近视患者角膜生物力学参数与像差的相关性分析

苏哲; 卢艳; 袁青; 潘雪; 刘鹏飞

doi:10.7619/jcmp.20234001

近视患者角膜生物力学参数与像差的相关性分析

苏哲¹,
卢艳^1, ,,
袁青¹,
潘雪¹,
刘鹏飞²

1.
首都医科大学附属北京世纪坛医院眼科, 北京, 100038
2.
首都医科大学附属北京世纪坛医院麻醉科, 北京, 100038

基金项目:

中华少年儿童慈善救助基金会益缘公益项目 2022-B03

详细信息

通讯作者:
卢艳, E-mail: Louiselu1964@163.com

中图分类号: R778;R775;R319
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出版历程
- 收稿日期: 2023-12-10
- 修回日期: 2024-02-26
- 网络出版日期: 2024-04-01
- 刊出日期: 2024-03-27

Correlation between corneal biomechanical parameters and aberrations in patients with myopia

1.
Department of Ophthalmology, Beijing Millennium Temple Hospital Affiliated to Capital Medical University, Beijing, 100038
2.
Department of Anesthesiology, Beijing Millennium Temple Hospital Affiliated to Capital Medical University, Beijing, 100038

摘要

摘要:
目的
探讨近视患者角膜生物力学参数与全眼像差、角膜前表面像差的相关性。
方法
选取95例(190眼)近视患者作为研究对象, 测量全眼像差、角膜前表面像差，记录总像差均方根(RMS)、总高阶像差均方根(RMSh)，测量角膜生物力学参数[中央角膜厚度(CCT)、眼内压(IOP)、校正Goldman眼压(IOPg)、角膜补偿眼压(IOPcc)、角膜黏滞阻力(CH)、角膜阻力因子(CRF)]。比较不同近视程度患者的角膜生物力学参数和总RMS、总RMSh, 采用Pearson相关分析法分析角膜生物力学参数与全眼、角膜前表面高阶像差(彗差、球差)的相关性。
结果
95例患者左眼、右眼的角膜前表面像差(总RMS、总RMSh)均大于全眼像差，差异有统计学意义(P < 0.05); 高度近视患者全眼、角膜前表面的总RMS均高于中度、低度近视患者，且中度近视患者高于低度近视患者，差异有统计学意义(P < 0.05)。相关性分析结果显示, IOP与低度、中度近视患者的全眼和角膜前表面球差均呈强正相关(P < 0.01), 与高度近视患者的全眼球差呈强正相关(P < 0.01); IOPg与低度、中度、高度近视患者的全眼球差均呈强正相关(P < 0.01), 与中度近视患者的角膜前表面球差呈强正相关(P < 0.01); IOPcc与低度、中度近视患者的全眼球差呈正相关(P < 0.05); CRF、CH均分别与低度、中度近视患者的全眼和角膜前表面球差呈正相关(P < 0.05), 与高度近视患者的全眼球差呈正相关(P < 0.05)。
结论
近视患者的全眼像差通常小于角膜前表面像差, IOP、IOPg、IOPcc均与全眼球差存在相关性，且低度近视患者角膜生物力学参数与高阶像差的相关性强于中度、高度近视患者。
- 近视 /
- 角膜生物力学 /
- 像差 /
- 眼压 /
- 球差
Abstract:
Objective
To investigate the correlation of corneal biomechanical parameters with ocular aberrations as well as corneal anterior surface aberrations in patients with myopia.
Methods
A total of 95 patients (190 eyes) with myopia were selected as study subjects. Ocular aberrations and corneal anterior surface aberrations were measured, and the total root mean square (RMS) and root mean square of high order aberration(RMSh) were recorded. Corneal biomechanical parameters, including central corneal thickness (CCT), intraocular pressure (IOP), Goldmann-correlated IOP (IOPg), corneal-compensated intraocular pressure (IOPcc), corneal hysteresis (CH), and corneal resistance factor (CRF) were also measured. The corneal biomechanical parameters, total RMS, and total RMSh were compared among patients with different degrees of myopia. Pearson correlation analysis was used to assess the correlations of corneal biomechanical parameters with ocular and corneal anterior surface high-order aberrations (coma and spherical aberration).
Results
The corneal anterior surface aberrations (total RMS and total RMSh) in both left and right eyes of the 95 patients were greater than the ocular aberrations(P < 0.05). The total RMS of both the ocular and corneal anterior surfaces was higher in patients with high myopia compared to those with moderate and low myopia, and was also higher in patients with moderate myopia compared to those with low myopia (P < 0.05). Correlation analysis revealed there were strong positive correlations of IOP with the spherical aberration of both the ocular and corneal anterior surfaces in patients with low and moderate myopia (P < 0.01), as well as a strong positive correlation between IOP and the ocular aberrations in patients with high myopia(P < 0.01). IOPg showed strong positive correlations with the ocular aberrations in patients with low, moderate, and high myopia (P < 0.01), as well as a strong positive correlation with the corneal anterior surface spherical aberration in patients with moderate myopia (P < 0.01). IOPcc was positively correlated with the ocular aberrations in patients with low and moderate myopia (P < 0.05). CRF and CH were positively separately correlated with the spherical aberration of both the ocular and corneal anterior surfaces in patients with low and moderate myopia (P < 0.05), and positively correlated with the ocular aberrations in patients with high myopia (P < 0.05).
Conclusion
The ocular aberrations in patients with myopia are typically smaller than the corneal anterior surface aberrations. IOP, IOPg, and IOPcc are all correlated with ocular aberrations, and the correlation between corneal biomechanical parameters and high-order aberrations is stronger in patients with low myopia compared to those with moderate and high myopia.
- myopia /
- corneal biomechanics /
- aberrations /
- intraocular pressure /
- spherical aberration

