Corvis-ST角膜生物力学测量在角膜屈光手术方面的应用

秦宇 综述 梁刚 审校

云南大学附属医院云南省第二人民医院云南省眼科医院，云南 昆明 650000

近年来，眼生物力学尤其是角膜生物力学逐渐成为研究热点，可视化角膜生物力学分析仪(corneal visualization Scheimpflug technology，Corvis-ST)作为唯一一个能全程实时记录动态角膜形变反应来分析角膜生物力学特性的仪器被广泛应用于临床，其在角膜屈光手术领域的应用也受到广泛关注。随着角膜屈光手术的发展，角膜生物力学特性的评估在角膜屈光手术领域也逐渐成为临床上关注的热点问题。

1 角膜及其生物力学特征

角膜是一种具有黏弹性的生物材料，角膜的材料特性可以归纳为三点，即黏性、弹性和刚度，这些材料特性使得角膜具有复杂的生物力学特征。角膜的生物力学特征对于维持角膜的正常形态及功能具有重要的作用，其生物力学的改变与许多疾病的发生发展密切相关，在许多角膜疾病中,角膜生物力学的改变常常早于临床症状的出现。

2 生物力学的测量方法

角膜生物力学的测量方法有离体测量和活体测量两大类。离体测量方法存在样本制作的过程，在这个过程中，角膜胶原纤维的自然走行被破坏、角膜脱水，会使测量结果与真实值存在差异，且无法在临床实践中作为有效的测量手段而得到广泛应用。后来逐渐引入了活体测量的方法，最早引入的能够活体评估生物力学的临床设备是眼反应分析仪(Reichert Ocular Response Analyzer，ORA)，随后是corvis ST 可视化角膜生物力学分析仪。这两种设备均是依靠空气脉冲使角膜产生形变从而评估角膜生物力学形变反应参数。眼反应分析仪对角膜形变反应进行间接评估，利用一种动态双向压平过程测量眼压，使测得的眼压值真实可靠，并得到反应角膜生物力学特性的指标：角膜滞后量和角膜阻力因素，但有学者认为，ORA未系统的将测量所得的参数与角膜生物力学特性之间建立直接关系，无法形象可观的展示角膜的生物力学特性。Corvis-ST则使用超高速Scheimpflug成像直接评估动态角膜形变反应(DCR)，摄像机在31 ms内可记录140幅水平切面图像，拍摄帧数可达到4300幅/s，140 张图片完整地描述了角膜生物力学反应全过程，这使得角膜生物力学的测量可视化且提供了大量的生物力学形变反应参数[1]，相比其他的生物力学测量方法，Corvis-ST通过将动态角膜形变反应指标与角膜地形图的形态学指标相结合，提供了更多且更直观的生物力学参数，且有较好的重复性和再现性，因此在临床上得到到广泛应用。

3 Corvis-ST生物力学测量在屈光手术方面的应用

3.1 角膜扩张性疾病的检测 圆锥角膜是角膜屈光手术的绝对禁忌证，可导致严重的不可逆性术后并发症，因此角膜屈光手术前有效筛查早期圆锥角膜及检测角膜扩张一直是临床上关注的重点。角膜的机械不稳定性被认为是圆锥角膜的初始事件，常常发生在角膜形态变化之前，但目前常用于帮助检测圆锥角膜的影像照相或光学相关断层扫描等技术只能检测出角膜形态的改变，而无法测量角膜的机械稳定性，对早期圆锥角膜的检出有一定的局限性，因此角膜生物力学测量对帮助诊断尚处于“生物力学”阶段的扩张显得十分重要[2]。Corvis-ST角膜生物力学检查在整个角膜动态形变反应过程中通过采集和分析角膜生物力学反应获取了的一系列生物力学参数，为早期角膜扩张性疾病的检出提供了帮助。根据CYNTHIA ROBERTS 教授和WILLIAM DUPPS 教授的假设，角膜扩张的形态学改变是早期生物力学改变的结果。根据Dubbs和Roberts提出的模型，在角膜扩张的发生发展过程中，首先发生局部弹性模量的降低，这导致了一个生物力学失代偿循环，进一步导致角膜形态学的改变。因此从理论上讲，可以在早期根据角膜生物力学特性的改变来检测角膜扩张。CBI (Corvis Biomechanical Index)就是为了这个目的而开发的，它基于不同动态角膜反应(DCR)参数、硬度参数和水平切面角膜厚度分布的Logistic 回归公式得出。VINCIGUERRA 等[3]在一项多中心回顾性研究中证实了CBI对区分正常眼和圆锥角膜眼有高度的敏感性和特异性。CBI在筛查亚临床或顿挫型圆锥角膜的临床应用价值也已在VINCIGUERRA等[4]的研究中得到证实，他们发现，许多病例即使没有观察到地形图异常，也可以由CBI 检测出圆锥角膜。此外，AMBRÓSIO 等[5]提出使用一个联合了Scheimpflug 断层扫描和生物力学的指数—TBI (Tomographic and Biomechanical Index)来增强对角膜扩张性疾病的检测。他们通过留-法交叉验证得出，TBI与其他技术相比，在检测角膜扩张方面提供了更高的准确性，对亚临床扩张十分敏感。未来CBI还很有可能证实单侧扩张的存在，帮助描绘和理解角膜固有的扩张易感性，可作为未来研究的主题。角膜地形图的Belin/Ambrosio 综合偏差值(BAD-D)也被认为是检测轻微角膜扩张的重要参数。ROBERTS 等[1]在2017 年中通过研究得出，在动态Scheimpflug分析仪提供的所有角膜动态反应参数中，除峰距外，其余参数在正常眼和圆锥角膜眼之间均有显著差异。目前，大量的研究已经证实了corvis-ST角膜生物力学分析在区分正常角膜和圆锥角膜上的有效性[6-13]。corvis-ST 所提供的CBI、TBI、BAD-D 等综合性指标与以往单一的生物力学指标不同，它通过把pantacam 角膜地形图的静态形态学指标与corvis-ST的动态角膜形变反应参数结合起来，从形态学和力学两方面对角膜扩张及角膜的生物力学稳定性进行综合分析，直观且更有效的为临床医师在临床上对手术患者及手术方式的选择提供了重要参考，具有很大的临床应用价值。然而，要真正将这些生物力学参数得到有效的利用，帮助临床诊断，还需进行更深入的探索研究及临床观察，将生物力学参数与患者其他临床数据相结合，完成从单一指标评估到综合评估的转变。

