信鸽折叠型人工晶体设计

夏 楠, 金艺鹏, 林德贵

(中国农业大学动物医学院，北京 海淀 100193)

信鸽象征和平与友谊，赛事经久不衰，极具商业价值。信鸽的导航能力依赖于自身视力[1-2]，但因竞翔受紫外线照射或群居引发咬啄性外伤[3]，致使信鸽眼病颇为多见[4-5]，患病率为7.6%[6]，白内障患病率更高，达53.7%[7]。手术植入人工晶体是治疗白内障并恢复视力的有效手段，国外有记载猛禽白内障植入人工晶体的文献[7-8]，但目前仍缺乏鸽眼专用的人工晶体。鉴于此，本试验拟设计并制备一款鸽眼人工晶体，以期应用于信鸽白内障的临床治疗。

1 材料与方法

1.1 主要试剂 荧光素钠眼科检测试纸，购自天津晶明新技术开发有限公司；0.4%奥布卡因滴眼液，购自参天制药(中国)有限公司。

1.2 主要仪器 卤素光源便携式直接检眼镜，购自日本纳宜兹株式会社；Tono-vet回弹式眼压计，购自芬兰爱凯有限责任公司；Kowa-15裂隙灯生物显微镜，购自日本兴和株式会社；M7 Vet-B型超声诊断仪，购自深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司；带状光检影镜，购自苏州六六视觉有限公司。

1.3 实验动物 健康成年活体信鸽，年龄1岁以上，由北京壹号鸽舍提供。

1.4 试验方法

1.4.1 体格筛查与眼科筛查 筛选标准：1岁以上，已进行年度免疫，无传染性疾病和外伤史，无眼病和全身性疾病；眼部屈光介质(角膜、房水、晶状体、玻璃体)均呈透明且未有明显异常。在符合上述标准基础上进行眼科筛查[3]。用裂隙灯显微镜[9]观察眼睑、瞬膜、结膜、角膜、虹膜、晶状体等眼球形态。进行角膜荧光素钠染色、眼压测量[10-11]、检眼镜等检查[12]。最终选取100只身体健康且双眼正常的成年信鸽。

1.4.2 B型超声测量晶状体赤道部直径与前后极轴长 常规保定信鸽，使其保持直立位。经奥布卡因滴眼液局部点眼麻醉，使用迈瑞M7 Vet动物专用B型超声(眼科探头频率12 MHz)，对上述100只鸽的200眼进行冠状面和矢状面扫描[13]。影像表现：角膜呈回声和曲线状。前房无回声。晶状体由2条高回声曲线组成，分别代表前后囊和1个无回声中心。睫状体在晶状体两侧呈中等回声结构。巩膜小骨在眼球两侧呈高回声条纹。玻璃体呈无回声。梳状突呈中等回声结构，形状细长。在矢状面图像中，可观察到梳状突全貌。巩膜、脉络膜和视网膜，以高回声线的形式呈现，代表眼球后壁。球后组织和眼周呈中度或轻度增强回声。在超声图像中，眼球后壁与球后组织往往不能清晰辨别。在眼前节的横切扫描中，瞳孔呈现为1个黑洞，周围环绕着一圈中等回声的虹膜。当眼表与眼球中央视轴均匀一致时，使用B型超声探头[14]在眼球最大直径的冠状面和矢状面，测量200个晶状体的赤道部直径与前后极轴长(图1)。为使误差最小化，测量均由笔者操作。

图1 鸽眼的超声测量Fig.1 Ultrasonic measurement of pigeon eye

1.4.3 检影镜测量晶状体屈光力 根据视网膜检影法原理[15]，使用检影镜(图2)对上述100只信鸽200眼的晶状体进行测量[16]，客观获得晶状体屈光力。采用静态检影验光技术的带状检影法，待检动物与验光师的工作距离处于相对静止状态。具体操作：一手握住检影镜，拇指贴在推板上，食指在旋转套筒上。镜柄垂直，肘自然下垂，寻找检影镜支撑点。右手持检影镜，右眼检查动物右眼；左手持检影镜，左眼检查动物左眼。通过信鸽的瞳孔观察被检眼视网膜映光的变化，使用不同镜片中和(检眼镜与鸽眼间的工作距离为67 cm)，当观察影动成顺动时，即可客观表明鸽眼的晶状体屈光力。

图2 鸽眼的检影验光Fig.2 Optometry of the pigeon eye

1.4.4 折叠型人工晶体设计 鉴于人工晶体在临床的安全性、稳定性和有效性，应从材料、结构和光学三方面设计[17]。材料：人工晶体的材料发展经历了漫长的过程。最大的进步就是从硬性的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料发展为软性的可折叠材料。此后进入了硅胶、疏水、亲水和疏水可折叠晶体的共存时代，现今应用最广泛的材料是疏水性丙烯酸酯，其折光指数高于亲水材料，可使人工晶体更薄[18]。因此，本试验选用疏水性丙烯酸酯作为鸽眼人工晶体的材料。结构：机械结构方面的设计考量是非常重要的因素，决定了人工晶体的支撑性，对后发障的概率和手术效果产生影响。襻形：基于材料自身特性，拟采用L形襻设计；边缘：锐利的方形边缘可阻止晶状体上皮细胞移行，降低后发障的发生率，且只有连续的方边才能全方位阻止残留的晶状体上皮细胞向人工晶体后方生长[19]，因此拟采用360°连续方边设计，且襻根部方边与主体方边仍为连续；面形：拟采用非球面设计，这种设计的人工晶体为零球差，在一定程度上具有拮抗自身倾斜和偏心的能力，且表面拟进行肝素处理，即可防止炎性细胞附着，以使植入环境的容差能力得到优化。光学：拟采用单焦点设计，故无炫光和光晕现象。