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近视是一种屈光不正的状态，会引起巩膜组织重塑造成弹性下降，严重时还可能诱发青光眼、脉络膜视网膜病变等^[1]。研究^[2]发现，角膜的生物力学特性与角膜结构、角膜疾病发展存在密切关联，或将成为未来角膜疾病治疗的新切入点。波前像差是近年来眼科领域的研究热点，对视觉质量的客观评价具有重要意义。波前像差可分为低阶像差(近视、远视和散光)和高阶像差，其中高阶像差引起的视觉质量下降可能也是造成近视的因素之一^[3]。研究^[4]表明，角膜形态如中央角膜厚度(CCT)、角膜非球面系数或角膜曲率的变化往往可能引起角膜高阶像差的改变，提示角膜高阶像差与角膜的生物力学特性可能存在一定关系。本研究探讨95例近视患者的角膜生物力学参数与像差的相关性，现报告如下。

1. 资料与方法

1.1 一般资料

选取2020年5月—2023年5月于首都医科大学附属北京世纪坛医院进行验光等眼科检查的95例(190眼)近视患者作为研究对象，其中男51例(102眼)、女44例(88眼)，年龄22~39岁，平均(27.43±4.22)岁。根据右眼等效球镜度, 95例患者分为低度近视(-1.25~-2.75 D)16例、中度近视(-3.00~-5.75 D)47例、高度近视(-6.00~-10.50 D)32例。纳入标准: ①最佳矫正视力≥1.0者; ②软性或硬性角膜接触镜停戴至少2周或4周者; ③停用激素至少2个月者; ④年龄>18岁者。排除标准: ①伴明显干眼症状及眼部活动性炎症者; ②有眼部外伤史和手术史者; ③病理性近视者; ④伴弱视、角膜变性、眼球萎缩等其他眼部疾病者。本研究获得医院伦理委员会审核批准(编号2023-KY-0047-001), 且所有患者对研究知情并签署知情同意书。

