在体角膜生物力学测量方法的建立与临床应用及京尼平兔角膜交联的初步研究

摘要

目的:
　　评估可视化角膜生物力学分析仪(Corvis ST),测量眼内压(IOP)结果的重复性和一致性,并分析圆锥角膜和青光眼患者角膜的生物力学特征。通过设计角膜仿体实验和在体人眼测试评估相干光断层扫描(OCT)联合气冲印压系统的稳定性和功能的可行性。评估0.2％浓度京尼平(Geniping)、快速紫外线/核黄素角膜交联法(Rapid-CXL)和传统紫外线/核黄素角膜交联法(Standard-CXL)交联兔角膜后不同时期角膜病理、免疫组织生物化学和生物力学性能改变情况。
　　方法:
　　1.病例对照研究。选取正常角膜志愿者、圆锥角膜患者和青光眼患者。所有患者均完成眼科系统性相关检查,并应用Corvis ST测量角膜生物力学相关形变特征。评估Corvis ST测量IOP的重复性及与NCT和DCT测量方法的一致性。对比正常角膜志愿者与圆锥角膜和青光眼患者角膜生物力学特征的区别,分析各生物力学参数对疾病的诊断效率。
　　2.应用热成型硅胶模拟角膜形态设计制作8种不同硬度角膜仿体。通过联接吊瓶和压力传感器控制并设定角膜仿体的前房压力。固定3个不同前房压力下,观察者A和B于不同时间点分别应用OCT气冲印压系统连续测量角膜仿体3次,评估系统测量结果的重复性和一致性。应用经典单轴拉伸实验测量仿体杨氏模量,分析系统测量结果与杨氏模量的相关性;进一步通过测量10名志愿者正常角膜,评测系统在体测量人眼角膜的可行性和稳定性。
　　3.去处角膜上皮后,分别用Genipin、Rapid-CXL和Standard-CXL交联健康中国大白兔角膜57眼(57只),均选取右眼为实验眼,左眼为正常对照眼,分别于术后1天、7天和1月取兔眼角膜,行HE、Massson染色和免疫组织化学染色(?-catenin、CD34)及细胞凋亡(TUNEL)分析。并分别于术后7天和3月取兔眼角膜,行经典单轴拉伸实验,评估兔角膜生物力学性能。
　　结果:
　　1. Corvis ST测量IOP的重复性好,组内相关系数ICC为0.83。Bland-Altman一致性分析显示,IOPcor与IOPNCT的一致性最好,组内偏差为(-0.5±1.8)mmHg,与IOPDCT的一致性欠佳,组内偏差为(-3.9±2.1)mmHg。
　　2.圆锥角膜与正常角膜应用Corvis ST所测得大部分生物力学参数存在明显统计学差异。ROC曲线分析显示,所测量的生物力学参数中,角膜最大压陷深度(DA)对于圆锥角膜的诊断效率最高,曲线下面积0.865。并且随着圆锥角膜严重程度的升级其诊断效率逐渐提高。两组组中DA与IOP,CCT和角膜中央3 mm直径内体积成负相关性。
　　3. Corvis ST测得正常角膜生物力学参数与青光眼患者组相比,第一/二压平速度较慢,最大压陷曲率半径和屈膝峰间距较小。正常角膜组的DA比POAG和PACG组均较低,但POAG组和PACG组之间无明显差异。三组中DA与IOP均呈明显负相关性。
　　4.角膜仿体中央角膜厚度为504.12±17.04μm,拉伸实验测得不同仿体的杨氏模量位于90~1400 kPa之间。所制作的角膜仿体能都达到模拟角膜形态和提供不同硬度的效果。OCT气冲印压系统测量角膜仿体和人眼角膜的重复性非常高ICC分别达0.9926和0.9695。Bland-Altman一致性分析显示,不同观察者之间测量值的重现性好,组内偏差为1.1μm。OCT气冲印压系统能够明确区分不同角膜仿体硬度,且不同眼压水平时OCT气冲印压系统测得角膜仿体硬度与拉伸实验测得仿体条的杨氏模量均有明显线性相关性(r=0.99,P均<0.001)。
　　5.角膜上皮细胞?-catenin表达水平随时间推移逐渐恢复,术后1月时达正常水平,且在回复过程中上皮细胞凋亡比例及?-catenin表达水平三组间无差异。三种交联方法均会造成角膜基质细胞凋亡,且Genipin组细胞凋亡最明显。HE染色发现三种交联方法均会导致角膜水肿炎症细胞浸润,Genipin组炎症反应最重且恢复速度最慢;Masson染色各组角膜胶原初期排列紊乱,随时间推移逐渐恢复。三种交联方法术后角膜基质内CD34表达降低,随着时间的延长CD34表达水平逐渐恢复,但到术后1个月时,均未完全恢复正常。三种交联方法不同观察时间点,均未见角膜内皮细胞的损伤。
　　6.Genipin, Rapid-CXL和Standard-CXL均能有效增强术后兔角膜生物力学强度,早期Genipin组8%应变时杨氏模量增加最多达278.65%。Rapid-CXL和Standard-CXL术后生物力学强度增加效果无明显差异。3组交联兔角膜术后3月角膜杨氏模量均较术后7天降低,其中Genipin组下降最明显约35%~41%。
　　结论:
　　1.Corvis ST能够有效测量眼内压且测量重复性好,与NCT测量结果相关性明显且具有较好的一致性,但较DCT测量值偏低,临床当中三种仪器不能互相替代使用。大多数Corvis ST所测量的角膜的生物力学参数,在圆锥角膜患者组和青光眼患者组与正常对照组之间均存在显著性差异;测量参数中DA可以作为一个新的参数辅助诊断角膜生物力学相关性疾病。临床应用中需特别注意IOP、CCT等对DA的相关影响。
　　2.基于OCT气冲印压系统设计合理、功能完善、操作简单,测量结果具有很高的重复性和重现性,测量参数稳定可靠;能够区分及定量测量角膜仿体硬度及人眼角膜生物力学特征相关形变参数;作为一种新型在体测量角膜生物力学特征的工具,具有很大的发展潜力和广阔的应用前景。
　　3.病理和免疫组织化学研究结果表明,交联后兔角膜上皮和基质的形态学和生物化学特征均有明显改变,角膜内皮均未见损伤。3种交联方法均可以有效增强兔角膜的生物力学强度,术后早期Genipin组增强效果最明显。Rapid-CXL和Standard-CXL两组增强效果无显著差异,三种交联方法生物力学强度均有随时间有下降趋势。

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英文缩略词表

中文摘要

英文摘要

前言

参考文献

第一部分 可视化角膜生物力学分析仪系统评估及临床应用研究

第一节 可视化角膜生物力学分析仪测量眼内压的重复性和一致性研究

引言

对象与方法

结果

讨论

结论

参考文献

第二节 应用可视化角膜生物力学分析仪评估圆锥角膜生物力学特征

引言

对象与方法

结果

讨论

结论

参考文献

第三节 可视化角膜生物力学分析仪评估青光眼患者角膜生物力学特征

引言

结果

讨论

结论

参考文献

第二部分 光学相干断层扫描（OCT）联合气冲印压系统的研发和初步应用研究

引言

结果

讨论

结论

参考文献

第三部分 京尼平和快速紫外线/核黄素胶原交联对兔角膜生物安全性和生物力学稳定性的影响

引言

结果

讨论

结论

参考文献

文献综述：可视化角膜生物力学分析仪评估角膜 生物力学特性的研究进展

攻读学位期间发表文章情况

致谢