新疆医科大学第一附属医院眼科，新疆 乌鲁木齐

收稿日期：2023年12月10日；录用日期：2024年1月5日；发布日期：2024年1月11日

摘要

随着全球屈光不正患者的日益增多，角膜激光手术迅速发展。角膜激光手术后白内障手术数量也在逐年增加，人工晶状体(Intraocular Lens, IOL)屈光度的准确预测成为眼科医师面临的一个日益严峻的挑战。这些患者通常对视觉质量有很高的期望。然而，传统的IOL屈光度预测公式计算的结果并不准确。在可预见的将来，在人口老龄化的情况下，角膜激光术后需要进行白内障手术的患者数量预计会相应增加。对于这些患者，眼科医师不可避免地面临精准预测IOL屈光度的问题。在我国，角膜激光手术已开展30年，绝大部分近视患者接受的近视矫正方法为准分子激光角膜表面切削术(photo refractive keratectomy, PRK)、准分子激光原位角膜磨镶术(laser in situ keratomileusis, LASIK)和飞秒激光小切口角膜基质透镜取出术(small incision lenticule extraction, SMILE)。本文旨在总结并推荐目前可用的上述角膜激光手术后IOL屈光度预测方法。

关键词

角膜屈光手术，人工晶状体，白内障，屈光度计算

Research Progress in the Prediction of IOL Refraction after Corneal Laser Surgery

Fujiang Wang^*, Xianglong Yi^#, Shamali·Halimubieke, Jing Wang, Liqun Chen

Department of Ophthalmology, The First Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi Xinjiang

Received: Dec. 10^th, 2023; accepted: Jan. 5^th, 2024; published: Jan. 11^th, 2024

ABSTRACT

With the increasing number of patients with refractive errors worldwide, corneal laser surgery is growing rapidly. The number of cataract surgeries following corneal laser surgery is also increasing yearly, and accurate prediction of IOL refraction has become an increasing challenge for ophthalmologists. These patients often have high expectations of visual quality. However, traditional IOL refraction prediction formulas have inaccurate calculated results. In the foreseeable future, the number of patients requiring cataract surgery after corneal laser surgery is expected to increase accordingly in an aging population. For these patients, ophthalmologists inevitably face the problem of accurately predicting IOL refraction. In China, corneal laser surgery has been performed for 30 years, and the vast majority of myopia patients receive myopia correction by excimer laser photo refractive keratectomy, excimer laser in situ keratomileusis, and femtosecond laser small incision lenticule extraction. The purpose of this paper is to summarise and recommend the currently available methods for predicting IOL refraction after these corneal laser procedures.

Keywords:Corneal Refractive Surgery, IOL, Cataract, Refractive Calculation

Copyright © 2024 by author(s) and Hans Publishers Inc.

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1. 背景

角膜激光手术患者的IOL屈光度预测一直是眼科医师面临的一个挑战。为了精确预测IOL屈光度，通常需要高质量的眼球生物测量，获取眼轴长度、角膜曲率以及估算出有效晶状体位置(effective lens position, ELP) [1] 。本文将描述眼球生物测量方法，并结合IOL预测公式，在角膜屈光手术后的眼睛中精确预测IOL屈光度。

