近視兒童角膜生物力學參數(shù)與角膜高階像差的相關性研究

高智奇，劉珠珠，劉桂華，榮 華，李 娜，魏瑞華，粘 紅

作者單位：(300384)中國天津市，天津醫(yī)科大學眼科醫(yī)院 眼視光學院 眼科研究所 國家眼耳鼻喉疾病臨床醫(yī)學研究中心天津市分中心 天津市視網(wǎng)膜功能與疾病重點實驗室

0引言

波前像差是近幾年眼科領域的研究熱點，其作為客觀評價視覺質(zhì)量的一種方法受到越來越多的關注。波前像差可分為低階像差和高階像差(high-order aberrations, HOAs)，低階像差包括近視、遠視和散光可以通過配戴框架眼鏡、角膜接觸鏡或常規(guī)屈光手術(shù)得到矯正，而高階像差的矯正手段仍然有限。有研究表明高階像差引起的視覺質(zhì)量下降可能是兒童近視發(fā)生發(fā)展的影響因素[1-2]。角膜生物力學特性與角膜形態(tài)密切相關[3]，而角膜形態(tài)如中央角膜厚度(corneal central thickness, CCT)[4]、角膜非球面系數(shù)(Q值)或者角膜曲率[5]的變化還會引起角膜高階像差的改變從而影響眼的成像質(zhì)量，提示我們角膜高階像差可能與生物力學特性有關。以往關于高階像差的研究主要集中在成年人群，目前鮮見國內(nèi)外關于兒童近視眼角膜生物力學參數(shù)與高階像差之間關系的報道。本研究對兒童近視眼角膜生物力學參數(shù)和高階像差的關系進行探討。

1對象和方法

1.1對象橫斷面研究。選取2021-04/07在天津醫(yī)科大學眼科醫(yī)院就診的兒童近視患者255例。納入標準：(1)年齡8～15歲；(2)眼壓<21mmHg(1kPa=7.5mmHg)；(3)-5.50D≤等效球鏡度(SE)≤-0.75D，散光≤1.50D，最佳矯正視力≥1.0；(4)無角膜接觸鏡配戴史；(5)為避免雙眼發(fā)育相關性的影響,只取右眼數(shù)據(jù)進行分析。排除標準：(1)眼部存在角膜病、干眼、過敏性眼病、葡萄膜炎、視網(wǎng)膜疾病等眼病者；(2)有眼部手術(shù)史或全身性疾病者。本研究遵循《赫爾辛基宣言》，所有患者及其監(jiān)護人知情同意并簽署知情同意書。

1.2方法

1.2.1一般檢查入選患眼均行裸眼視力、最佳矯正視力、裂隙燈眼前節(jié)檢查、直接鏡眼底檢查、Lenstar 900生物測量儀測量眼軸長度(AL)、眼壓等檢查。

1.2.2角膜高階像差檢查采用Pentacam三維眼前節(jié)分析儀測量角膜高階像差。該儀器采用基于Scheimpflug原理的360°旋轉(zhuǎn)掃描技術(shù)，在2s內(nèi)從25000個不同的高程點獲取數(shù)據(jù)，生成眼前節(jié)三維虛擬模型，通過系統(tǒng)自帶程序?qū)嶋H角膜與理想的非球面角膜進行高度對比來計算角膜像差，并以Zernike多項式均方根值(root mean square, RMS)的形式來表達。選擇質(zhì)量參數(shù)顯示為“OK”的3次結(jié)果，取其平均值進行分析并計算以角膜頂點為中心6mm直徑范圍內(nèi)的角膜總高階像差(RMSh)、三階像差(RMS3)、四階像差(RMS4)。

1.2.3角膜生物力學檢查由同一位經(jīng)驗豐富的醫(yī)師應用Corvis ST對角膜生物力學參數(shù)進行測量，取質(zhì)量參數(shù)顯示為“OK”的結(jié)果進行計算和分析。Corvis ST可實時動態(tài)記錄角膜受壓形變的全過程(圖1)并通過分析獲得反映角膜生物力學特性的一系列參數(shù)，包括第1次壓平時間(the first applanation time,A1T)和速度(the first applanation velocity,A1V)、第2次壓平時間(the second applanation time,A2T)和速度(the second applanation velocity,A2V)、最大壓陷時反向曲率半徑(highest concavity radius,HCR)、最大壓陷時峰距(peak distance,PD)、最大壓陷時的變形幅度(deformation amplitude,DA)以及CCT和非接觸式眼壓(IOPnct)。