AMBRÓSIO等[5]通过针对意大利、巴西受试者的临床试验得出区分正常眼与圆锥角膜的诊断临界值TBI 为0.48、CBI 为0.46、BAD-D 为1.62，区分正常眼与顿挫型圆锥角膜眼诊断临界值TBI 为0.29、CBI 为0.07、BADD 为1.2；而KATARIA 等[14]对南亚地区受试者的研究中发现区分正常眼与中等程度圆锥角膜的诊断临界值TBI 为0.63、CBI 为0.13、BADD 为2.25。张明悦等[12]的研究发现，区分正常眼和圆锥角膜眼(双眼圆锥角膜、单眼圆锥角膜和顿挫型圆锥角膜)TBI、CBI、BAD-D的临界值分别为0.685、0.027 和1.660，区分正常眼和顿挫型圆锥角膜眼TBI、CBI、BAD-D的临界值分别为0.255、0.019 和1.025。这些数值上的差异提示，在临床工作中，使用corvis生物力学检查指标进行诊断参考前，要充分认识到由于不同人种、不同民族甚至不同性别、年龄的差异。未来，希望能够通过大量的临床数据进一步研究探讨不同人种或人群之间生物力学特性的差异、这些差异是否存在、存在着什么样的差异。特别是对于一个多民族国家来说，不同民族生物力学特征的差异会对临床工作者术前及术后对生物力学稳定性的判断产生重大的影响，通过对不同民族的生物力学指标进行检测，建立数据库，并分析不同民族人群的生物力学特征的差异，将进一步的提高生物力学的个性化评价，真正实现屈光手术的个性化精准医疗。

3.2 术前术后眼压的测量 高度近视眼与青光眼高度相关，在屈光手术术前检查的人群中青光眼的检出率较高，眼压作为青光眼诊断的一项重要参考指标，角膜屈光手术术后由于角膜厚度等的改变，会影响青光眼诊断中眼压数值的判断，因此将眼压的测量纳入屈光手术术前检查中具有重要的意义。在角膜屈光手术后，由于激素等药物的使用，有激素导致术后眼压升高的个案，若不能在术后复查期间及时发现眼压的异常，会造成术后激素性青光眼的漏诊，因此眼压的测量在屈光手术术后检查中也十分重要。

目前临床上常用的眼压测量方式有以goldman眼压计(GAT)为代表的压平式眼压计和非接触式眼压计(NCT)。无论是压平式眼压计还是非接触式眼压计，均或多或少的受到眼球壁硬度、角膜厚度、角膜曲率形态和弹性的影响。在角膜屈光手术术后，角膜的正常结构、形态、角膜厚度和强度均发生改变，所测出的眼压值都明显低于术前，这是由于术后角膜变平、变薄造成的，而实际的眼压可能并没有降低，因此屈光手术术后的眼压测量应该予以矫正。在眼压测量上，Corvis-ST提供了一个校正眼压值，利用有限元分析模型，考虑了角膜厚度、角膜曲率、形态因子、年龄和IOP值等多参数的变化范围，建立bIOP(Biomechanically Corrected IOP生物力学校正眼内压)的校正方程，校正了角膜厚度、年龄、角膜生物力学对眼内压的影响，即使在极端的生物力学状况下(如角膜屈光手术后)也能精确的测量出眼内压值，并显示出稳定的眼压测量结果[15-17]。由于bIOP基于数据分析而不是特定人群的研究，所以适用于所有患者，且已通过多个独立临床数据库验证[18-20]。进一步了解眼压与生物力学之间的关系也有助于临床上对不同生物力学状态的人群进行眼压的评估。