目前，准确测量角膜曲率和预测ELP是角膜激光手术后精准预测IOL屈光度的难点 [2] 。目前预测IOL屈光度主要采用SimK，该数值源于角膜曲率仪，该类设备基于Gullstrand精密模型眼，前、后表面曲率半径固定为7.7/6.8，角膜屈光指数(n)固定为1.3375，仅测量角膜前表面中央角膜曲率半径(r)，再通过公式K = (n − 1)/r计算获得SimK。角膜激光术后，由于其前表面曲率半径的改变，导致前、后表面曲率半径的固定关系发生改变，屈光指数也相应发生变化，因此，不再适合Gullstrand精密模型眼的计算原理，测量结果便出现误差。此外，用于测量角膜曲率的一些方法不能测量出由于手术导致的中央区域的前曲率变化 [3] 。常规的方法高估了角膜屈光力，导致计算出的IOL屈光度偏低，术后出现远视偏差 [4] 。为了减少这些偏差，有学者报道了更准确的确定角膜曲率的校正方法和回归公式 [5] 。角膜地形图测量方法的演变，最终使得能够测量角膜后表面曲率计算总角膜屈光力。角膜地形图是描述角膜曲率的一种方法。目前已经有多种方法来生成角膜地形图。100多年前由Helmholtz首次描述的角膜曲率测量中，用四个反射光点定向投射在角膜表面上测量角膜前表面曲率。然而，测量结果仅仅是接近真实的角膜曲率，这使得角膜曲率计对于角膜激光手术后的眼睛测量结果欠佳。Placido盘地形图(如Atlas 9000 (Carl Zeiss Meditec AG, Germany))将黑白相间的Placido盘投射于角膜上，并通过中央的小孔观测这些圆环之间的距离变化来计算前角膜曲率，若这些圆环之间的距离差异不明显，则角膜表面形态变化小，且圆环之间的距离越小，表明该区域的角膜曲率越大；反之距离越大，曲率半径越小 [6] 。角膜曲率计和Placido盘地形图仅能测量角膜前表面曲率，然后通过正常角膜的综合折射率(1.3375)转换为总角膜屈光力。然而，对于角膜激光手术后的眼睛，由于术后角膜前表面曲率半径与术前并不相等，使得角膜后表面曲率同样关键 [7] 。Scheimpflug摄像技术有助于测量角膜后表面曲率。Scheimpflug成像基于旋转相机，通过预定的狭缝拍摄图像，从而获取前段的所有对焦图像 [8] 。经证明，Scheimpflug成像在测量角膜后表面曲率方面可重复性佳 [9] 。光学相干断层扫描(OCT)技术也可以精确描述角膜前后表面曲率，该技术通过从发射的红外光的反向散射推断光密度来描述地形图 [10] 。在经典的IOL公式中，通过角膜曲率和前房深度(anterior chamber depth, ACD)来预测ELP及IOL屈光度。然而，由于角膜曲率和ACD会在角膜激光手术后发生改变 [11] ，这导致经典的IOL公式对ELP的预测并不准确 [12] 。一些不使用角膜曲率来预测ELP的IOL计算公式，如Haigis、Haigis-L和Shammas，能不同程度地减少误差 [13] 。Aramberri指出用屈光术后的角膜曲率来确定ELP是有缺陷的，ACD不会因为屈光手术而改变，于是他提出了“Double K”法，其中角膜激光术前的角膜曲率用于预测ELP，术后的角膜曲率用于预测IOL屈光度 [12] 。眼轴长度的测量对于预测IOL屈光度同样关键。在过去，通过A超测定眼轴长度的精度欠佳，导致IOL屈光度的预测不够精确。光学生物测量法的出现提高了精度。1) 部分相干干涉测量法(PCI)，其利用干涉测量法测量红外光从泪膜前表面到视网膜色素上皮层之间的距离 [14] ；2) 光学低相干反射测量法(OLCR)，可发出波长连续的光谱，因此可以提供比PCI更多的指标。不同的生物测量设备采用不同的技术组合来测量角膜地形图和眼轴长度，如IOLMaster 500 (Carl Zeiss Meditec AG, Germany)采用自动角膜曲率计和PCI法；IOLMaster 700 (Carl Zeiss Meditec AG, Germany)采用远心光学技术和扫频源OCT；Lenstar (Haag-Streit, Bern, Switzerland)采用镜面反射法和OLCR；Pentacam HR (Oculus, OPtikgeräte GmbH, Germany)采用Scheimpflug断层成像和PCI法。