圖1 Corvis ST測量時角膜形變過程 A：角膜初始自然狀態(tài)；B：第一次壓平狀態(tài)；C：最大壓陷狀態(tài)；D：第二次壓平狀態(tài)。

2結(jié)果

2.1納入患者基本資料本研究共納入255例近視兒童(均取右眼資料進行分析)，其中男122例，女133例；年齡8～15(平均11±1.86)歲；SE為-5.50D≤SE≤-0.75(平均-2.57±1.14)D；AL為22.62～26.99(平均24.56±0.79)mm，平均角膜曲率(Km)為40.35～46.80(平均43.33±1.27)D。

2.2角膜生物力學參數(shù)Corvis ST測量的患者角膜生物力學參數(shù)結(jié)果見表1。SE與A2V和HCR均呈正相關(r=0.153，P=0.014；r=0.151，P=0.016)。

表1 Corvis ST測量的患者角膜生物力學參數(shù)

2.3角膜高階像差與生物力學參數(shù)和SE及AL的相關性兒童近視眼角膜高階像差Zernike RMS值分別為：RMS3 0.059～0.897(平均0.297±0.114)μm；RMS4 0.076～0.504(平均0.254±0.080)μm；RMSh 0.217～1.048(平均0.426±0.110)μm。對可能影響角膜高階像差的因素生物力學參數(shù)、SE、AL進行單因素線性分析：RMS3與A2T正相關，與A1V、DA、PD、AL負相關(均P<0.05)；RMS4與HCR負相關(P=0.009)；RMSh與A1V、A2T、PD、HCR、AL負相關(均P<0.05)，見表2。

表2 角膜高階像差與生物力學參數(shù)和SE及AL的相關性

2.4角膜高階像差影響因素的多因素線性回歸分析將表2分析時P<0.05的自變量及Km納入多因素線性回歸分析，采用逐步回歸法篩選變量，見表3。分析RMS3時將A2T和AL引入回歸模型，回歸方程為RMS3=2.252+0.072A2T-0.03AL(F=3.123，P=0.009)，即RMS3與A2T呈正相關關系(P=0.026)，與AL呈負相關關系(P=0.006)；分析RMSh時將HCR和AL引入回歸模型，回歸方程為RMSh=1.989-0.021HCR-0.028AL(F=4.824，P=0.001)，即RMSh與HCR(P=0.011)、AL(P=0.007)呈負相關關系。

表3 影響角膜高階像差的多因素線性回歸分析

3討論

高階像差可能是近視的發(fā)生發(fā)展因素之一，同時隨著角膜塑形術(shù)和屈光手術(shù)的迅速發(fā)展，使得高階像差成為眼科研究的熱點。角膜作為人眼最主要的屈光介質(zhì)，是高階像差的主要來源[6]，角膜形狀的改變會引起像差的變化，而角膜的生物力學性質(zhì)是決定角膜能否維持正常形態(tài)的關鍵因素[3]。在一項成人的研究中發(fā)現(xiàn)，角膜生物力學特性與屈光手術(shù)后的角膜高階像差具有相關性，術(shù)前測量角膜生物力學參數(shù)對篩選患者和優(yōu)化術(shù)后視覺質(zhì)量具有重要意義[7]。目前國內(nèi)外鮮見關于兒童近視眼角膜高階像差與生物力學參數(shù)之間關系的報道，故本研究利用Pentacam和Corvis ST對兒童近視眼角膜高階像差與生物力學參數(shù)的相關性進行探討。

在角膜高階像差中，三階和四階像差占比最大[8]，本研究分析了RMS3、RMS4及RMSh與角膜生物力學參數(shù)、SE及AL的關系，結(jié)果顯示，角膜RMS3與A2T正相關，RMS4、RMSh與HCR均呈負相關。Xu等[9]測量了角膜硬度與Corvis ST參數(shù)之間的關系，結(jié)果顯示，角膜的硬度與A2T呈負相關，與HCR呈正相關，即角膜硬度越大，A2T越小，HCR越大，結(jié)合本研究結(jié)果可知，隨著角膜硬度增大，RMS3、RMS4及RMSh均降低，即較硬的角膜趨向于擁有更小的高階像差。這可能是由于較硬的角膜對角膜曲率的增大產(chǎn)生抑制效果導致的。

