ICL植入术后拱高的预测及研究进展

刘海歌,徐 科,赵满丽,穆雅林

0 引言

近视是全球常见眼科疾病之一,近视患者约占全球成年人口的10%～30%,在东亚、东南亚地区约有80%～90%青年人口患有近视,患有高度近视的人群约为2.77亿人(占全球人口的4.0%)[1]。现有的治疗方法只能减缓近视进展,尚不能彻底根治近视,屈光手术是目前改善高度近视患者视功能的最佳方法。现阶段的屈光手术包括角膜屈光手术和眼内晶状体植入手术,角膜屈光手术主要针对低中度近视,该手术会影响角膜的功能和结构,对高度近视的完全矫正会增加术后近视回退及角膜扩张等并发症的发生风险[2]。ICL(implantable collamer lens)植入术则是向患者眼内植入人工晶状体,对角膜影响小,且可行二次手术调整手术效果,同时可矫正的屈光度范围较角膜屈光手术更广,高度近视患者多选择该手术方式矫正视力。但ICL植入术因其特有的手术方式也存在一些并发症,如继发性青光眼、并发白内障等。

植入ICL的后表面中心最高点与晶状体前囊膜表面的垂直距离被称为拱高,如拱高过高,ICL推动虹膜向前房方向移动,引起前房深度及体积减小,前房角形态改变,容易产生继发性青光眼;如拱高过低,ICL后表面与晶状体之间距离减小,易引起白内障,因此,拱高的预测非常重要。目前仅能通过术前检查参数进行预测,但预期拱高与实际拱高存在差异,由于预测效果的局限性,仍有患者术后拱高异常,并需要行手术解决,为这些患者带来了较大痛苦,这也是目前ICL植入术面临的主要问题,现有多种参数被用于术前拱高的预测,包括角膜水平直径(white to white,WTW)、睫状沟直径(sulcus to sulcus,STS)、前房角直径(angle to angle,ATA)、睫状沟平面到晶状体表面垂直距离(distance between STS plane and crystalline lens,STSL)、晶状体厚度(lens thickness,LT)、晶状体矢高(crystalline lens rise,CLR)等,了解这些参数与拱高的联系,并通过相关数据更准确地预测拱高,是眼科临床医生关注的一个重点,本文针对上述问题的研究进展进行综述。

1 ICL的特点及发展过程

ICL植入术需向眼内植入一枚人工晶状体,在显著减少损伤角膜的同时,保留晶状体的调节能力,属于有晶状体眼植入人工晶状体(phakic intraocular lens,PIOL)植入术的一种。该类手术最早于1953年被意大利外科医生Strampelli与Dannheim应用于临床[3],1970年荷兰外科医生Jan Worst改进了人工晶状体的固定结构[4],使其获得了更好的固定能力,1980年眼科手术医师开始将人工晶状体放置于睫状沟内,但是由于设计和材质问题,植入的人工晶状体后表面距离自身晶状体过近,容易诱发白内障形成,直到1986年Fyodorov对后房型人工晶状体重新进行了设计,将原先扁平状的人工晶状体结构改进为“蘑菇状”,从而获得了更适宜的人工晶状体与晶状体距离,白内障的发生率才显著降低,2005年瑞士STAAR公司向美国食品药品监督管理局(FDA)提交了ICL V4型人工晶状体的临床使用申请,并获批上市,在后续的临床应用中发现,该型人工晶状体容易引起眼压升高和白内障,2011年一种具有中央孔的改良的后房型人工晶状体,即ICL V4c被应用于临床。该型号人工晶状体形状为矩形四足襻,光学区直径为4.9～5.8mm,呈拱形突出于足襻平面,材料是由60%的聚羟甲基丙烯酸乙脂、36%的水及3.8%的二苯酮组成的胶原共聚物,对气体及代谢产物具有良好的通透性,可吸收紫外线并可折叠,除了位于对侧足襻的2个附加孔外,还拥有1个0.36mm的中央孔,这种设计促进了房水的自由流动,避免了术前周边虹膜切开,同时更利于术中黏弹剂置换。镜片直径为对侧足襻顶部之间的距离,有4种尺寸,分别是12.1、12.6、13.2、13.7mm,可矫正近视的屈光度范围为-0.5～-20.0D,还有同设计材料及形状的环曲面ICL(toric implantable collamer lens,TICL),解决了散光患者的需求,其矫正散光范围为1.00～6.00D,轴位则需根据患者散光情况设计。

