近视患者Corvis ST角膜生物力学参数与眼部其他生物测量参数的相关分析

王丹 王晓睿 韦伟 裴澄 米生健

人眼角膜复杂的生物力学特性决定了其在压力条件下呈现多样的反应和形态变化。这种特性目前已在早期圆锥角膜的辅助诊断[1-2]、角膜术后形态和力学的稳定性评估[3]、青光眼筛查[4]等方面发挥了重要作用，且一定程度上反映了巩膜的生物力学情况[5]。

目前临床上有两种商业化的在体测量角膜生物力学特性的设备，其原理均是使用固定量的空气脉冲冲击角膜，观察角膜受压后的变形参数[6]：一种是眼反应分析仪，其是基于非接触的双向压平原理设计的，测量结果包括角膜滞后量(CH)、角膜阻力因子(CRF)两个角膜生物力学参数，以及Goldmann 相关眼压、矫正眼压两个眼压参数；另一种是使用了Scheimpflug旋转摄像技术的动态可视化角膜生物力学分析仪Corvis ST，其高速摄像头每秒可捕获4300帧的水平Scheimpflug图像[7]，测量时间约31 ms，共采集和分析角膜变形过程的140幅断层图像，在其第二代设备上考虑了眼球受压后整体后退的影响，提供的参数包括：第一次压平速率(A1V)、第一次压平长度(A1L)、第一次压平时间(A1T)、第二次压平速率(A2V)、第二次压平长度(A2L)、第二次压平时间(A2T)、最大压陷曲率半径(HCR)、最大压陷时间(HCT)、最大压陷时两峰间距离(PD)、2 mm处变形幅度的比值(DA 2 ratio)、综合半径(IR)、最薄点厚度/厚度变化率(ARTh)、第一次压平时角膜硬度参数(SP-A1)、Corvis生物力学指数(CBI)，并可联合角膜地形图结果使用人工智能方法得出生物力学/断层扫描地形图指数(TBI)。

既往研究已经证实,Corvis ST具有良好的精确性和可重复性[8-9]。目前，有关角膜生物力学特性的研究多局限于圆锥角膜患者，鲜有研究阐述近视患者的角膜生物力学特性及其与眼部其他生物测量参数的相关性，并且以往的研究对于屈光度、年龄等因素与角膜生物力学参数之间的相关性得出的结论并不一致[10-12]。目前认为，对角膜生物力学参数测量影响最大的因素是眼压，其次为中央角膜厚度(CCT)、年龄、屈光度等[7，13-14]。本研究选择Corvis ST测得的眼压为13～17 mmHg(1 kPa=7.5 mmHg)的近视患者，分析其角膜生物力学参数与眼部其他测量参数之间的关系，拟进一步明确眼压因素控制后，角膜生物力学参数与眼部其他生物测量参数以及年龄之间的相关性，从而为深入了解角膜生物力学特性提供更科学、更全面的依据和基础。

1 资料与方法

1.1 一般资料前瞻性临床观察研究。收集自2019年3月至12月于西安交通大学第一附属医院屈光手术中心就诊的拟行角膜屈光手术的192例近视患者的临床资料，均选择右眼进行研究。纳入标准：(1)年龄18～60岁；(2)等效球镜度(SE)为-1.00～-12.00 D;(3)Corvis ST测得的眼压为13～17 mmHg；(4)无眼部手术史；(5)停止配戴角膜塑形镜3个月、硬性角膜接触镜1个月、软性角膜接触镜1周以上者；(6)无青光眼、干眼或其他活动性眼病。排除标准：(1)患有全身性疾病，如糖尿病、甲状腺疾病、类风湿类疾病等；(2)检查不配合者；(3)拒绝参加该试验者。本研究遵守《赫尔辛基宣言》，所有受检者均知情同意，并签署知情同意书。

1.2 方法入选患眼均行裸眼视力、最佳矫正视力、眼压、SE、眼前节、眼轴长度(AL)及角膜地形图、角膜生物力学参数等检查。

1.2.1 角膜地形图检查使用眼前节综合分析仪Pentacam HR(Oculus Optikgeräte GmbH，德国)检查受试者双眼角膜地形图，获得角膜及眼前节参数，包括平均角膜前表面曲率(Km)、CCT、角膜水平直径(CD)。

1.2.2 角膜生物力学参数获取使用Corvis ST角膜生物力学测量仪(Oculus Optikgeräte GmbH，德国)检查，自然瞳孔状态下每人均在30 min内完成测量，获得的参数包括：CCT、眼压、9个角膜生物力学基础参数(A1T、A1L、A1V、A2T、A2L、A2V、HCT、PD、HCR)和6个整合参数(DA 2 ratio、IR、ARTh、SP-A1、CBI及联合角膜地形图结果获得TBI)。测量均由同一位经验丰富的临床医师完成，每眼连续测量3次，测量可靠性均显示为“OK”。Corvis ST测量时角膜形变过程见图1。各参数的涵义见表1。