既往研究表明，高階像差與角膜曲率密切相關，李曉晶等[10]的研究表明以角膜頂點為中心直徑4、6mm區(qū)域內(nèi)的角膜最平坦處曲率(K1)、最陡峭處曲率(K2)與前表面、后表面及全角膜總高階像差RMS均呈正相關，Zhang等[11]和Zeng等[5]的研究也表明角膜總高階像差RMS隨角膜曲率的增大而明顯增加，而有研究表明，角膜的曲率與角膜的硬度呈負相關關系，王丹等[12]對單純近視患者進行Corvis ST的測量，發(fā)現(xiàn)Km(平均角膜曲率)與A2L、HCR均呈負相關，Nemeth等[13]和Zhang等[14]對成年人群近視眼的角膜生物力學特性與角膜前表面曲率、前房深度等眼前節(jié)參數(shù)進行相關性分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)陡峭的角膜擁有較低的角膜硬度，以上研究均表明硬度較高、抗變形能力強的角膜擁有更小的角膜曲率。

綜上，我們推測角膜硬度越高、抗變形能力越強，角膜的曲率更小，從而導致RMS3、RMS4、RMSh越小。張耀花等[15]在SE為-9.25～-1.13D的成人單純近視患者中的研究顯示，第1次壓平長度(A1L)與角膜前表面、后表面、全角膜的總高階像差RMS均呈負相關，即角膜的硬度較高、抗變形能力較強時，角膜前表面、后表面、全角膜的總高階像差RMS較小，這與本研究的結(jié)果一致。有研究認為高階像差引起的視覺質(zhì)量下降影響近視的發(fā)生、發(fā)展，角膜生物力學參數(shù)與高階像差存在相關性[1]，因此，角膜生物力學特性在近視進展中可能也發(fā)揮了一定作用[16]。

本研究發(fā)現(xiàn)AL越長，RMS3、RMSh越小，這與之前的研究結(jié)論基本一致，Shimozono等[17]和Zhang等[14]的研究結(jié)果均證實隨著AL的增長總高階像差和球差均顯著減小。多項研究均表明角膜隨著眼軸的增長而變得平坦[18-19]，Lee等[20]也發(fā)現(xiàn)高度近視眼的角膜曲率明顯下降，因此，眼軸增長可能會導致角膜曲率代償性變小，進而引起角膜高階像差的減少。

本研究同時分析了SE與角膜生物力學參數(shù)之間的相關性，結(jié)果顯示SE與A2V和HCT均呈正相關，即提示較高度數(shù)近視兒童的角膜硬度較低，在外力作用下更容易發(fā)生形變，這與之前的研究結(jié)果一致，He等[21]和Tubtimthong等[22]在成人及兒童人群中均發(fā)現(xiàn)較高度數(shù)的近視患者擁有較低的角膜硬度。本研究未發(fā)現(xiàn)SE與角膜高階像差之間具有相關性，以往關于SE與高階像差的相關性研究也尚無統(tǒng)一結(jié)論，席雷等[23]和Wang等[24]對輕中度近視患者的研究表明角膜高階像差與SE無相關關系，也有研究發(fā)現(xiàn)高屈光度近視患者角膜高階像差更大[25-26]。

研究結(jié)果的差異可能與患者年齡、角膜曲率及所研究的樣本量等的差異有關。

本研究未發(fā)現(xiàn)眼壓及CCT與角膜高階像差具有相關性，以往對于角膜高階像差與CCT及眼壓之間相關性的研究結(jié)論也并不一致[4, 27]，需要進一步研究。

綜上所述，近視兒童角膜生物力學參數(shù)與角膜高階像差間存在相關性，硬度較高、抗變形能力較強的角膜，RMS3、RMS4、RMSh較小。目前關于角膜生物力學特性與高階像差相關性的研究還比較少，本研究結(jié)論可為預防和控制近視的個性化方法選擇及屈光手術(shù)的合理設計、療效的預測等提供參考和方向。