2 ICL植入术的有效性及安全性与拱高的理想范围

ICL植入术后的主要不良反应为晶状体前囊下混浊和眼压升高,二者的发生率与拱高大小密切相关,术后拱高过低者易发生晶状体前囊下混浊,Gonzalez-Lopez等[5]研究纳入ICL植入术患者16例24眼,ICL植入时间均在4a以上(平均5.82±0.9a),该研究动态监测拱高的变化,光照环境下观察拱高均低于100μm,平均52±19μm,最小值为9μm,最大值为94μm;暗室环境下观察拱高平均113±37μm,最小值为45μm,最大值为183μm;患者术前平均等效球镜(spherical equivalent,SE)为8.67±0.71D,术后3mo平均SE为0.10±0.23 (+0.50～0.75)D;术后平均裸眼视力(uncorrected distance visual acuity,UDVA)为0.03±0.05LogMAR,平均最佳矫正视力(corrected distance visual acuity,CDVA)为0.01±0.01LogMAR;术后仅出现1例1眼前囊膜下晶状体混浊(4.17%)。分析认为,ICL植入术后,不低于100μm的拱高在较长时间的观察中是安全的,可能的原因为ICL V4c具有中央孔,较低的拱高对于房水有促进循环的作用,对于晶状体组织代谢具有积极作用。Gimbel等[6]对1 653例植入ICL V4的患者进行长达10a的随访,第1a平均拱高559.0±180.8μm,第10a平均拱高352.9±171.8μm,其中46例患者出现前囊膜下混浊,1例患者出现继发性青光眼(色素播散性青光眼,ICL未移除)。该研究将晶状体混浊作为观察要素,将纳入患者分为两组,无混浊组第1、7、10a平均拱高分别为557.1±173.5、402.1±158.0、388.2±174.0μm,混浊组第1、7、10a平均拱高分别为512.1±82.9、317.5±104.8、228.5±86.6μm,晶状体混浊发生时间平均为7.3±2.2a,两组间术后早期的拱高差异比两组间术后晚期的拱高差异更小,提示晶状体混浊的风险与ICL植入术后拱高的变化有关。Schmidinger等[7]研究纳入ICL V4植入术患者84例,随访10a发现拱高每年下降28μm,这与晶状体每年厚度增长20μm相仿,提示每年拱高的减少与晶状体厚度增加有关,故认为ICL手术需将拱高随时间的变化纳入考虑,并预测10a内为预防发生晶状体前囊膜下混浊,术后早期拱高需>400μm,25a内为预防发生晶状体前囊膜下混浊,术后早期拱高需>700μm。由于上述研究中使用的人工晶状体均为ICL V4,与目前主要使用的人工晶状体型号ICL V4c结构不同,ICL V4c植入后的拱高变化及其对晶状体的影响仍需进一步观察。Zhu等[8]研究对植入ICL V4及ICL V4c的患者随访6mo,结果显示,随访期间,两者拱高的变化无显著差异,说明ICL V4c在术后短期内的变化可以参考ICL V4的研究结果。

ICL植入术后继发眼压升高,也可能与术后拱高异常有关。ICL的植入位置位于睫状沟,过高的拱高会挤压虹膜前移,改变前房角形态,引起眼压升高,若不及时处理最终会导致继发视神经纤维功能受损。既往关于ICL植入术后拱高的研究重点关注拱高的下限,对于ICL拱高的上限沿用了ICL V4的标准,即最大拱高不超过1000μm,Nam等[9]研究纳入ICL V4c植入术患者43例,术后随访6mo,2例患者拱高超过1000μm,分析与前房角度数过小有关(36.2°、32°),该研究纳入患者均未出现严重不良反应。为了减少ICL植入术后发生不良反应,拱高的下限为100μm,上限为1000μm。但拱高会随时间发生变化,所以在手术设计时应为术后预留足够的缓冲区间,该范围还需对ICL V4c植入眼内后的拱高变化进行动态研究,现有研究中采用250～750μm的患者,手术的有效性及安全性已得到证实,对于拱高100～250、750～1000μm区间的患者应加以观察ICL植入眼内后的拱高变化。

3 拱高的影响因素

拱高在术前无法检测,如术后出现拱高明显异常,需移除ICL,这无疑增加了患者的负担和发生不良事件的几率,所以术前对拱高做出准确预测可以增加手术成功率,提高患者的满意度。根据目前的研究可以将影响拱高的因素分为两类:(1)ICL植入睫状沟后,因ICL与周边组织接触,水平方向的力引起ICL形变;(2)垂直于视轴的解剖结构位置与ICL的关系。第一类影响因素包括ICL的尺寸、WTW、STS、睫状突直径(anterior chamber width,ACW)、ATA;第二类影响因素包括前房深度(anterior chamber depth,ACD)、CLR、STSL等[10-16]。