1.2 方法

① 使用iTrace波前像差仪(科林仪器股份有限公司)测量全眼像差和角膜前表面像差，该仪器配有先进的边缘探测软件，通过EyeSys Vista Placido图像获得的角膜地形数据测量角膜前表面像差，用Zernike多项式的均方根表示(单位μm), 包括总像差均方根(RMS)、总高阶像差均方根(RMSh)。高阶像差主要分析彗差(三阶, C7和C8)和球差(四阶, C12)。采集角膜中央区4.0、5.0、6.0 mm直径下的像差数据，像差表达方式采用自带软件生成的Zernike系数，测3次取平均值。② CCT测量: 使用0.5%普鲁卡因进行角膜表面麻醉，使用蔡司光相干断层扫描仪(德国)测量CCT, 双眼均测10次取平均值。③眼内压(IOP)测量: 使用非接触眼压计(佳能，日本)进行测量，自动对焦，当角膜反光点对焦动作完成后会自动喷出一股气体脉冲进行眼压测量，于上午8—10点测3次取平均值。④采用眼反应分析仪测量校正Goldman眼压(IOPg)、角膜补偿眼压(IOPcc)、角膜黏滞阻力(CH)、角膜阻力因子(CRF), 测3次取平均值。所有检查均在相同条件下由同一人操作。

1.3 统计学分析

采用SPSS 26.0软件对数据进行统计学分析，计量资料服均从正态分布，用(x±s)表示，多组比较采用方差分析，进一步两两比较采取LSD-t检验，相关性分析采用Pearson相关分析法, P < 0.05为差异有统计学意义。

2. 结果

2.1 全眼像差、角膜前表面像差比较

95例患者左眼、右眼的角膜前表面像差(总RMS、总RMSh)均大于全眼像差，差异有统计学意义(P < 0.05)。见表 1。

表 1 95例患者左眼和右眼的全眼像差、角膜前表面像差比较(x±s) μm

项目	左眼(n=95)		右眼(n=95)
项目	总RMS	总RMSh	总RMS	总RMSh
全眼像差	0.82±0.22	0.30±0.08	0.78±0.19	0.32±0.09
角膜前表面像差	1.34±0.32^*	0.57±0.13^*	1.31±0.30^*	0.59±0.15^*
RMS: 像差均方根; RMSh: 高阶像差均方根。与全眼像差比较, * P < 0.05。

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2.2 不同近视程度患者的右眼像差比较

不同近视程度患者右眼全眼、角膜前表面的总RMSh比较，差异无统计学意义(P>0.05); 不同近视程度患者右眼全眼、角膜前表面的总RMS比较，差异有统计学意义(P < 0.05), 进一步两两比较，高度近视患者全眼、角膜前表面的总RMS均高于中度近视、低度近视患者，且中度近视患者高于低度近视患者，差异有统计学意义(P < 0.05), 见表 2。

表 2 不同近视程度患者右眼全眼、角膜前表面像差比较(x±s) μm

患者类别	n	全眼		角膜前表面
患者类别	n	总RMS	总RMSh	总RMS	总RMSh
低度近视患者	16	0.54±0.15	0.32±0.07	0.98±0.25	0.56±0.11
中度近视患者	47	0.66±0.18^*	0.31±0.05	1.27±0.33^*	0.58±0.09
高度近视患者	32	0.93±0.21^*#	0.29±0.04	1.56±0.38^*#	0.62±0.12
F		30.060	2.313	16.815	2.202
P		< 0.001	0.105	< 0.001	0.116
与低度近视患者比较, * P < 0.05; 与中度近视患者比较, #P < 0.05。

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2.3 不同近视程度患者右眼角膜生物力学参数比较

不同近视程度患者右眼的CCT、IOP、IOPg、IOPcc、CH、CRF比较，差异无统计学意义(P>0.05), 见表 3。

表 3 不同近视程度患者右眼CCT、IOPg、IOPcc、CH、CRF比较(x±s)