1.2.3 AL测量应用光学生物测量仪IOL Master 500(ZEISS公司,德国)测量AL。测量方法：受试者取坐位，额部贴靠前额托，下颌置于下颌支架上，摆正头位及眼位,对焦后按下开始键，机器自动采集图像,完成后若图像质量不能满足要求则重新测量。测量均由同一位经验丰富的临床医师完成，每眼重复测量3次，记录3次结果的平均值。

1.3 统计学方法采用SPSS 22.0软件进行统计学分析。连续性变量使用单样本Kolmogorov-Smirnov检验其正态性，计量资料如符合正态分布用均数±标准差表示，Corvis ST角膜生物力学参数与CCT、SE、年龄、AL、Km及CD的相关性采用Spearman相关性分析。检验水准：α=0.05。

图1 Corvis ST测量时角膜形变过程 A:原始状态;B:第一次压平状态;C:最大压陷状态;D:第二次压平状态。

表1 Corvis ST测量的角膜生物力学各参数涵义

2 结果

2.1 患者基线资料本研究纳入的192例(192眼)近视患者中，男87例、女105例，年龄18～51(25.24±7.24)岁，SE为-1.50～-11.62(-5.49±2.06)D，AL为22.96～29.68(25.66±1.45)mm，Km为39.10～316.10(44.72±19.73)D，CD为10.20～12.60(11.47±0.38)mm，眼压为13～17(15.36±1.46)mmHg， CCT为445～616(530.81±33.97)mm。

2.2 相关性分析所有患者Corvis ST角膜生物力学参数与眼部其他生物测量参数和年龄的相关性分析结果见表2。

表2 Corvis ST角膜生物力学参数与眼部其他生物测量参数和年龄的相关性

2.2.1 Corvis ST角膜生物力学参数与CCT的相关性A1T、A1L、A2L、A2V、HCR、ARTh、 SP-A1与CCT均呈正相关(均为P<0.001)，DA 2 ratio、IR、A1V、A2T、PD、CBI、TBI与CCT均呈负相关(均为P<0.05)，HCT与CCT无明显相关性(P=0.628)。

2.2.2 Corvis ST角膜生物力学参数与SE的相关性A2L、A2V、HCR与SE均呈正相关(均为P<0.01)，DA 2 ratio、IR、PD与SE均呈负相关(均为P<0.05)，其他Corvis ST角膜生物力学参数与SE均无相关性(均为P>0.05)。

2.2.3 Corvis ST角膜生物力学参数与AL的相关性PD、A2V与AL均呈正相关(均为P<0.01)，A2T、HCT与AL均呈负相关(均为P<0.05)，其他Corvis ST角膜生物力学参数与AL均无相关性(均为P>0.05)。

2.2.4 Corvis ST角膜生物力学参数与年龄的相关性A1V、DA 2 ratio、IR与年龄均呈正相关(均为P<0.05)，A1L、A2T、A2L与年龄均呈负相关(均为P<0.05)，其他Corvis ST角膜生物力学参数与年龄均无相关性(均为P>0.05)。

2.2.5 Corvis ST角膜生物力学参数与Km的相关性A1V、DA 2 ratio、IR与Km均呈正相关(均为P<0.05)，A2L、PD、HCR与Km均呈负相关(均为P<0.05)，其他Corvis ST角膜生物力学参数与Km均无相关性(均为P>0.05)。

2.2.6 Corvis ST角膜生物力学参数与CD的相关性ARTh与CD呈正相关(P=0.003)，A1V、CBI与CD均呈负相关(均为P<0.05)，其他Corvis ST角膜生物力学参数与CD均无相关性(均为P>0.05)。

2.2.7 其他SP-A1仅与CCT呈正相关(P<0.001)；CBI仅与CCT、CD呈负相关(均为P<0.05)；TBI仅与CCT呈负相关(P<0.001)。

3 讨论

角膜的生物力学特性不仅影响角膜屈光手术术前圆锥角膜的筛查，而且直接影响角膜屈光手术的术后安全性、稳定性和可预测性等，因此，准确评估角膜的生物力学特性对于术后角膜安全性评估至关重要。有研究表明，可以将Corvis ST角膜生物力学参数视为实际角膜生物力学因素的替代指标[15]。一项对圆锥角膜及健康角膜的生物力学测量结果和矫正后的影响因素进行相关性分析的研究发现，眼压和CCT是角膜生物力学参数主要的两大影响因素[16]。为了排除眼压对角膜生物力学测量结果的影响，我们进行眼压匹配后，分析了角膜生物力学参数的影响因素。

