眼反應分析儀在角膜屈光手術中的應用

Muhammad Ahmad Khan，郝蘊，李貝，張海霞，林丁

1.中南大學 愛爾眼科學院，湖南 長沙 410015；2.首都醫(yī)科大學 a.基礎醫(yī)學院；b.生物醫(yī)學工程學院，北京100069；3.長沙愛爾眼科醫(yī)院，湖南長沙 410015

眼反應分析儀在角膜屈光手術中的應用

Muhammad Ahmad Khan1,3，郝蘊2a，李貝2a，張海霞2b，林丁1,3

1.中南大學 愛爾眼科學院，湖南 長沙 410015；2.首都醫(yī)科大學 a.基礎醫(yī)學院；b.生物醫(yī)學工程學院，北京100069；3.長沙愛爾眼科醫(yī)院，湖南長沙 410015

近年來，隨著角膜屈光手術技術的蓬勃發(fā)展及社會生活水平的提高，角膜屈光手術已成為治療近視的主流手段。該手術因角膜瓣的制作及對角膜的切削，減少了角膜厚度，削弱了角膜生物力學完整性，對術后眼壓、生物力學性能產生影響，也可能導致繼發(fā)性圓錐角膜、角膜擴張等并發(fā)癥的發(fā)生。本文結合角膜生物力學特性，就眼反應分析儀（Ocular Response Analyzer，ORA）的原理，測量特點以及在準分子激光角膜屈光手術中的應用進行綜述。

眼反應分析儀；角膜屈光手術；角膜力學特性；臨床應用

未矯正的屈光不正是目前全球視力損害的最主要原因[1]，其中近視的發(fā)生率最高。中國人口近視發(fā)生率為33%，為世界平均水平的1.5倍，約達4億人口。青少年更為近視高發(fā)群體，發(fā)病率高達50%～60%，位居世界第一[2]。角膜屈光手術以其先進快捷的手術技術和良好的術后視覺質量，受到越來越多近視患者的青睞。隨著科技進步與人們對視覺質量要求的增高，眼科界開始從生物力學角度深入探討和研究角膜屈光手術的安全性與穩(wěn)定性。中國知網調查數(shù)據(jù)顯示，自2006年至今的10年間，涉及角膜屈光手術與角膜生物力學的文獻報道633篇，研究進展迅速。而眼反應分析儀（Ocular Response Analyzer，ORA）是一種新型在體角膜生物力學測量儀器，在反映角膜生物力學特性新指標的同時，提供眼壓值參考，為角膜屈光手術后較長時期內不能使用接觸式眼壓計，排除角膜厚度干擾等情況下監(jiān)測眼壓及角膜生物力學特性變化提供了良好的手段，為角膜屈光手術患者術前評估、術后眼壓監(jiān)測隨訪等提供了有效參考。

1 ORA的工作原理

ORA是由美國Reichert公司（Reichert Inc.，Depew，NY）開發(fā)的一種新型的非接觸噴氣式“眼壓計”，也是臨床較常用的在體角膜生物力學參數(shù)測量儀器。該設備在去除角膜厚度因素影響下進行在體眼壓測量，同時獲得活體角膜生物力學特性的相關指標。在不與活體眼角膜接觸的前提下，ORA通過自身產生的脈沖氣流，對角膜產生動態(tài)雙向壓平過程，利用電子光學系統(tǒng)監(jiān)測角膜形變，記錄壓力結果，從而計算出眼內壓（Intraocular Pressure，IOP）和角膜生物力學參數(shù)。測試時，ORA對準角膜中央產生脈沖氣流，使角膜由凸向內壓平，系統(tǒng)記錄此時的眼壓值P1，即為第一次壓平時的眼壓。此后，角膜繼續(xù)內陷，脈沖氣流關閉，作用于角膜的壓力降低，角膜向外恢復形變，經歷第2次壓平，此時系統(tǒng)測得的眼壓值記為P2，隨后角膜形態(tài)恢復原狀。ORA測試信號，如圖1所示[3]。角膜由于自身具有黏滯性，在ORA測量時向外運動中經歷第2次壓平的時間發(fā)生滯后，導致前后2次壓平狀態(tài)的壓力值不相等。ORA通過內部軟件計算給出4個數(shù)值：角膜滯后量（Corneal Hysteresis，CH）、角膜阻力因子（Corneal Resistance Factor，CRF）、可重復的模擬Goldmann眼壓值（IOPg）和角膜補償眼壓值（IOPcc）[3-5]。

