眼球生物测量的应用进展

眼球生物测量的应用进展 临鑫匿学2011年4月第l8卷第4期 眼球生物测量的应用进展 宋文晓.卢广文 (南方医科大学生物医学工程系,广东广州510515) ? 629? ? 综述? 【摘要】眼球的生物测量就是应用各种相关的检查方法对眼球结构参数进行测量, 为眼部疾病的诊断和治疗提供依据.在现 代白内障手术中关于眼球的生物测量应用更多,尤其是在要更换人工晶状体的手 术中.选择合适度数的人工晶体获得预期的术后 屈光状态成为关注的热点.影响人工晶体度数测量的主要因素有眼球的生物测量 和人工晶状体度数的计算公式.根据患者的不同 情况选择人工晶体计算公式以及眼球的生物测量仪器以达到预期的手术效果,这 是临床工作者需要努力与前进的方向 【关键词】人工晶状体度数;生物测量;IOL—Master 中图分类号:R318.6;R77文献标识码:Bdoi:10.3936/j.issn.1674--4659.2011.04.0629 AppficafionProgressoftheBiologicalMeasurementsofOcular SONGWenxiao,LUGuangwen (DepartmentofBwmedwdEngineering,SouthernMedwdUnwe~ity,Guangzhou510515, China) 【Abstract]Thebiologicalmeasurementofeyeistheapplicationofmanyrelevantinspection methodsforstructuralparametersmea- surements.Thepurposeistosupplyevidenceforthediagnosisandtreatmentoftheoculardise ases.Inmodemcataractsurgery,thebiologi- calmeasurementsareusuallyused,especiallyinthesurgeryofreplacingartificiallens.Selecti ngtheappropriatedegreeofartificialcrystalof postoperativerefractionexpectedbecomesthefocus.Therearetwofactorswhichinfluencet heartificialcrystaldegree,oneisthebiological measurementoftheocular,andtheotheriscalculationformula.Theachievementofexpected surgicaloutcomedependsontheselectionof artificialcrystalcalculationformulaandbiologicalmeasuringinstrumentaccordingtothedif ferentsituationsofpatients;itishardforclinical workerstocomeintothedirection. 【Keywords】Artificiallensdegrees;Biologicalmeasurements;IOL-Master 1引言 随着白内障超声乳化吸除联合人工晶状体植入术的广泛开 展,白内障手术已逐渐由复明手术发展成为一种屈光手术E1]. 人工晶状体度数的准确计算成为影响术后效果的重要因素.对 于人工晶状体度数的准确计算包括两个方面.一个是眼球的生 物测量的准确性,一个是人工晶状体计算公式的准确选取.眼 球的生物测量就是应用各种相关的检查方法对眼球结构参数进 行测量,如角膜厚度,前房深度,晶状体厚度,玻璃体腔长度 以及眼球的轴长,眼外肌厚度,视神经直径,眶骨膜的厚度 等.为眼部疾病的诊断和治疗提供依据.而在人工晶状体植入 术中,需要用到的参数一般有角膜厚度,前房深度,晶状体厚 度以及眼球的轴长等.眼轴生物测量技术已经从超声原理发展 到部分相关干涉原理,测量的准确性得到了明显提高.人工晶 体度数的计算公式从上世纪7O年代中期开始发展,至今已经 经历了四代.临床工作者需要根据病患的特殊情况来选择不同 的人工晶状体度数计算公式,以使病患达到最佳的屈光状态. 收稿日期:2010—12—28修回日期:2011-03—17 作者简介:宋文晓(1987一),女,山东泰安人,在读硕士研究生,研 究方向:大型医疗设备检测与维修. 通讯作者:卢广文(1962一),男,辽宁人,教授,硕士研究生导师, 南方医科大学生物医学工程系主任. 只有综合这两方面的因素考虑,才能使患者获得一个良好的视 力. 2眼轴长度测量 眼轴长度一般是指从角膜前缘正中点至眼球后壁神经颞侧 缘或从角膜正中点至眼球后的最远距离.它的正常测量值为23 , 24IBm.