近视儿童角膜生物力学参数与角膜高阶像差的相关性研究

高智奇，刘珠珠，刘桂华，荣 华，李 娜，魏瑞华，粘 红

作者单位：(300384)中国天津市，天津医科大学眼科医院 眼视光学院 眼科研究所 国家眼耳鼻喉疾病临床医学研究中心天津市分中心 天津市视网膜功能与疾病重点实验室

0引言

波前像差是近几年眼科领域的研究热点，其作为客观评价视觉质量的一种方法受到越来越多的关注。波前像差可分为低阶像差和高阶像差(high-order aberrations, HOAs)，低阶像差包括近视、远视和散光可以通过配戴框架眼镜、角膜接触镜或常规屈光手术得到矫正，而高阶像差的矫正手段仍然有限。有研究表明高阶像差引起的视觉质量下降可能是儿童近视发生发展的影响因素[1-2]。角膜生物力学特性与角膜形态密切相关[3]，而角膜形态如中央角膜厚度(corneal central thickness, CCT)[4]、角膜非球面系数(Q值)或者角膜曲率[5]的变化还会引起角膜高阶像差的改变从而影响眼的成像质量，提示我们角膜高阶像差可能与生物力学特性有关。以往关于高阶像差的研究主要集中在成年人群，目前鲜见国内外关于儿童近视眼角膜生物力学参数与高阶像差之间关系的报道。本研究对儿童近视眼角膜生物力学参数和高阶像差的关系进行探讨。

1对象和方法

1.1对象横断面研究。选取2021-04/07在天津医科大学眼科医院就诊的儿童近视患者255例。纳入标准：(1)年龄8～15岁；(2)眼压<21mmHg(1kPa=7.5mmHg)；(3)-5.50D≤等效球镜度(SE)≤-0.75D，散光≤1.50D，最佳矫正视力≥1.0；(4)无角膜接触镜配戴史；(5)为避免双眼发育相关性的影响,只取右眼数据进行分析。排除标准：(1)眼部存在角膜病、干眼、过敏性眼病、葡萄膜炎、视网膜疾病等眼病者；(2)有眼部手术史或全身性疾病者。本研究遵循《赫尔辛基宣言》，所有患者及其监护人知情同意并签署知情同意书。

1.2方法

1.2.1一般检查入选患眼均行裸眼视力、最佳矫正视力、裂隙灯眼前节检查、直接镜眼底检查、Lenstar 900生物测量仪测量眼轴长度(AL)、眼压等检查。

1.2.2角膜高阶像差检查采用Pentacam三维眼前节分析仪测量角膜高阶像差。该仪器采用基于Scheimpflug原理的360°旋转扫描技术，在2s内从25000个不同的高程点获取数据，生成眼前节三维虚拟模型，通过系统自带程序将实际角膜与理想的非球面角膜进行高度对比来计算角膜像差，并以Zernike多项式均方根值(root mean square, RMS)的形式来表达。选择质量参数显示为“OK”的3次结果，取其平均值进行分析并计算以角膜顶点为中心6mm直径范围内的角膜总高阶像差(RMSh)、三阶像差(RMS3)、四阶像差(RMS4)。

1.2.3角膜生物力学检查由同一位经验丰富的医师应用Corvis ST对角膜生物力学参数进行测量，取质量参数显示为“OK”的结果进行计算和分析。Corvis ST可实时动态记录角膜受压形变的全过程(图1)并通过分析获得反映角膜生物力学特性的一系列参数，包括第1次压平时间(the first applanation time,A1T)和速度(the first applanation velocity,A1V)、第2次压平时间(the second applanation time,A2T)和速度(the second applanation velocity,A2V)、最大压陷时反向曲率半径(highest concavity radius,HCR)、最大压陷时峰距(peak distance,PD)、最大压陷时的变形幅度(deformation amplitude,DA)以及CCT和非接触式眼压(IOPnct)。

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

2结果

2.1纳入患者基本资料本研究共纳入255例近视儿童(均取右眼资料进行分析)，其中男122例，女133例；年龄8～15(平均11±1.86)岁；SE为-5.50D≤SE≤-0.75(平均-2.57±1.14)D；AL为22.62～26.99(平均24.56±0.79)mm，平均角膜曲率(Km)为40.35～46.80(平均43.33±1.27)D。

2.2角膜生物力学参数Corvis ST测量的患者角膜生物力学参数结果见表1。SE与A2V和HCR均呈正相关(r=0.153，P=0.014；r=0.151，P=0.016)。

表1 Corvis ST测量的患者角膜生物力学参数

2.3角膜高阶像差与生物力学参数和SE及AL的相关性儿童近视眼角膜高阶像差Zernike RMS值分别为：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。对可能影响角膜高阶像差的因素生物力学参数、SE、AL进行单因素线性分析：RMS3与A2T正相关，与A1V、DA、PD、AL负相关(均P<0.05)；RMS4与HCR负相关(P=0.009)；RMSh与A1V、A2T、PD、HCR、AL负相关(均P<0.05)，见表2。

表2 角膜高阶像差与生物力学参数和SE及AL的相关性

2.4角膜高阶像差影响因素的多因素线性回归分析将表2分析时P<0.05的自变量及Km纳入多因素线性回归分析，采用逐步回归法筛选变量，见表3。分析RMS3时将A2T和AL引入回归模型，回归方程为RMS3=2.252+0.072A2T-0.03AL(F=3.123，P=0.009)，即RMS3与A2T呈正相关关系(P=0.026)，与AL呈负相关关系(P=0.006)；分析RMSh时将HCR和AL引入回归模型，回归方程为RMSh=1.989-0.021HCR-0.028AL(F=4.824，P=0.001)，即RMSh与HCR(P=0.011)、AL(P=0.007)呈负相关关系。

