,＜0.05;,compared with 1 week after wearing,＜0.05.

2.3 戴镜后角膜生物力学指标变化

儿童配戴角膜塑形镜后IR、ARTh及CBI随着时间的延长有明显变化。IR先升高后降低，ARTh先降低后回升，但均在正常值范围内。CBI明显上升，说明角膜生物力学特性有下降，至配戴1个月时最明显，配戴前后各时间点差异有统计学意义（

F

=11.52,

P

＜0.001）。CCT及矫正眼压(Biomechanical intraocular pressure,bIOP) 在配戴角膜塑形镜前后未见明显变化，CET可见明显变薄（

F

=23.11,

P

＜0.001）。见表3—4。

表3.儿童配戴角膜塑形镜前后不同时间点角膜生物力学指标变化
Table 3.Changes of corneal biomechanical indexes at different time before and after OK lens in children

=109 eyes.Data were expressed as means±standard deviations.DAR,DA ratio 2 mm;IR,integrated radius;ARTh,ambrosio relational thickness to the horizontal profile;SP-A1,applanation 1 stiffness parameter；CBI,corvis biomechanical index.,compared with before wearing,＜0.05;,compared with 1day after wearing,＜0.05;,compared with 1 week after wearing,＜0.05.

表4.儿童配戴角膜塑形镜前后不同时间点CCT、CET、CST及bIOP的变化
Table 4.Changes of CCT,CET,CST and bIOP at different time before and after OK lens in children

=109 eyes.Data were expressed as means±standard deviations.CCT,central corneal thickness;CET,central epithelial thickness;CST,central stroma thickness;bIOP,biomechanical intraocular pressure.,compared with before wearing,＜0.05;,compared with 1 day after wearing,＜0.05.

2.4 戴镜后角膜生物力学变化相关因素分析

儿童配戴角膜塑形镜后CBI的变化与SE呈正相关（

r

=0.21,

P

=0.003），与CET呈负相关(

r

=-0.16,

P

=0.041)；与平坦K值、陡峭K值、CCT无明显相关性（

P

＞0.05）。IR与平坦K值、陡峭K值呈负相关(

r

=-0.18,

P

=0.009；

r

=-0.17,

P

=0.011)。ARTh与SE呈负相关（

r

=-0.20,

P

=0.003），与平坦K值、陡峭K值、CET呈正相关（

r

=0.23,

P

＜0.001；

r

=0.22,

P

=0.001；

r

=0.21,

P

=0.006）。见表5。

表5.儿童配戴角膜塑形镜后角膜生物力学变化相关因素分析
Table 5.Analysis of related factors of corneal biomechanical changes after orthokeratology lens in children

=109 eyes.SE,spherical equivalent;CBI,corvis biomechanical index；IR,integrated radius；ARTh，ambrosio relational thickness to the horizontal profile.

3 讨论

角膜的结构和生物材料特点决定了其独特的生物力学特性，这些特性与角膜塑形后效果的稳定性及角膜的安全性息息相关。既往研究证实了配戴角膜塑形镜后角膜生物力学发生了一定的变化，但国际上尚存在争议。Chen等发现在配戴角膜塑形镜的1周内，角膜滞后量（Corneal hysteresis,CH）和角膜阻力因子（Corneal resistance factor，CRF）与CCT、CST、角膜前弹力层厚度呈正相关，其变化与角膜曲率、CCT无明显相关性。Chen等发现配戴角膜塑形镜1 d角膜生物力学特性即发生改变，如CRF随着配戴时间的延长而降低。毛欣杰等发现配戴角膜塑形镜1 d后，CH和CRF均下降，但1个月后开始逆转，3个月后又恢复到原有水平。配戴角膜塑形镜后角膜生物力学变化及相关因素仍是一个值得探讨的问题，目前对儿童配戴角膜塑形镜后角膜生物力学变化特征的研究鲜见报道。本研究对Corvis ST监测儿童配戴角膜塑形镜早期生物力学变化进行了初步分析。