目前最主要的测量方法是超声法和光学法. 2.1超声法 超声法是利用超声波来测得眼球组织各个部分的厚度,其 测量原理是将超声波从人眼的角膜顶点处垂直入射,眼球内部 各组织的密度不同,当超声波遇到组织界面时就会在界面发 生反射.在眼球中,这些界面是指角膜,晶状体前后面以及 视网膜底.反射波沿界面的法线方向传播,形成4个反射峰. 由于各个组织密度不同,超声波在其中的速度也不一样,根据 超声波在不同组织内的速度,我们便可以计算出不同组织的长 度,包括晶状体厚度,玻璃体长度,前房厚度等E2].为使测量 结果准确,超声设备根据眼轴的特性,设定了一个回声强度阈 值,未达到该阈值的回声不予计算.阈值设定的依据是医学统 计数据关于前房深度,晶状体厚度,玻璃体长度的合理范围. 并排除了其他外界因素的干扰[. A型超声具有轴向分辨力好的特点,根据不同组织声阻抗 差的不同,A型超声所表现出不同的波形,这些波形实际上所 ? 630? 探测组织界面回声的反应,它们按照回声返回探头的时间顺序 依次排列.水平轴代表时间,垂直轴代表回声的强弱.在转换 成组织深度的时候.选择声波在不同组织中的最适声速,根据 公式"距离:速度X时间"获得相关组织的生物测量值. 2.2光学法 目前光学法大部分是利用激光干涉生物测量技术来完成测 量的.应用这一技术完成测量的主要的仪器有OCT,IOL—Mas— ter等.据相关文献报道,1986年Fercherl4_首先将光学相干 断层扫描仪(Opticalcoherencetopography,OCT)逐渐应用于 临床.1999年Haigis等[53应用PCI技术并经过改良,研制出 光学相干生物测量仪(Opticalcoherencebiometry,IOL—Master, ZeissHumphreySystems).这是目前国际上第一个非接触式人 工晶状体生物测量仪. 光学相干断层扫描(OCT)可用于眼后段结构的活体上查 看,轴向断层以及测量,其轴向分辨力取决于光源的相干特 性,可达10/zm,具有良好的应用前景嘲.它的基本原理是将 光源发出的光线分为两束.一束经过眼的屈光介质射向视网 膜.另一束到参照反光镜,然后把从组织和反光镜反射回来的 两束光信号叠加.当两束光信号的长度一致时,就会发生干 涉.从组织中反射回来的光信号随组织的形状变化而显示不同 强弱,该信号与从反光镜反射回来的参考光信号叠加,光波定 点一致时信号增强,光波定点方向相反时信号减弱.通过改 变反光镜的位置,可以改变一束光的长度,从而得到不同深度 的组织信号.这些光信号经过计算机处理后便可得到组织断层 图像. 光学相干生物测量(IOL—Master)技术是最近几年新兴的 一 种技术,它利用激光干涉的原理,为临床提供了一种新的测 量眼球的手段.光学相干生物测量是基于部分干涉测量的原 理.将由半导体激光发出的一束短相干长度的红外光线(波长 780rim)分成两束.这两束光同时分别经过不同的光学路径入 射到眼球上.当这两束光线路径距离的差值小于相干长度时, 另一端的光学感受器就能测出干涉信号,这时根据干涉仪内反 射镜的位置测出的距离即是角膜到视网膜的光学路径_8_.这在 原理上与A超相似,但具有更高的分辨率与精确度.IOL—Mas— ter运用光学原理测量眼轴长度,具有很多功能,它可以同时测 量眼轴长度,角膜曲率,前房厚度,水平角膜直径,然后根据 这些测量值及公式计算人工晶状体度数.在很多文献中都有报 道,光学相干生物测量仪测量的眼轴长度是从角膜上皮层到视 网膜色素上皮层的光学路径.而超声波生物测量的眼轴长度是 角膜顶点到视网膜内界膜的距离,因此IOL—Master的值将会比 超声生物测量的值要大一些l9].然而仪器的制造商已经将这一 差异修正,由于IOL—Master的分辨率更高,因此测量结果更为 准确. 2.3两种方法比较 IOL,Master是新研制的眼球生物测量工具,在国内尚未广 泛用于临床.传统测量眼轴的方法仍然是超声生物测量,也称 为眼轴长度测量的金标准.两者比较起来,IOL—Master的优点 在于它是非接触式检查ll0],避免了对角膜的损伤.而且缩短 了准备和检查时间,提高了检查效率,同时由于光速比声速大 临京医学工程2011年4月第18卷第4期 很多.且不易受影响.因此在一些特殊眼中就显出了它的优 势.它所测量的眼轴长度精确度比传统A超的精确性更高[11]. 当然,IOL—Master也有它不足的地方,IOL—Master的测量要求 患者能够注视视野中的一点并保持几秒钟,对于那些屈光介质 浑浊,注视功能差等患者都无法测量,对于这类患者,则需要 借助A超来完成测量12].因此,IOL—Master还不能完全取代 A超,只有二者相互协助才能更好地服务患者. 3角膜曲率测量 角膜作为眼屈光间质最重要的部分,占到全眼球屈光力的 70%左右.角膜曲率准确的测量显得尤为重要,其测量技术也 在不断的发展_13].