3.3 不同屈光手术方式对角膜生物力学影响的研究 角膜屈光手术通过切削角膜基质来改变角膜的屈光状态，不仅仅使角膜厚度发生了改变，同时不可避免的破坏了角膜生物力学结构的完整性，而不同手术方式、切削深度、角膜等对生物力学影响又不同，若术后生物力学的改变异常或显著，将会引起角膜扩张等严重的并发症。为进一步了解不同手术方式作用于角膜组织后其生物力学变化的特点，corvis-ST提供了生物力学指标来评价屈光手术术后角膜的生物力学稳定性，被广泛得到应用。此外，在2019 年，PAOLO VINCIGUERRA 教授联合世界数家屈光中心经过大样本数据研究开发了出一项全新的CBI-LVC指数：(Corneal stability after laser vision correction)，研究通过对未手术正常眼、圆锥角膜眼、激光术后角膜稳定眼、激光术后角膜膨隆眼四组眼corvis 数据的统计学分析，最终得出CBI-LVC指数协助临床上评估角膜屈光手术术后角膜生物力学的稳定性，但目前，对CBI-LVC 指数在角膜屈光手术术后评估生物力学稳定性有效性的相关临床研究有限，对于其应用价值还有待进一步的验证。

从已有的临床研究中可以得知：目前主流的多种角膜屈光手术中表层手术与板层手术相比，由于没有角膜瓣的制作过程，且无需进行角膜基质的切开，在相同屈光不正度数的情况下其切削深度较少，对角膜胶原纤维的破坏较少，因此从伦理上讲，表层手术对角膜生物力学的影响应小于板层手术。LEE等[15]利用corvis-ST 分析了TPRK 和Fem-LASIK 术后bIOP 和角膜动态反应参数的变化，指出TPRK 手术相较于Fem-LASIK 手术，在角膜生物力学方面的影响较小。HASHEMI等[19]在一个前瞻性研究中指出准分子激光屈光手术对角膜生物力学性能有显著影响，而FS-LASIK 发生的变化比PRK-MMC 更显著。国内外多项临床研究结果证实了表层切削术在角膜生物力学方面的优势。另外，飞秒激光小切口角膜基质透镜取出术(SMILE)由于它切口小、不存在制瓣过程，且飞秒激光能够超高速地在角膜瓣下及角膜基质间完成光滑切削的特点，被广泛认为是对角膜生物力学稳定性影响相对较小的手术方式。有研究通过生物力学分析对比SMILE和LASIK术后角膜生物力学改变，指出SMILE 手术术后生物力学要优于LASIK 手术[21]。EL-FATTAH 等[22]认为Fem-LASIK 术后角膜生物力学的稳定性要优于LASIK术后，进一步提供了飞秒激光切削有利于生物力学稳定性的证据。虽然目前临床上广泛认可了SMILE 手术对角膜生物力学的影响最小，但仍有SMILE术后角膜扩张病例的报道[23]。这些研究表明，不同屈光手术对角膜生物力学的影响存在差异，但也有研究发现FS-LASIK 手术与SMILE 手术相比，术后生物力学改变无明显的差异[24]。因此，欲了解不同屈光术后生物力学特性的变化仍需更多的模拟和临床试验研究来进一步描述和证实不同手术类型相关的生物力学变化模式[25]、要充分考虑到CCT、角膜切削厚度和剩余角膜厚度在各种手术中与生物力学稳定性都有较强的相关性这一要素，在评价术后生物力学指标变化时还需对比不同手术方式生物力学指标变化与角膜切削量的相关性大小。在目前研究进展的基础上，进一步探究不同的手术方式、角膜瓣厚度、侧切角度、光学区大小和切削深度等对术后角膜生物力学产生的影响，有望在未来指导手术的选择和个性化手术设计，进一步提高手术的安全性[26-29]。另外，目前相关研究多将Corvis ST 运用于角膜屈光手术的术前与术后较短时间角膜生物力学特性变化的观察，关于术后长时间追踪的研究还较少，对于术后较长时间，随着角膜的修复和组织重建，不同手术方式之间生物力学的差异还是否存在，也是一个值得去探究的问题。曹雪倩等[30]在评价FS-LASIK、SBK、LASEK术后生物力学变化的研究中发现，术后3个月时，各组间的各项生物力学参数差异均无统计学意义，各种手术对生物力学的影响在1 年甚至数年后是否有不同仍有待更多随访研究。

4 总结

总之，Corvis-ST 提供的角膜生物力学、角膜动态反应及眼压参数，为屈光手术术前术后评估提供了大量可靠的依据。未来，随着Corvis ST临床数据的逐渐丰富，研究的不断深入，逐步建立屈光手术的角膜生物力学模型并预测术后角膜生物力学改变，将对术前筛查、手术方式选择、手术设计、术后检查等各个方面提供更好的指导。