圖1 眼反應分析儀測試信號

2 ORA測量的參數(shù)指標

ORA所獲得的測量參數(shù)CH、CRF，代表了角膜的生物力學性能：CH=P1-P2，它反映角膜吸收和消散能量的能力；CRF=P1-kP2，k=0.7[6]，是角膜受壓產生形變時的黏性和彈性阻力累積效應，即角膜整體硬度，它反映了角膜總體抵抗外力的能力。ORA由于自帶角膜補償機制軟件，其測得的角膜生物力學特性參數(shù)應更準確、更可靠及穩(wěn)定[7]。IOPg與IOPcc為眼內壓的真實值提供了可信的參考：IOPg是測量過程中P1、P2的平均值，即（P1+P2）/2，根據(jù)臨床眼壓測量金標準Goldmann壓平式眼壓計（Goldmann Applannation Tonometer，GAT）[7]測量結果校正所得，相當于GAT；而IOPcc是根據(jù)所測CH對IOP進行校正所得到的眼壓值。Montard等[8]研究發(fā)現(xiàn)，ORA在正常眼的相應參數(shù)測量時，雙眼間一致性較好（r=0.84，P＜0.01）且變異低（CV=8.52%），這表明了該儀器測量的準確性高。近年來，ORA系統(tǒng)軟件開發(fā)出“波形評分”功能，通過脈沖氣流信號的波形評分，為測量結果的可靠性提供了參考，波形分數(shù)（Wave Score，WS）＜3.5者提示測試信號不可靠，結果需要舍棄[9]。ORA作為活體角膜生物力學檢測儀器，準確度高，可重復性好[10]，且不需表面麻醉，不接觸患者角膜，操作方便，可避免交叉感染等風險[11]。

3 ORA在角膜屈光手術中的應用

角膜是眼球外壁透明的生物組織，是眼球最重要的屈光結構。它由上皮細胞層、前彈力層、基質層、后彈力層和內皮細胞層5層結構構成[12]。約占角膜厚度90%的基質層主要由膠原纖維組成，是角膜承載負荷、發(fā)揮生物力學性能的主要部分[13]。角膜具有非線性、黏彈性力學特性。角膜的應力松弛現(xiàn)象、蠕變現(xiàn)象和遲滯現(xiàn)象都是角膜黏彈性特性體現(xiàn)。角膜厚度越大，則黏彈性越高，滯后量就越大；角膜越硬，彈性越差，滯后量越小[14]。

角膜屈光手術通過準分子激光對角膜進行屈光性切削，以改變瞳孔區(qū)的角膜曲率，達到矯正視力的目的。根據(jù)切削部位分為激光表層和板層手術，其中激光表層手術包括準分子激光屈光性角膜切削術（Photorefractive Keratectomy，PRK）、準分子激光上皮下角膜磨鑲術（Laser Assisted Subepithelial Keratomileusis，LASEK）、機械法-準分子激光角膜上皮瓣下磨鑲術（Epipolis-Laserin situKeratomileusis，Epi-LASIK）及經上皮準分子激光角膜切削術（Trans-Epithelial Photorefractive Keratectomy，TPRK）；板層手術通常指準分子激光原位角膜磨鑲術（Laserin situKeratomileusis，LASIK）[15]以及屈光性透鏡成型取出術（Refractive Lenticule Extraction，ReLEx）[16]。PRK通過去除角膜表面上皮后用激光切削角膜組織；TPRK同時去除角膜上皮和前部角膜基質層，完成角膜形態(tài)的改變；LASEK用角膜上皮環(huán)鉆切出上皮瓣后用準分子激光進行原位磨鑲；Epi-LASIK的激光切削在角膜前彈力層上進行[17]。LASIK手術以機械刀或飛秒激光在角膜表面制作帶蒂的板層角膜瓣，翻轉角膜瓣后在角膜基質內切削，最后將角膜瓣復位，是目前臨床主流的手術方式[18-19]。ReLEx以飛秒激光小切口微透鏡切除術（Small Incision Lenticule Extraction，SMILE）最具代表性[16]。SMILE不制作角膜瓣，利用飛秒激光在角膜基質層內特定深度切割出一定大小和度數(shù)（厚度）的微型凸透鏡或凸柱透鏡，并經過角膜周邊微小切口取出[20]，是目前認為術后角膜力學特性改變最小的屈光手術[21]。