IOL公式可分为回归公式、光线追踪公式和基于机器学习(ML)的公式。经典的回归公式会基于高斯光学使用生物测量结果来计算ELP和IOL屈光度。然而，已有研究表明，这些方法并没有考虑人眼真实的光学特性。相比之下，光线追踪法利用Snell定律精准计算出每个光学表面上所有折射光线的轨迹。据报道，人工晶状体眼的光学特性可以通过光线追踪精确测量，基于该技术的新型IOL预测公式具有很大的潜力 [15] 。其中一个公式是Okulix (Panopsis GmbH, Mainz, Germany)，可以在一些常见的生物测量设备(Zeiss、Haag-Streit、Oculus等)使用。Olsen [16] 公式结合光线追踪，并与经典的生物测量相结合来精确地预测ELP并计算出高阶像差。对于ML公式，Hill radialbasis-function (RBF)公式完全基于机器学习开发，而Kane公式结合了机器学习和回归方法。自2010年以来，美国白内障和屈光手术学会(ASCRS)一直在维护一个公开的在线人工晶状体计算器(https://ascrs.org/)，该计算器提供了很多可用的预测公式。

PRK、LASIK和SMILE将是眼科医生在开展白内障手术时最常遇到角膜激光术式。

2. PRK和LASIK术后人工晶状体屈光度预测

自从准分子激光在20世纪80年代末用于屈光手术治疗，最常见的手术方式是PRK和LASIK [17] 。因此，PRK和LASIK术后的眼睛对精确预测IOL屈光度的需求越来越大。PRK手术是将角膜上皮去除后，行准分子激光切削角膜基质。而LASIK手术先做一角膜板层帽，将其掀开后对角膜基质再行准分子激光切削 [17] 。PRK和LASIK矫正近视或近视散光的原理是相同的，都是通过激光切削角膜基质使角膜曲率变的更平坦。