CBI是根据不同Corvis ST参数（ARTh、SPA1、DAR等）计算的Logistic回归分析得出，其数值升高，提示角膜生物力学特性可能存在下降情况。Yang等报道正常成年人CBI为0.05±0.09，而本研究中CBI为0.21±0.29，由于本研究对象为儿童，与成人的角膜生物力学数据是有明显差异的，并且儿童较成年人的生物力学指标变化范围会更大，这与Wang等的研究结果相似，因此提示我们需更多地关注儿童角膜生物力学方面的变化。Vinciguerra等报道CBI低于0.25表示患角膜扩张症的风险较低，高于0.5表示患扩张症的风险较高。在本研究中患者配戴角膜塑形镜后CBI逐渐增加，1个月时为0.53±0.36，这提示角膜塑形1个月内角膜生物力学特性可能降低，所以更应该关注塑形早期配戴的安全性。当然，塑形的早期角膜上皮的重新分布及角膜弹性的增加可能导致CBI升高。Yang等研究中圆锥角膜患者CBI高达0.85±0.29，因此早期角膜生物力学特性下降应该不会增加角膜扩张或者圆锥角膜的风险。因此，接下来我们将收集更多的儿童角膜生物力学资料，以期建立可供儿童近视及塑形方面参考的角膜生物力学数据库，供临床参考。

角膜上皮厚度约占角膜总厚度的10%，其对角膜生物力学的作用目前尚存在争议。Elsheikh等认为角膜上皮的硬度明显低于角膜基质；而Patel等发现角膜上皮可以控制角膜基质的膨胀，并可能间接影响角膜的硬度。有研究报道圆锥角膜的角膜上皮和前弹力层的变薄可能降低了圆锥角膜的机械稳定性。ARTh为水平横径8 mm最薄点厚度/厚度变化率，是生物力学指标中形态学方面的描述。本研究中角膜塑形后ARTh有明显下降，说明在塑形后角膜中央变薄，由角膜中央到周边厚度的变化率增加。本研究中ARTh与CET呈正相关，与CCT无明显相关性，这进一步说明在塑形过程中起主导变化的是CET而不是CCT角膜厚度。CBI的变化与CET呈负相关，与SE呈正相关，与CCT无明显相关性。因此，本研究认为角膜塑形后角膜上皮与角膜生物力学改变密切相关，这与Chen等的研究结果不同。

角膜塑形术是一种能引起暂时性角膜形状改变的近视治疗方法。这是基于角膜组织的黏弹性特性，允许在有限的时间内保持形变。DAR代表距角膜中心2 mm处测量的变形幅度，值越大表示角膜组织黏性越好。SP-A1 即硬度参数，SP-A1越大，说明角膜越硬。在凹相形变过程中，IR参数越大，说明角膜弹性越好。本研究发现DAR和SP-A1在塑形前后未见明显变化，IR增大，说明角膜的黏性和硬度无明显变化，但弹性增加了，因此我们认为角膜塑形术使角膜长期处于凹向变形的情况下，角膜弹性指标会增加。

本研究的不足之处存在以下几点：①观察时间局限于配戴塑形镜早期1个月，缺少长期的角膜生物力学指标监测。②Corvis ST仪器只能记录角膜水平横径8 mm的变化图像，垂直方向的变化不能被机器所捕获。③角膜细胞微观方面的改变可能会干扰到角膜生物力学的变化。接下来，我们将延长观察时间以及增加共聚焦方面的研究，进一步分析儿童角膜塑形后生物力学的长期变化特征以及微观方面的影响因素。

综上所述，近视儿童配戴角膜塑形镜后可以快速改变角膜形态，降低角膜曲率及屈光度，提升UCVA。在角膜塑形早期角膜生物力学特性有下降趋势，与CET、SE有明显相关性。SE越低，CET越厚，CBI改变越小，配戴的安全性越好。

利益冲突申明

本研究无任何利益冲突

作者贡献声明

张菊：收集数据，参与选题、设计及资料的分析和解释；撰写论文；根据编辑部的修改意见进行修改。李晓晓：参与资料和数据收集、整理。刘明娜：参与数据初步的统计分析。史伟云：参与选题、设计和论文结果、结论的指导核修。高华：参与选题、设计和修改论文的结果、结论，根据编辑部的修改意见进行核修