患者类别	n	CCT/μm	IOP/mmHg	IOPg/mmHg	IOPcc/mmHg	CH	CRF
低度近视患者	16	545.87±28.94	15.92±3.63	15.72±3.52	15.78±3.26	10.80±1.83	10.83±1.94
中度近视患者	47	541.17±26.53	15.51±3.24	15.25±3.19	15.11±3.08	10.73±1.77	10.58±1.67
高度近视患者	32	542.55±30.02	15.46±3.30	16.03±3.01	15.78±3.15	10.26±1.59	10.33±1.55
F		0.167	0.113	0.585	0.543	0.862	0.502
P		0.847	0.893	0.559	0.583	0.426	0.607
CCT: 中央角膜厚度; IOP: 眼内压; IOPg: 校正Goldman眼压; IOPcc: 角膜补偿眼压; CH: 角膜黏滞阻力; CRF: 角膜阻力因子。

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2.4 右眼角膜生物力学参数与高阶像差(彗差、球差)的相关性分析

相关性分析结果显示，不同近视程度患者右眼CCT与全眼和角膜前表面的彗差、球差均无相关性(P>0.05); IOP与低度、中度近视患者的全眼和角膜前表面球差呈强正相关(P < 0.01), 与高度近视患者的全眼球差呈强正相关(P < 0.01); IOPg与低度、中度、高度近视患者的全眼球差均呈强正相关(P < 0.01), 与中度近视患者的角膜前表面球差呈强正相关(P < 0.01); IOPcc与低度、中度近视患者的全眼球差呈正相关(P < 0.05); CRF、CH均分别与低度、中度近视患者的全眼和角膜前表面球差呈正相关(P < 0.05), 与高度近视患者的全眼球差呈正相关(P < 0.05), 见表 4。

表 4 不同近视程度患者右眼角膜生物力学参数与高阶像差(彗差、球差)的相关性分析

角膜生物力学参数	低度近视患者(n=16)				中度近视患者(n=47)				高度近视患者(n=32)
角膜生物力学参数	A_彗差	A_球差	C_彗差	C_球差	A_彗差	A_球差	C_彗差	C_球差	A_彗差	A_球差	C_彗差	C_球差
CCT	0.102	0.064	0.135	-0.015	0.141	0.182	0.037	0.080	0.089	-0.028	0.114	-0.041
IOP	0.071	0.637^**	0.142	0.497^**	0.050	0.349^**	-0.008	0.365^**	0.104	0.375^**	0.029	-0.038
IOPg	-0.166	0.587^**	-0.094	0.142	0.098	0.443^**	0.115	0.320^**	-0.022	0.396^**	0.094	0.067
IOPcc	-0.071	0.390^*	-0.163	0.116	0.105	0.321^*	0.073	0.187	0.144	0.102	-0.102	-0.048
CRF	0.344	0.493^*	0.218	0.492^*	0.088	0.445^*	0.117	0.281^*	0.170	0.334^*	0.120	0.139
CH	0.259	0.458^*	0.168	0.416^*	0.123	0.386^*	-0.031	0.233^*	0.127	0.295^*	0.108	0.149
A: 全眼; C: 角膜前表面。表中所列数据为相关性系数(r), * P < 0.05, * * P < 0.01。

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3. 讨论

波前像差包括低阶像差和高阶像差，在近视患者中，低阶像差通常占据主导地位，而高阶像差则以球差和彗差为主。人眼波前像差由眼内像差和角膜表面像差构成，由于角膜后表面像差通常远低于角膜前表面像差，本研究选取角膜前表面像差进行分析。既往研究^[5]针对圆锥角膜患者的角膜生物力学参数(第1次及第2次压平时间、第1次及第2次压平长度、第1次及第2次压平速率等)与高阶像差(总高阶像差、彗差、三叶草差等)的关系进行分析，发现两者具有较强的相关性，可辅助诊断圆锥角膜。本研究以近视人群为研究对象，分析眼压对波前像差的影响，同时将单纯IOP的影响延伸至角膜生物力学，具有更客观、更全面的优势。本研究结果显示，无论是左眼还是右眼，角膜前表面像差(总RMS、总RMSh)均大于全眼像差，说明眼内像差在一定程度上对角膜前表面像差进行了补偿，考虑与研究对象年龄偏低有关^[6]。随着年龄的增长，高阶像差会增加，使角膜前表面的彗差增大，眼内像差对角膜表面像差的补偿作用也随之减弱，造成此类人群视觉质量相较低龄人群变差^[7]。此外，随着近视程度的增加，患者视觉质量也会变差，导致全眼、角膜前表面像差的总RMS呈逐渐升高趋势。