雖然角膜生物力學特性測量方法多樣，但絕大部分為離體測試方法，而且不同的實驗條件和實驗方法所得的結果可能不盡相同，至今也尚無統(tǒng)一的結論性數(shù)據(jù)來揭示角膜本身生物力學特性及在不同角膜切削手術方式下生物力學特性變化規(guī)律的比較性研究結果。ORA是第一個應用于臨床的在體角膜力學特性測試儀器，其提供的測量參數(shù)CH、CRF與IOP、中央角膜厚度（CCT）的改變密切相關[22-23]，可為臨床提供角膜的力學信息，故迅速被臨床認可。

3.1 術前評估和手術禁忌癥的篩查

術前角膜狀態(tài)的評估對角膜屈光手術尤為重要。患者屈光狀態(tài)、視力、角膜地形圖、眼內壓、角膜厚度等參數(shù)的測量均作為術前常規(guī)檢查來全面了解受術者的角膜狀態(tài)，排除圓錐角膜等手術禁忌癥[15]。不同疾病、不同角膜狀態(tài)在ORA參數(shù)、信號曲線坡度和波動均有所差異。華人人群中糖尿病患者的CH與CRF高于正常人群[23]，馬方綜合征的患者角膜CH、CRF值較低[24]，圓錐角膜患者的CH和CRF明顯低于正常值[25]。肖卉等[26]通過357例692只眼的角膜生物力學參數(shù)分析得出，近視人群的角膜粘彈性及眼球硬度降低的結論。文獻報道還指出，高度近視眼、圓錐角膜以及Fuchs角膜營養(yǎng)不良等情況下角膜CH與CRF值較正常降低，這是由以上狀態(tài)改變了角膜粘彈性造成的[3,22,27]。因此，將ORA檢查列入術前圓錐角膜等手術禁忌癥的篩查項目，可在CCT與角膜地形圖基礎上提供更全面的角膜生物力學參考。

角膜屈光手術制瓣及切削過程減少了角膜中央?yún)^(qū)厚度，改變了角膜原有組織結構，術后角膜的生物力學狀態(tài)發(fā)生改變。角膜厚度對屈光手術后屈光的穩(wěn)定性，角膜修復與自愈性以及術后角膜并發(fā)癥產生影響，角膜厚度的改變可能造成術后預期效果與實際矯正效果之間的偏差。基于ORA測量結果，張琳[28]和謝麗麗[29]認為，LASIK手術切削量越多，基質切削越深，對角膜生物力學特性的影響越明顯，術后生物力學特性越差。Hamilton等[30]對PRK、LASIK、飛秒激光LASIK 三組患者進行回顧性研究發(fā)現(xiàn)，CH的變化和切削深度顯著相關。倪壽翔等[31]的研究結果表明，CCT是影響CH及CRF的重要因素，以往的類似研究也可證明此點[32-34]。目前，角膜屈光手術要求術后剩余角膜基質床厚度應＞250 μm，此標準沒有考慮角膜生物力學特性是否在安全范圍內，所以對術前角膜粘彈性較低的患者，會增加手術風險。因此，將CH、CRF指標及信號曲線的特征分析納入角膜屈光手術術前檢查將會使術前評估更全面，可作為篩查手術高危因素的手段，對于排除圓錐角膜或潛在危險的患者有重要指導意義。

3.2 術后并發(fā)癥等的預測和眼壓的檢測

醫(yī)源性角膜擴張是屈光手術的并發(fā)癥之一，它是發(fā)生在角膜上的一種粘彈性現(xiàn)象[35]，多發(fā)生在有潛在圓錐角膜傾向的術眼[36]。術前角膜的生物力學特性、手術切削深度是術后角膜擴張發(fā)生的重要因素。術前行ORA檢查，測量所得的CH與CRF可能與角膜厚度、角膜曲率、角膜地形圖一起發(fā)揮早期的監(jiān)測作用[37]，更好的檢測出角膜擴張及其他屈光術后并發(fā)癥發(fā)生的可能。Ambrosio等[38]將角膜生物力學性能納入屈光手術術前檢查的項目之一，提高了角膜擴張等術后風險的預測水平。另外，不少研究表明[27,39-40]，角膜屈光手術包括PRK、LASEK、LASIK、飛秒LASIK等均會造成CH、CRF的降低。除了術后角膜變薄外，手術本身造成的角膜脆弱也是一方面原因。張琳[28]認為，對角膜生物力學參數(shù)變化量的影響，Epi的手術切削量對生物力學特性的作用不及LASIK手術明顯。因此ORA也許可以在個體化切削和結果預測方面發(fā)揮作用。