Wang等人在2010年的研究中应用ASCRS线上计算器，使用三种方法代入公式对PRK和LASIK术后计算IOL屈光度进行预测精度的评估：1) 屈光术前的角膜K值结合角膜切削的屈光改变量。2) 仅使用角膜切削的屈光改变量。3) 无历史数据的方法。结果发现，使用角膜切削的屈光改变量和无历史数据方法的准确性在统计学上没有差异，都要比使用屈光术前的角膜K值结合角膜切削的屈光改变量的方法能给出更好的结果 [18] 。同年的另一项研究报道了Shamas-PL公式、Haigis-L公式和结合Masket法的Hoffer Q公式受眼轴长度的影响最小，并且与临床病史法(clinical history method, CHM)相比有着更高的准确性。由于Shamas-PL公式和Haigis-L公式并不需要屈光术前的历史数据，眼科医师使用时更加简便快捷 [19] 。Yang等人评估了8种不使用历史数据的IOL屈光度预测方法，包括Holladay 2 FlatK、Holladay 2 PCI-K、ASCRS-min、WangKoch-Maloney、ASCRS-average、Shammas no history、Haigis-L和ASCRS-max，最后发现Holladay 2 FlatK是在没有历史数据的情况下最精确的IOL屈光度预测方法。而在ASCRS线上计算器中，ASCRS-min的结果是最精确的 [20] 。Rosa等人通过在SRK/T公式中输入校正因子，来优化IOLMaster 500采集的生物测量值，使绝对误差中位数达到0.55 D [21] 。Potvin和Hill基于Pentacam的Scheimpflug断层摄像技术设计了一种专用于PRK和LASIK术后预测IOL屈光度的方法。由Pentacam测量并计算的以角膜顶点为中心4.0 mm区域的净角膜屈光力(true net power, TNP)，代入Shammas no history公式；由IOLMaster 500和Atlas采集的生物测量数据用于ASCRS线上计算器。与ASCRS线上计算器上可用的公式进行比较，发现基于Scheimpflug断层摄像技术的Shammas no history公式在计算PRK/LASIK术后IOL屈光度有着更高的精确度 [22] 。2015年发表的一项研究显示，在没有历史数据的情况下，在角膜激光术后的眼睛中比较了术中像差测量法(Intraoperative aberrometry, IA)、基于OCT的IOL预测公式、Haigis-L公式和Masket公式，发现这些方法的计算精度无明显差异 [23] 。同年，ASCRS线上计算器也更新了LASIK/PRK计算IOL屈光度的模块，还加入了Barrett True K (no history)和RTVue (基于OCT技术的IOL预测公式)，在之前的研究中，这两种新的公式预测角膜激光术后IOL屈光度与已有的公式相比表现出相同或更高的精度 [24] 。Abulafia等人在近视LASIK/PRK术后的眼睛中进一步验证了Barrett True K公式。在ASCRS线上计算器对Barrett True K和Barrett True K (no history)公式进行了简要的检验。Barrett True K公式的绝对误差中位数(MedAE)显著小于除Masket公式外的所有其他公式。而在在缺乏历史数据的眼睛中，Barrett True K (no history)的MedAE (0.41 D)也显著小于Shammas (0.53 D)和Haigis-L (0.62 D)公式 [25] 。Ferguson等人提出，使用ASCRS线上计算器需要手动将生物测量数据输入到网络界面中，将这些公式嵌入到眼生物测量仪中并自动计算IOL是有优势的。他们报道了在ASCRS线上计算器中对近视和远视的眼睛使用了嵌入生物测量仪的Barrett True K (no history)公式，并与多种公式的准确性进行了比较。对于近视的眼睛，嵌入式Barrett True K (no history)公式导致最低的平均绝对误差(MAE) (0.36 D)，其次是ASCRS计算器中的Haigis-L公式(0.41 D)。同样，在远视眼中，Barrett True K (no history)公式产生最小的MAE (0.41 D)，其次是ASCRS (0.46 D)。作者认为，嵌入生物测量仪的Barrett True K (no history)公式与ASCRS多种公式(0.41 D)有着相同的精准度 [26] 。在最近的另一项研究中，作者在Cassini设备上使用Haigis公式计算角膜激光术后眼的IOL屈光度，并将计算结果与IOLMaster700内置的公式进行了比较。他们发现Cassini的Haigis公式、Barrett True K (no history)和Haigis-L公式的MedAEs分别为：0.34 D、0.34 D和0.49 D [27] 。Gasparian等人对近视和高度近视LASIK/PRK术后的眼睛进行了比较，使用基于IOLMaster 500或700生物测量仪的Barrett True K (no history)公式与IA。研究表明，IA患者的MedAE (0.42 vs. 0.49 D, p = 0.001)和MAE (0.51 vs. 0.58 D, p = 0.002)显著低于Barrett True K (no history)公式，但在目标屈光度在0.25 D、0.5 D和0.75 D范围内的比例没有显著差异。因此，作者认为这两种方法的准确性相当 [28] 。

3. SMILE术后的人工晶状体屈光度预测

SMILE手术于2011年开始应用于临床，是目前最新的角膜激光手术。其使用飞秒激光在角膜基质内切削出透镜，再用飞秒激光制作一个2 mm左右的微小切口取出透镜。由于SMILE手术是小切口且无需制瓣，可以减少角膜瓣相关的并发症，如角膜瓣移位、脱落，上皮植入的发生率也明显下降 [29] 。与LASIK相比，SMILE术后角膜敏感性恢复更快 [30] ，角膜和角膜神经纤维的结构完整性优于制瓣的角膜屈光手术，术后干眼症的发生率降低 [31] 。SMILE术后角膜生物力学强度也明显高于PRK和LASIK [32] ，因此SMILE在安全、有效和可预测性方面均是更有优势的角膜屈光手术方式，是目前主流的角膜屈光手术之一 [33] [34] 。在可预见的将来，在人口老龄化的情况下，SMILE术后需要进行白内障手术的患者数量预计也会随之增加。通常这些患者对术后视觉质量有很高的期望，如何精准计算SMILE术后患者白内障人工晶体屈光度是眼科医师面临的难题。