本研究结果显示，不同近视程度患者角膜前表面像差、全眼像差与CCT均无相关性，这可能因为CCT通常处于相对稳定的状态，而波前像差却时刻变化，且会受到角膜中央某个区域的状态、角膜上每个点的排列、角膜和眼内屈光系统的组合等多种因素的影响^[8]。本研究发现，眼压与波前像差相关性较高，主要表现为全眼及角膜前表面的球差与眼压呈强正相关，其原因可能与角膜前表面球差具有一定补偿作用有关^[9]。从角膜生物动力学变化而言，角膜周边相对较厚，中央较薄，眼压升高形成的挤压作用会对角膜产生影响，使中央向外的作用强于周边^[10]，造成眼压变化与球差呈正相关，即眼压越大，球差越大。受IOPg、IOPcc影响最大的像差参数是球差，原因是球差位于视轴上，对人眼的视觉质量及中央视力的影响非常明显^[11]。此外, IOPg、IOPcc对中央角膜的影响较角膜周边更强烈，使得球差也受到较大影响。

本研究发现，低度、中度近视患者的眼压(IOP、IOPg、IOPcc)与全眼球差及角膜前表面球差的相关性相较高度近视患者更高。分析可能原因，低度近视与中度近视患者的角膜中央张力更高，受到眼压的影响也更显著，眼压增大引起的角膜前表面像差增加幅度更高，传递至全眼像差也出现更大幅度的增加^[12-13]。此外, IOPg与球差的相关性均较IOPcc更强，这是因为IOPg更接近真实眼压，与球差的相关性更高^[14]。IOPcc更接近单纯IOP对全眼像差和角膜前表面像差的作用，其与像差的相关性也间接说明CCT参与眼压影响球差的过程，与眼压一起对球差产生影响^[15-16]。低度、中度近视患者的眼压波动对成像质量的影响更敏感，适当降低眼压能在一定程度上减小球差，且对低度、中度近视患者的效果更显著^[17]。

CH主要反映角膜吸收和分散能量的能力^[18], CRF则反映角膜整体硬度与弹性，体现角膜受压迫产生形变时的阻力^[19], 两者均与全眼像差、角膜前表面像差呈正相关，其中CRF的相关性更强，符合人眼的形态学特点。CH、CRF较大时，角膜中央的陡峭程度高于周边，视轴上的球差也大幅增加^[20-21]。本研究中，低度近视患者CH、CRF与像差的相关性最强，但不同近视程度患者的IOP、CCT、IOPg、IOPcc、CH、CRF并无显著差异，说明CH、CRF与像差相关性的不同并非由眼压、CCT造成。分析原因可能与角膜内胶原纤维、含水量等微结构变化等有关。胶原纤维、含水量较低时，角膜硬度高，弹性小, CH、CRF相对较高，角膜中央更为陡峭，引起球差大幅变化，球差与CH、CRF呈正相关。此外，角膜曲率、眼轴等可能也会造成角膜生物力学改变，进而对像差产生一定影响^[22-23]。

综上所述，近视患者的全眼像差通常小于角膜前表面像差, IOPg与球差的相关性较IOPcc更强, CCT与眼压叠加影响球差, CH、CRF均与全眼球差呈正相关，且低度近视患者角膜生物力学参数与高阶像差的相关性强于中度、高度近视患者。明确角膜生物力学参数与高阶像差的关系，有利于为近视人群视觉质量评估提供参考依据。临床医师应重视对近视人群眼压的测量，必要时可通过干预措施降低低度、中度近视患者的眼压，若发现角膜容易变形的高度近视患者，还应密切关注其眼底视网膜纤维层损害情况，避免后续出现眼底视网膜纤维层受累而进一步损害视功能。但本研究为横断面研究，无法明确各变量间的因果关系，有待进一步完善研究加以验证。