3.1拱高与WTW、STS、ACW和ATA的关系影响ICL形变的因素主要为ICL所受的水平压力,尺寸越大的ICL受到挤压的力越大,产生的拱高越高,目前临床上根据STAAR公司的推荐,使用含有WTW与ACD的参考表选择ICL尺寸,由于ICL的尺寸为非连续变量,无法使用多元逐步线性回归方程直接分析ICL尺寸与拱高的关系,所以需要将ICL尺寸转化为连续变量。Lee等[17]研究中计算了WTW、STS与ICL尺寸的差值,并以此作为变量进行分析,结果显示WTW、STS与ICL尺寸的差值和拱高呈正相关。Zhao等[18]研究同样对WTW、STS与ICL尺寸的差值进行了分析,结果却与Lee等[17]研究相反,分析其原因可能与二者测量WTW所用的仪器不同有关,提示后续研究需完善测量WTW值的仪器间的一致性。

另有研究指出WTW与ICL所放置的睫状沟的直径相关性欠佳[19-20],STS值作为ICL植入平面的直径较WTW更具优势,因此Zhang等[21]使用高频UBM测量STS,并以此建立了ZZ-公式,该研究纳入ICL植入术患者168例,植入的ICL尺寸均按照STAAR参考表选择,术后发现在ZZ-公式预测的ICL尺寸大于或等于实际植入ICL尺寸的情况下,预测拱高与实际拱高无明显差异,而在ZZ-公式预测的ICL尺寸小于实际植入ICL尺寸的情况下,预测拱高则明显大于实际拱高,产生了预测值过高的倾向,但在最后的结果中,所有术眼两者间差值均小于500μm,故认为采用高频UBM测量STS,可用于预测拱高且效果优于WTW。然而,上述公式仍未被眼科医生广泛采用,不仅是因为曾有Meta分析指出基于WTW与STS的预测方式无明显差异[19-20],而且UBM测量需要探针-传感器与眼睛接触,费时且需要检查者具有一定的经验,检查者的主观性可能干扰测量值。由于设备及软件的差异性,应在临床应用前对该方式进行充分的科学验证。

Malyugin等[13]和Igarashi等[11]研究分别探讨了ATA、虹膜根部直径与STS的相关性,并以其作为参数选择ICL尺寸,发现二者均与STS具有相关性。Nakamura等[14]研究采用AS-OCT测量眼前节参数ACD、CLR、晶状体拱高(lens vault,LV)、ACW和ATA,进行多元逐步线性回归分析得出公式ICL size(mm)=4.20+0.719×ACW(mm)+0.655×CLR(mm),被称为NK-公式,但在验证时发现根据公式所选择的ICL植入眼内后,实际测量拱高均大于预测拱高,为了解决术后拱高过高的问题,Nakamura等[15]将选择ICL的尺寸转化为选择ICL尺寸间隔的中位数(12.35、12.9、13.45mm),以获得更小的区间减少术后拱高过高的问题,经过校正的NK2-公式为ICL size(mm)=4.575+0.688×ACW(mm)+0.388×CLR(mm),在后续临床研究纳入患者42例68眼,91.2%术眼获得了适宜的术后拱高(250～1000μm),7.3%术眼术后拱高过高,提示减少ICL尺寸间隔,增加ICL的尺寸选项,有助于控制术后拱高,并且对于ICL的膨胀系数需要在ICL植入眼内后进一步观察。

目前对于第一类因素的研究发现,基于STS和ACW的公式均具有较好的预测能力,在条件充分的情况下,选择STS作为预测因素,无疑是合理的方式,但因为测量STS对于患者及检查者的要求较高,所以在缺乏相应条件的情况下,选择基于ACW研发的公式更为合适。

3.2拱高与CLR、STSL的关系Kojima等[12]研究纳入ICL植入术患者43例81眼,术前均根据STAAR参考表选择ICL尺寸,将术前参数纳入多元逐步线性回归方程后,推导公式为ICL size(mm)=3.75+0.46×STS+0.95×ACD+1.25×STSL,也称为K-公式,其中88.9%的患者获得了适宜的拱高(150～1000μm),结果表明STSL的应用显著提高了预测公式的准确性,但仍有11.1%的患者术后拱高超过1000μm。Reinstein等[22]在K-公式的基础上进行了进一步研究,纳入的42例患者ICL植入术前均使用K-公式选择ICL尺寸,并对术前参数进行多元逐步线性回归分析,得出Reinstein-公式v1.0,重复以上步骤得出Reinstein-公式v2.0,该研究将500μm设为理想拱高,使用Reinstein-公式v1.0的患者100%拱高在500±300μm区间;使用Reinstein-公式v1.0的患者94%拱高在500±300μm区间,说明STSL对于ICL尺寸的选择有重要意义。