目前主要的方法有自动式,手动式角膜曲 率计,Placido盘和角膜地形图. 角膜地形仪是利用角膜反射性质来测量其曲率半径的.在 角膜前一特定位置放置一个特定大小的物体.该物经角膜反射 后成像,测量出此像的大小,便可算出角膜的曲率半径_l4]. 大部分角膜地形仪都是根据光学定律中的镜面反射原理来进行 设计的. 为了获取角膜地形的全面信息,临床上开始使用Orbscan 角膜地形图系统,该系统利用光学扫描装置,可获取角膜前表 面屈光力地形图及全角膜厚度图等.同时,还可以检测前房的 深度,晶体的厚度.它采用裂隙光带扫描的原理进行测量.能 采集眼球的多个表面(如角膜前,后表面,虹膜前表面,晶状 体前表面等)的信息数据,将这些数据输入计算机系统,通过 相关软件的计算便可得到角膜前后表面的曲率半径,角膜厚 度,晶状体厚度,前房深度,晶状体前表面曲率半径,眼轴长 度等需要的数据.在一次检查过程中,高速视频相机可连续拍 摄40张裂隙照片,每条裂隙上至少包含有240个信息点_l5]. 因此,在每个表面上有多达7000,9000多个信息点可供分 析,这就充分保证了测量结果的精确性.Orbscan?系统具有简 便,快捷,安全,无创等优点,是一种全新的眼球生物测量仪 器,但该系统对于眼轴测量的准确性不是很理想,其所测得的 数值一般比眼轴实际测量值大,因此它的准确性还有待于提 高. 4人工晶状体度数的计算公式 白内障手术时,植人人工晶体的目的是矫正去除晶体后的 无晶体状态.手术前通过准确的生物测量,并结合患者的实际 工作和生活需要,选择合适度数的人工晶体,手术后才能达到 或接近患者手术前希望的屈光状态,甚至可以通过人工晶体矫 正手术前原有的屈光状态.因此术前人工晶状体度数的计算就 关乎到手术的成败. 到目前为止,人工晶状体度数计算的公式有四代.第一代 原始理论公式,常见的有回归公式SRK,它运用理想模型和理 论化常数,其临床结果令人不满意;第二代修正公式SRK—II, 公式形式简洁,在正常眼轴中精确度相对较高,但据很多学者 报道,在长眼轴及短眼轴患者中的误差仍然较大_16]:第三, 四代公式更为复杂.包括SRK/T_17],Holladay,HofferQ及近 期的Haigisl18]和Holladay2.这两代公式普遍增加了一个术后 临麻医学工程2011年4月第18卷第4期 前房深度预测公式,以期提高人工晶体度数的精确性.国外很 多眼科医生大部分采用第三代公式,而国内使用最多的还是 SRK—II.当然,人工晶体度数计算的公式也可以分为理论公 式和经验公式两种.理论公式是基于模型眼,根据几何光学原 理由高斯公式推导而出.计算公式十分复杂l9].如Binkhorst 公式,Olsen公式,Holladay公式及SRK/T公式等.经验公式 是由大量白内障术后眼的实际测量值[20].经多元回归分析得 出,运算简便,准确性较高,以SRK一?公式应用最为普遍. 这两大类型人工晶状体计算公式之间的差别主要在于对术后人 工晶状体位置的估计是通过理论计算还是通过经验回归l21]. 本研究中SRK—II公式为经验公式,其他公式均为理论公式. 在姜燕[221,戴锦晖陶等人的研究中发现,各种人工晶状体计 算公式在正常眼轴眼和短眼轴眼中准确性较高.而在长眼轴眼 中误差明显增大.目前SRK一?公式被临床广泛应用,公式简 洁.准确性相对较高.有研究表明[241,对眼轴大于26mm的 轴性高度近视患者,SRK/T公式较为准确;而对于高度远视患 者来说,HofferQ则更为精确.在正常眼中,这几种公式的计 算结果无显着差异,但是在非正常眼中差异很大.因此,探索 更准确的人工晶状体计算公式十分重要. 5结语 随着白内障手术技术的提高.白内障超声乳化技术的开展 以及激光乳化技术的临床应用,白内障手术切口不断减小,手 术后视功能的恢复较快,新型人工晶体不断得以开发.国外对 人工晶状体的研制相当活跃,注入式人工晶状体,光可调节人 工晶状体,超薄型人工晶状体,引入波前像差技术的新一代人 工晶状体都正在研究之中.相信不久的将来,我们能够使用上 更安全,功能更接近人眼晶状体的人工晶状体.角膜屈光力检 测仪器与A型超声波的改进使测量结果更为准确,IOL—Master 是最新开发的应用光学原理测量眼轴的仪器,可将眼轴的测量 误差降低.精确度也有了一定的提高,可精确到0.01mm;人 工晶体屈光力计算公式的改进,减少了计算误差,第四代人工 晶体计算公式Holladay2与Haigis公式的计算误差均较低,各 种计算公式被编写为计算机软件,简化了计算过程,减少了计 算误差的发生.基于上述改进,目前白内障手术正在由复明性 手术向屈光性手术转变. 参考文献 [1]李兴育,赵云娥,王勤美.IOLMaster测量眼人工晶状体计算公式准 确性比较[J].临床眼科杂志,2008,16(5):389-392. 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