1.5 数据分析 试验结果以平均值±标准差方式表示，采用 SPSS 22.0 软件分析数据。

2 结果

2.1 晶状体赤道部直径、前后极轴长、屈光力的测量 表1显示了鸽眼晶状体的赤道部直径、前后极轴长、屈光力结果，左眼和右眼的数值无显著差异(P>0.05)。

表1 晶状体参数测量结果Table 1 Measurement results of lens parameters (n=200)

2.2 折叠型人工晶体制备 根据上述结果，本试验设计的鸽眼折叠型人工晶体最终方案：总长5.0 mm，光学部直径2.5 mm，厚度0.5 mm，屈光度+80D，光学部为后凸单焦点，零球差非球面，角度前倾1.5°的双L形襻，构成材料为疏水性丙烯酸酯(图3)。制备样品如图4所示，已申请专利保护，专利号：202023168448.4。

图3 人工晶体设计图Fig.3 Design of intraocular lens

图4 人工晶体实物图Fig.4 Physical image of intraocular lens

3 讨论

制备人工晶体所需的3个主要参数是晶状体的赤道部直径、前后极轴长以及屈光力。B型超声是一种精确的测量仪器，可以帮助我们获得前2个参数。关于摘除马眼的报道显示，物理测量和B型超声测量的结果无显著差异[20]。有关犬、牛、羊的眼球生物特征评估报道显示，A型和B型超声测量的结果同样无显著差异[21-23]，且后者在操作上更简便。此外还有文献报道使用CT扫描岩鸽头部影像以测量眼球的方法，但设备高昂且需环评资质[24]。本试验采用的B型超声测量方法，可直接观察到角膜、巩膜、虹膜、瞳孔、前房、晶状体、玻璃体、梳状突在内的整体眼球结构，并可通过测量获得鸽眼晶状体的赤道部直径与前后极轴长。检影镜又称视网膜镜，是一种能诊断眼屈光性质和测定各种屈光不正的客观验光仪器。在人类医学，从婴幼儿到老年人，智听障碍或无法沟通者均广泛使用[25]，但未见用于动物医学的报道。本试验采用静态检影验光技术的带状检影法，即使在瞳孔直径<1 mm的情况下(如：鸽和小鼠等异宠动物的瞳孔)仍可使用。因该方法客观且准确性高，故用于测量鸽眼晶状体的屈光力，并未使用人眼的计算公式[24，26]。

晶状体是精细调节的屈光结构，可将清晰的图像聚焦在视网膜获得视觉。犬、猫、鸽的晶状体均为双凸形，凸出程度可在调节过程中发生变化。犬、猫的晶状体屈光力分别为+41D[27]、+53D，鸽的晶状体屈光力为+80D，这可能是由于鸽的晶状体在很大程度上比哺乳动物的晶状体更柔软灵活，适应能力更强，在睫状体和周边虹膜等肌肉组织收缩时更易变形，使晶状体更易向前移动[28]，从而在睫状体横纹肌的收缩下提高晶状体放大倍率，且后侧和前侧肌肉也可轴向移动睫状体，通过对环状垫加压进一步压缩晶状体[29]，以根据天气状况和参考地标等变化随时调节晶状体屈光力，满足自身远近视物和长途飞行的导航需求。

材料选择是设计人工晶体的关键要素之一，材料的安全与稳定是一切后续设计的基础。人工晶体的材料发展经历了漫长的过程，最大进步就是从硬性的PMMA材料发展为软性的可折叠材料，此后进入了硅胶、疏水、亲水可折叠晶体的共存时代[30]。亲水性丙烯酸酯相对较软，支撑力小，需四角襻或板形襻提供足够支撑力。这种厚重襻形在空间本就狭小的鸽眼囊袋内变形空间就更为有限，极易破囊导致手术失败。因此，本试验采用疏水性丙烯酸酯，这种材料相对较硬，支撑力好，做成双L形襻这种简单结构即可满足人工晶体的支撑需求[31]。角度前倾1.5°的双L形襻，可使襻形成稳固的三点式结构，提高人工晶体的囊袋稳定性，且该襻形可随受力而变形，具有良好的囊袋适应性；后发障是人工晶体的最常见问题，大量文献证明，锐利的方形边缘可阻止晶状体上皮细胞移行，降低后发障几率[32]。本试验制备的人工晶体采用了明显后凸的设计，更符合鸽眼晶状体的自然形态，可使光学部紧密贴附后囊，理论上有助于减少术后晶状体上皮细胞移行及后囊混浊，获得更优秀的光学质量。

综上所述，本试验测量了正常鸽眼晶状体的赤道部直径、前后极轴长和屈光力，设计并制备出一款鸽眼专用的折叠型人工晶体，以期应用于临床实践。