CLR是虹膜角膜夹角连线与晶状体前表面的距离,受虹膜形态与晶状体厚度的影响,被认为是影响拱高的重要因素。王静等[23]研究发现,CLR与术后拱高呈负相关,CLR越大则术后拱高越小。Gonzalez-Lopez等[24]对ACD、CLR和拱高进行相关性分析发现,CLR和ACD呈负相关,CLR与拱高呈负相关,并发现在不同光照环境下ACD和晶状体位置会发生变化,使CLR值增加或缩小。所以在选择ICL尺寸时不仅需要考虑CLR的大小,还需控制测量CLR时的光照条件。

3.3拱高与房角形态、瞳孔直径、年龄的关系除了用以选择ICL尺寸的参数外,房角形态、瞳孔直径和年龄同样与拱高具有相关性。崔同峰等[25]研究发现后房角度数越小,拱高越高,尤其是后房角<30°会导致更高的拱高。Lee等[26]研究发现,在不同亮度下拱高会随着瞳孔直径的变化而发生改变,光照环境下拱高为399.5±151.9μm,瞳孔直径为3.01±0.55mm;暗视环境下拱高为399.5±151.9μm,瞳孔直径为5.33±0.94mm;在不同光线环境下,测得的拱高的平均差值为147.5±59.4μm,差异显著(P<0.05),分析其原因为瞳孔直径随亮度改变,虹膜对ICL的压力也发生相应改变,最终引起拱高变化。Cerpa Manito等[16]研究观察年龄与拱高的相关性,结果发现,年龄越大的患者术后发生低拱高的几率越大,同时年龄也是高拱高的保护因素(OR=0.92,95%CI0.88～0.98),并且发现TICL与ICL间的拱高差异不显著。临床发现,年龄、瞳孔直径、房角形态均会影响拱高的变化,但由于各自的特点无法进行多元逐步线性回归分析,无法被纳入拱高的预测公式中,未来需要建立不同年龄、不同瞳孔直径、不同房角形态的预测标准。

3.4人工智能在拱高预测中的作用传统的通过多元逐步线性回归分析的过程中有大量影响因素为不连续变量,并无法转化为连续变量,这对最后的预测结果造成了影响,因此大数据分析及人工智能学习的方式也被应用到术后拱高的预测。 Shen等[27]研究纳入ICL植入术患者3536例6297眼,收集ICL尺寸、ACD、瞳孔直径、ACA、角膜厚度、眼轴、术后随访时间、K值、WTW、ICL球镜度数、ICL种类、ICL柱镜度数进行分析,结果发现ICL尺寸、ACD、瞳孔直径为术后拱高的主要影响因素,随机树状图结果最优,可得出82.2%的预测效果,但随机树状图的R2=0.316,分析原因可能是因为ICL的尺寸是拱高预测中最大的影响因素,但与其他变量不同,ICL的尺寸只有4种,由于ICL尺寸在预测中所占的权重导致无法得出理想的R2值。此外,拱高随时都在变化,无法通过测量一瞬间的参数预测真实的拱高,该研究将拱高分为V<250μm、V=250～750μm、V>750μm三组,并将模型目标改为预测拱高的分组情况,预测效果得到提升。Xu等[28]研究采用神经网络分析提高拱高的预测水平,纳入患者74例137眼,并采集ICL尺寸、ACD、瞳孔直径、ATA、STS、WTW、ICL球镜度数、LT、ICL柱镜度数作为输入层神经元,拱高作为输出层,在经过1～2层隐藏层后,得出包含ICL尺寸、ACD、ATA、LT等4项因素的模型,预测效果更理想(R2=0.90),认为神经网络可用来预测拱高,但目前的模型中所纳入的样本量仍然太小,需在后续研究中增加样本量。

4 总结

目前我国以及东亚地区的近视人群不断增多,且有低龄化的趋势,可以预见将有大量需要进行视力矫正手术的患者,ICL植入术对于中高度近视的矫正有着较好的临床效果。随着ICL临床应用的不断增多和研究的不断深入,发现拱高是影响视觉质量的一个重要因素,如何准确估计术后拱高显得十分重要。目前主要通过多种测量方式和公式预测拱高,其中基于STS值开发的公式效果最佳,但在实际应用中仍面临可重复性差、侵入性检查易引起患者不适等缺点。为了减少患者的不适和降低检查者的操作难度,在未来需增加对于ACW、WTW等参数的开发。目前仍存在许多与拱高相关的参数,但无法体现在传统的计算方式中,这可能需要研发新的计算公式,或通过人工智能技术完成推导,这就需要增加现有模型的学习量,增加ICL尺寸和型号,这也是未来ICL植入术的发展方向。