表 1 95例患者左眼和右眼的全眼像差、角膜前表面像差比较(x±s) μm

项目	左眼(n=95)		右眼(n=95)
项目	总RMS	总RMSh	总RMS	总RMSh
全眼像差	0.82±0.22	0.30±0.08	0.78±0.19	0.32±0.09
角膜前表面像差	1.34±0.32^*	0.57±0.13^*	1.31±0.30^*	0.59±0.15^*
RMS: 像差均方根; RMSh: 高阶像差均方根。与全眼像差比较, * P < 0.05。

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表 2 不同近视程度患者右眼全眼、角膜前表面像差比较(x±s) μm

患者类别	n	全眼		角膜前表面
患者类别	n	总RMS	总RMSh	总RMS	总RMSh
低度近视患者	16	0.54±0.15	0.32±0.07	0.98±0.25	0.56±0.11
中度近视患者	47	0.66±0.18^*	0.31±0.05	1.27±0.33^*	0.58±0.09
高度近视患者	32	0.93±0.21^*#	0.29±0.04	1.56±0.38^*#	0.62±0.12
F		30.060	2.313	16.815	2.202
P		< 0.001	0.105	< 0.001	0.116
与低度近视患者比较, * P < 0.05; 与中度近视患者比较, #P < 0.05。

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表 3 不同近视程度患者右眼CCT、IOPg、IOPcc、CH、CRF比较(x±s)

患者类别	n	CCT/μm	IOP/mmHg	IOPg/mmHg	IOPcc/mmHg	CH	CRF
低度近视患者	16	545.87±28.94	15.92±3.63	15.72±3.52	15.78±3.26	10.80±1.83	10.83±1.94
中度近视患者	47	541.17±26.53	15.51±3.24	15.25±3.19	15.11±3.08	10.73±1.77	10.58±1.67
高度近视患者	32	542.55±30.02	15.46±3.30	16.03±3.01	15.78±3.15	10.26±1.59	10.33±1.55
F		0.167	0.113	0.585	0.543	0.862	0.502
P		0.847	0.893	0.559	0.583	0.426	0.607
CCT: 中央角膜厚度; IOP: 眼内压; IOPg: 校正Goldman眼压; IOPcc: 角膜补偿眼压; CH: 角膜黏滞阻力; CRF: 角膜阻力因子。

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表 4 不同近视程度患者右眼角膜生物力学参数与高阶像差(彗差、球差)的相关性分析

角膜生物力学参数	低度近视患者(n=16)				中度近视患者(n=47)				高度近视患者(n=32)
角膜生物力学参数	A_彗差	A_球差	C_彗差	C_球差	A_彗差	A_球差	C_彗差	C_球差	A_彗差	A_球差	C_彗差	C_球差
CCT	0.102	0.064	0.135	-0.015	0.141	0.182	0.037	0.080	0.089	-0.028	0.114	-0.041
IOP	0.071	0.637^**	0.142	0.497^**	0.050	0.349^**	-0.008	0.365^**	0.104	0.375^**	0.029	-0.038
IOPg	-0.166	0.587^**	-0.094	0.142	0.098	0.443^**	0.115	0.320^**	-0.022	0.396^**	0.094	0.067
IOPcc	-0.071	0.390^*	-0.163	0.116	0.105	0.321^*	0.073	0.187	0.144	0.102	-0.102	-0.048
CRF	0.344	0.493^*	0.218	0.492^*	0.088	0.445^*	0.117	0.281^*	0.170	0.334^*	0.120	0.139
CH	0.259	0.458^*	0.168	0.416^*	0.123	0.386^*	-0.031	0.233^*	0.127	0.295^*	0.108	0.149
A: 全眼; C: 角膜前表面。表中所列数据为相关性系数(r), * P < 0.05, * * P < 0.01。

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