術后眼壓的檢測也非常重要，Goldmann壓平式眼壓計的測量結果（GAT）是臨床上測量眼壓的“金標準”。Liu等[41]指出壓平式眼壓計（Applannation Tonometer，AT）測量值與CCT和角膜曲率半徑分別存在非線性相關性，而在不同的角膜生物力學狀態(tài)下，CCT的改變所引起的AT改變量不同。也就是說，正常人群的眼內壓GAT測量值隨角膜厚度、曲率、角膜生物力學等屬性改變而不同。角膜屈光手術改變了角膜幾何及力學特性，術后采用Goldmann眼壓計測量眼壓，其結果可能較真實眼壓出現(xiàn)一定偏差。類似于傳統(tǒng)非接觸式眼壓計（Non-contact Tonometer，NCT），ORA采用快速氣流對角膜產生的形變來計算眼壓，在正常人群中，其IOPcc、IOPg與NCT、GAT有較好的一致性。有報道指出，NCT受CCT、CC影響[5]，而IOPcc與CCT無相關性，減少了角膜本身特性對眼壓測量的影響，相比之下，ORA能準確的反映角膜屈光手術術后的眼壓[42-44]。Kirwan等[45]對屈光手術術后CCT、角膜曲率、IOP與CH等的測量分析發(fā)現(xiàn)，眼壓的GAT測量值與ORA測得的IOPg結果一致性較好。因此，手術前后采用ORA測量眼內壓，其IOPg可以很好的替代GAT，IOPcc則能在不受角膜厚度、角膜生物力學狀態(tài)經切削而改變的影響下真實的反映術后眼壓，為角膜屈光手術提供更準確有效的眼壓監(jiān)測手段。

ORA具有非接觸、避免交叉感染，準確度高的特點，能為臨床提供準確的角膜生物力學信息和可靠的眼內壓參考，可作為屈光手術術前評估、禁忌癥篩查、并發(fā)癥預測及術后眼內壓、生物力學監(jiān)測的重要儀器，但無法準確測量不能固視患者的眼壓。目前針對ORA的研究大多集中在CH、CRF及眼壓的數(shù)值分析上。也可針對其測量結果顯示的圖像進行總結分析，更全面的掌握ORA測量提供的信息。同時開展以提高測試數(shù)據(jù)可靠性為目的的測試技術規(guī)范研究，早日形成ORA測試結果對角膜屈光手術具體明確的指導性參考。

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Application of Ocular Response Analyzer in Corneal Refractive Surgery

Muhammad Ahmad Khan1,3, HAO Yun2a, LI Bei2a, ZHANG Hai-xia2b, LIN Ding1,3
1.Aier School of Ophthalmology, Central South University, Changsha Hunan 410015, China; 2.a.School of Basic Medical Sciences; b.School of Biomedical Engineering, Capital Medical University, Beijing 100069, China; 3.Changsha Aier Eye Hospital, Changsha Hunan 410015, China

With the flourishing of surgical techniques and improvement of social living standard in recent years, corneal refractive surgery has become a major approach for myopia correction. By means of flap formation and laser ablation, this type of surgery reduces corneal thickness and breaks down its biomechanical integrity, and hence influences postoperative intraocular pressure and biomechanical features. It may also cause complications such as secondary keratoconus and keratectasia. Combined with the corneal biomechanical properties, this article comprehensively reviewed the the principles and measurement characteristics of ocular response analyzer (ORA) as well as the application of ORA in corneal refractive surgery.

ocular response analyzer; corneal refractive surgery; corneal biomechanics; clinical application

R77

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.03.018

1674-1633(2016)03-0076-04

2016-01-04

國家自然科學基金（No.31470914）；北京市屬高等學校高層次人才引進與培養(yǎng)計劃項目（No.CIT&TCD201504096）。

林丁，眼科疾病基礎研究，教授，主任醫(yī)師，博士生導師。通訊作者郵箱：dlinoph@163.com