学者们针对SMILE术后预测IOL屈光度进行了不同方向的探索。Lazaridis等 [35] 基于Pentacam HR和IOLMaster 500，使用一个虚拟人工晶状体植入的理论模型来评估射线追踪和四个传统人工晶状体屈光度计算公式(Haigis, Hoffer Q, Holladay, SRK/T)之间的预测误差。研究表明，射线追踪法是预测近视SMILE术后人工晶状体屈光度最准确的方法。另一项理论研究中，Luft等 [36] 同样基于Pentacam HR和IOLMaster 500，将射线追踪法预测的人工晶状体术后残余屈光度与ASCRS(美国白内障和屈光外科学会https://ascrs.org/)角膜屈光术后人工晶状体屈光度计算器中的一系列常规人工晶状体屈光度计算公式预测的相同人工晶状体的剩余屈光差进行了比较，在88只SMILE术后眼的研究中，Masket公式显示最小的平均预测误差和中值绝对误差(参考射线追踪法的预测)，Barrett True K、Barrett True K No History以及Potvin-Hill公式表现相当。还有一项纯理论研究中，Zhu等人 [37] 使用等效人工晶状体度数差(EILD)的概念作为衡量SMILE术后眼的四种传统人工晶状体计算公式“稳定性”的指标。Barrett True-K和Haigis公式在眼轴长度为24~26 mm的情况下显示出相似的稳定性。在眼轴长度 > 26 mm的情况下，Barrett True-K公式是最“稳定”的公式。Anouar Meziane Elotmani等人 [38] 研究对比了SMILE术后使用Barrett True-K、Barrett True-K + TK (Total Keratometry)、Haigis + TK、Okulix、Haigis-L预测IOL屈光度的精确性，结果Okulix的预测误差的方差与Barrett True-K + TK相比无显著差异(p = 0.471)。Okulix的预测误差在±0.50 D范围内的眼睛百分比最高，其次是Haigis + TK、Barrett True-K + TK、Barrett True-K和Haigis-L。这些研究部分回答了SMILE术后IOL屈光度预测的问题。

4. 结论

常规方法预测角膜激光术后IOL屈光度是不精确的 [39] 。近几年，Barrett True K公式用于计算LASIK/PRK术后IOL屈光度的精确性得到了广泛认可，被认为是角膜激光术后预测IOL屈光度最准确的公式之一。新技术如IA同样是一种可行的方法，在最近的一项研究中，表现出比Barrett True K更高的精确性。而ASCRS线上计算器计算LASIK/PRK术后人工晶状体屈光度的平均值与Barrett True K公式计算的准确性相当。

由于 由于SMILE手术2011年才开始应用于临床，因此对于SMILE术后预测IOL屈光度准确性的研究并不充分。SMILE手术在全球已进行了超过500万次，已成为矫正近视和近视散光的成熟且主流的角膜激光手术之一。在可预见的将来，SMILE术后需要进行白内障手术的患者数量预计也会随之增加。如何精准预测SMILE术后患者白内障IOL屈光度是眼科医师面临的难题。从目前报道的几个理论研究来看，Barrett True K公式和Masket公式的预测SMILE术后IOL屈光度有着更高的精度。基于Pentacam HR和IOLMaster 500生物测量仪的Okulix光线追踪软件似乎是预测SMILE术后IOL屈光度最精确的方法。

总之，专用于角膜激光术后的新一代公式(如Barrett True K公式)提高了预测IOL屈光度的准确性，但还没有达到正常眼睛的预测精度。光线追踪法或IA这样的新技术也能进一步提升角膜屈光术后预测IOL屈光度的精确性。人工智能IOL预测公式也在快速演进，未来有望进一步提高对IOL屈光度预测的准确性，且不局限于既往行角膜激光手术的眼睛。

文章引用

王富江,易湘龙,沙玛丽·哈力木别克,王 静,陈利群. 角膜激光术后人工晶状体屈光度预测的研究进展
Research Progress in the Prediction of IOL Refraction after Corneal Laser Surgery[J]. 临床医学进展, 2024, 14(01): 439-446. https://doi.org/10.12677/ACM.2024.141063

参考文献