本研究分析了近视人群的角膜生物力学特性。在外界定量压力脉冲作用下，CCT越厚，达到角膜第一次压平时，A1T越长，A1V越小，A1L越长，即角膜对外力的抵抗作用越强，在外力作用下越不易发生变形。在达到第二次压平时，A2T越短，A2V越大，A2L越长，且A1T和A2T间隔越短。角膜达到最大压陷时，角膜前表面凹陷曲率半径越大，即角膜在外力作用下变形的幅度越小；HCT与A2T间隔越短，PD越小，即角膜在外力作用下发生变形后恢复原形状的速度越快。CCT变薄，角膜胶原纤维生物力学反应能力下降，角膜黏弹性降低，角膜对外力的抵抗能力下降，在外力的作用下更易发生变形，并且角膜变形时间缩短，变形的幅度和范围增加。本研究相关性分析结果显示，CCT与除HCT之外的其他Corvis ST角膜生物力学参数均相关，和Huseynova等[17]和Salouti等[18]的研究结果一致。

本研究结果发现，SE越小，在达到第二次压平时，A2V越小，A2L越短；在达到最大压陷时，PD越大，DA 2 ratio越大，IR也越大。Wang等[11]和He等[12]的研究还发现，高度近视患眼的DA 2 ratio较正视眼更大，且与AL呈正相关。而本研究未发现AL与DA 2 ratio存在相关性，原因可能是DA 2 ratio在正视眼与高度近视眼之间有差别，而在近视人群中随着屈光度的增加这种差别变得不明显。

Km对角膜形变也有一定的影响。本研究发现，Km与部分角膜形变参数相关。Lanza等[19]对正常眼、准分子激光角膜切削术后患眼、圆锥角膜眼进行 Corvis ST的测量，发现Km与A1T、A2T、A2V均相关，但未对Km与各形变参数的关系进行研究。本研究基于单纯近视患者的研究结果显示，Km与PD、HCR、DA 2 ratio、IR等存在相关性。Km越小，在达到最大压陷时，PD越大，HCR越大，角膜在受外力时的形变幅度应越大，但本研究却发现Km与DA 2 ratio、IR均呈正相关，原因可能是本研究纳入的为拟行角膜屈光手术后的单纯近视患者，尚未对患眼进行屈光度分层研究，未涉及不同屈光度对Corvis ST测得的角膜形变参数的影响。

本研究结果显示，年龄与A1L、A2L均呈负相关，与DA 2 ratio、IR均呈正相关。有研究发现，随着年龄增长，角膜微结构变化以及胶原纤维交联增多导致角膜的顺应性和弹性降低(即脆性增加)[20]，角膜越硬。Wang等[11]的研究显示，角膜的形变幅度与年龄呈正相关，这与我们的研究结果相符。但是年龄对于角膜生物力学参数是相对独立的影响因素，故在考虑年龄因素的影响时需考虑SE的混杂影响。

在本研究中，CD仅与A1V、CBI呈负相关。Smolek[21]认为，角膜中央的胶原纤维板层数量及排列较周边角膜少且松散；Boote等[22]研究也显示，角膜中央与角膜周边的胶原纤维分布不同，接近角膜周边的胶原纤维的排列方向以及直径和胶原纤维之间的距离均大于角膜中央部分的胶原纤维。基质胶原排列相对紊乱及松散时，区域硬度将更低，角膜会发生更大的形变。本研究未发现CD与DA 2 ratio等参数之间的联系，可能的原因为角膜的纤维排列分布与CD大小无明显联系，角膜在对抗外力时并非仅依靠某一区域的作用，而是通过各层组织和各区域间的相互联系共同产生对抗力。

ARTh、SP-A1及CBI都是直观反映角膜硬度的参数。本研究发现，ARTh与CCT、CD均呈正相关；SP-A1与CCT呈正相关；CBI与CCT、CD均呈负相关。ARTh及SP-A1越小，角膜越软，越容易发生扩张。

TBI是近来提出的结合角膜地形图和Corvis ST检查结果得到的全新参数。TBI大于0.5时，角膜扩张风险大大增加，文献报道其检测角膜扩张的准确性远远优于CBI[23]。在本研究中，TBI与CCT呈负相关，CCT越厚，角膜对抗外力的能力越高，在外力的作用下越不易发生形变。

本研究尚存在不足之处，如由于是前瞻性研究，不能确定各个变量之间的因果关系；仅收集了同一医院的患者且样本量不大，仍可能存在其他影响因素未被发现；本研究未包含低龄和高龄的近视患者；且未对不同近视程度人群进行比较分析。

综上所述，角膜的生物力学特性颇为复杂，临床中角膜的微观结构发生变化可由角膜生物力学参数的变化表现出来。本研究我们着重分析了近视人群Corvis ST角膜生物力学参数与眼部其他生物测量参数之间的关系，在临床应用时对患者进行多次测量和综合分析可得到更为真实的结果，从而客观描述角膜的生物力学特性。在解释从Corvis ST获得的角膜生物力学参数时，应综合考虑眼部系统变量对角膜生物力学参数值的影响，系统地去甄别可疑圆锥角膜。未来我们将进行大样本量的队列研究，以进一步了解角膜生物力学特性在近视发生发展过程中的作用。