表3 影响角膜高阶像差的多因素线性回归分析

3讨论

高阶像差可能是近视的发生发展因素之一，同时随着角膜塑形术和屈光手术的迅速发展，使得高阶像差成为眼科研究的热点。角膜作为人眼最主要的屈光介质，是高阶像差的主要来源[6]，角膜形状的改变会引起像差的变化，而角膜的生物力学性质是决定角膜能否维持正常形态的关键因素[3]。在一项成人的研究中发现，角膜生物力学特性与屈光手术后的角膜高阶像差具有相关性，术前测量角膜生物力学参数对筛选患者和优化术后视觉质量具有重要意义[7]。目前国内外鲜见关于儿童近视眼角膜高阶像差与生物力学参数之间关系的报道，故本研究利用Pentacam和Corvis ST对儿童近视眼角膜高阶像差与生物力学参数的相关性进行探讨。

在角膜高阶像差中，三阶和四阶像差占比最大[8]，本研究分析了RMS3、RMS4及RMSh与角膜生物力学参数、SE及AL的关系，结果显示，角膜RMS3与A2T正相关，RMS4、RMSh与HCR均呈负相关。Xu等[9]测量了角膜硬度与Corvis ST参数之间的关系，结果显示，角膜的硬度与A2T呈负相关，与HCR呈正相关，即角膜硬度越大，A2T越小，HCR越大，结合本研究结果可知，随着角膜硬度增大，RMS3、RMS4及RMSh均降低，即较硬的角膜趋向于拥有更小的高阶像差。这可能是由于较硬的角膜对角膜曲率的增大产生抑制效果导致的。

既往研究表明，高阶像差与角膜曲率密切相关，李晓晶等[10]的研究表明以角膜顶点为中心直径4、6mm区域内的角膜最平坦处曲率(K1)、最陡峭处曲率(K2)与前表面、后表面及全角膜总高阶像差RMS均呈正相关，Zhang等[11]和Zeng等[5]的研究也表明角膜总高阶像差RMS随角膜曲率的增大而明显增加，而有研究表明，角膜的曲率与角膜的硬度呈负相关关系，王丹等[12]对单纯近视患者进行Corvis ST的测量，发现Km(平均角膜曲率)与A2L、HCR均呈负相关，Nemeth等[13]和Zhang等[14]对成年人群近视眼的角膜生物力学特性与角膜前表面曲率、前房深度等眼前节参数进行相关性分析，结果发现陡峭的角膜拥有较低的角膜硬度，以上研究均表明硬度较高、抗变形能力强的角膜拥有更小的角膜曲率。

综上，我们推测角膜硬度越高、抗变形能力越强，角膜的曲率更小，从而导致RMS3、RMS4、RMSh越小。张耀花等[15]在SE为-9.25～-1.13D的成人单纯近视患者中的研究显示，第1次压平长度(A1L)与角膜前表面、后表面、全角膜的总高阶像差RMS均呈负相关，即角膜的硬度较高、抗变形能力较强时，角膜前表面、后表面、全角膜的总高阶像差RMS较小，这与本研究的结果一致。有研究认为高阶像差引起的视觉质量下降影响近视的发生、发展，角膜生物力学参数与高阶像差存在相关性[1]，因此，角膜生物力学特性在近视进展中可能也发挥了一定作用[16]。

本研究发现AL越长，RMS3、RMSh越小，这与之前的研究结论基本一致，Shimozono等[17]和Zhang等[14]的研究结果均证实随着AL的增长总高阶像差和球差均显著减小。多项研究均表明角膜随着眼轴的增长而变得平坦[18-19]，Lee等[20]也发现高度近视眼的角膜曲率明显下降，因此，眼轴增长可能会导致角膜曲率代偿性变小，进而引起角膜高阶像差的减少。

本研究同时分析了SE与角膜生物力学参数之间的相关性，结果显示SE与A2V和HCT均呈正相关，即提示较高度数近视儿童的角膜硬度较低，在外力作用下更容易发生形变，这与之前的研究结果一致，He等[21]和Tubtimthong等[22]在成人及儿童人群中均发现较高度数的近视患者拥有较低的角膜硬度。本研究未发现SE与角膜高阶像差之间具有相关性，以往关于SE与高阶像差的相关性研究也尚无统一结论，席雷等[23]和Wang等[24]对轻中度近视患者的研究表明角膜高阶像差与SE无相关关系，也有研究发现高屈光度近视患者角膜高阶像差更大[25-26]。

研究结果的差异可能与患者年龄、角膜曲率及所研究的样本量等的差异有关。

本研究未发现眼压及CCT与角膜高阶像差具有相关性，以往对于角膜高阶像差与CCT及眼压之间相关性的研究结论也并不一致[4, 27]，需要进一步研究。

综上所述，近视儿童角膜生物力学参数与角膜高阶像差间存在相关性，硬度较高、抗变形能力较强的角膜，RMS3、RMS4、RMSh较小。目前关于角膜生物力学特性与高阶像差相关性的研究还比较少，本研究结论可为预防和控制近视的个性化方法选择及屈光手术的合理设计、疗效的预测等提供参考和方向。