近视眼激光角膜切除术原理及控制方法

第7卷第4期激　光　生　物　学　报V o l.7　N o.4 1998年12月A CTA　LA SER　B I OLO GY　S I N I CA D ec.1998

近视眼激光角膜切除术原理及控制方法Ξ

江海河　余吟山　陆志贤　周　海

(中国科学院安徽光学精密机械研究所・合肥市・230031)

摘　要　本文从理论上研究了激光人眼角膜切除术的原理和控制方法。详细分析了角膜前表面的曲率半径对近视眼消融深度和治疗结果的影响。首次在理论上定量地提出对国外PR K设备实际治疗过程中的补偿,

补偿量与临床实践十分吻合。

关键词　准分子激光　屈光矫正　激光角膜切除术　近视眼

The Pr i nc iple and Con troll i ng M ethod of Exc i m er La ser Photorefrect Kerectectom y

J iang H a ihe Y u Y inshan L u Z h ix ian Z hou H a i

(A nhui Institute of Op tics and F ine M echanics,A cadem ia Sinica,H efei,230031)

Abstract　T he p rinci p le and con tro lling m ethod of exci m er laser p ho to refrective kerectectom y are re2 searched on in the p aper.T he influence of cu rvatu re radiu s of the fron t su rface of co rnea on the ab la2 ti on dep th and resu lt fo r co rrecti on of m yop ia is analysed in detail.A deficiency w e theo retically and quan titatively p u t fo r w ard fo r the first ti m e is m ade up fo r the p rocedu re of som e i m po rt PR K sys2 tem s.A nd the quan tity of the deficiency is good agreem en t w ith the resu lts of clin ical p ractice.

Key W ords　Exci m er laser D i op ter co rrecti on Pho to refrective kerectectom y M yop ia

A rF准分子激光(193nm)由于其相当高的光子能量(614ev)和紫外光极小的热效应(冷激光),使其和生物组织有着独特的光化学分解作用机理[1],它能轻松地打断生物分子的化学键切开组织,而对周围组织无损伤,使之成为激光手术特别是眼科手术最有效的工具。

在激光眼科屈光矫正手术中,目前广泛采用激光角膜切除术(Pho to refrective Kerectectom y,简称PR K),所用的激光正是193nm的A rF准分子激光。该技术比早期的放射状角膜切开术(R a2 dial Kerato tom y,简称R K)、表面角膜镜片术(Ep ikeratop hak ia)、角膜磨镶术(Keratom ileu sis)、晶状体摘除术(C lear len s ex2 tracti on)更具有其优越性,如手术的安全、有效、稳定、预测性好、手术时间短、病人无痛苦等[2-3]。该手术使用的原理和方法,以及高精度激光和计算机控制使得其预测性极为准确,是其它手术无法比拟的。本文以近视眼为例,讨论激光角膜切除术的原理和控制方法,定量分析了角膜前表面曲率半径对切削深度和手术结果的影响。

1　PR K人眼屈光矫正原理

自从美国哥伦比亚大学的T roke于1983年首先用193nm准分子激光实验性地切除角膜[4]以来,该项技术已成为激光医疗领域中最热门的前沿之一。激光专家和医疗人员就准分子激光治疗人眼屈光不正的基础研究和临床实验进行了大量的工作,对该技术的预测性、稳定性、不良反应和并发症等方面进行了广泛而细致的研究,取得了许多有价值的结果[5-7]。1995年底,美国FDA 正式通过了PR K应用于人眼角膜屈光不正的临床治疗,迄今已有近千万只眼睛经PR K手术治愈。

111　PR K的三种治疗模式

正常人眼的屈光度一般为58D,其中角膜的屈光度为43D,约占人眼整个屈光度的2 3[8]。为此,角膜的形状对人眼的屈光度影响较大。PR K 的工作原理就是利用准分子激光消融角膜修正其

Ξ本工作得到国家科委和中国科学院部分资助。收稿日期:1997—12—19

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形状来矫正人眼的屈光不正。按激光辐照在角膜

上的光斑大小,目前PR K有三种消融模式,大孔

径掩模式、狭缝掩模扫描和飞点扫描式。掩模式是

让激光通过掩模光阑成像于角膜表面,而消融修

正其面形。扫描式是使激光在角膜表面聚焦成光

点,雕刻修正其面形。狭缝掩模扫描式是介于掩模

式和飞点扫描式之间的一种消融模式。本文讨论

的是掩模式PR K手术原理及控制方法。

掩模式PR K手术过程是利用高能量的

193nm光子打断角膜组织分子的化学键,通过计

算机控制激光的能量,光斑的大小、形状和脉冲

数,在角膜上选择性地雕塑一定的深度和形状。矫

正屈光近视眼时,须在角膜上消融一个薄的凸透

镜,以降低眼睛的屈光能力,使之焦点移到视网膜

上,达到矫正的目的;而矫正屈光远视眼时,须消

融一个薄的凹透镜。这种手术可使得角膜组织消

融得十分干净,消融表面光滑,邻近未受照射的组

织不受任何影响。角膜消融后仍能保持透明状态,

不会导致并发症。由于角膜组织对193nm的准分

子激光具有极强的吸收性,使得手术中的激光无

法透过角膜,不会损伤角膜后的其它组织,如晶状

体和视网膜等[9]。

112　人眼的屈光不正度D′与镜片的后顶光焦度

D g关系

在配镜矫正时,由于人们配戴的镜片与眼睛

有一定距离,配镜后顶点光焦度D g即镜片度数与

人眼的屈光不正度D′有一微小差别,它们之间存

在如下关系[10]:

D g=

D′

1-dD′

(1)

式中d为镜目距离(国人一般为12mm)。对配戴隐形眼镜的人来说,d=0,此时隐形接触镜的度数等于其眼睛的屈光不正度。

在PR K治疗前,首先要检测患眼的屈光不正度D′。通常根据患者目前配戴的镜片度数D g 或再次通过试镜法确定患者应该配戴的镜片度数,以及公式(1)的改写式

D′=

D g

1+dD g

(2)

即可换算出患眼的屈光不正度。

113　球面屈光近视的PR K矫正

球面屈光不正是由于眼轴长度和其光焦度配合不好造成的。对近视眼来说,其焦点在视网膜之前,为此可通过减小人眼屈光度来达到矫正的目的。通常在角膜的视轴中心区域上消融一个正透镜,该透镜的光焦度D m在数值上等于人眼的屈光不正度D′,即

D m=-D′ (3)

角膜屈光度修正原理如图1所示,r1为人眼角膜前表面的曲率半径,r2为修正后的角膜前表面曲率半径,H为消融的中心厚度, 为角膜消融区直径。

图1　人眼角膜屈光度修正示意图

F ig1　T he schem a of the refractivity co rrecti on

fo r m yop ia co rnea.

由薄透镜光焦度公式可将D m表示成r1和r2的关系

D m=

n-1

r1

+

1-n

r2

(4)式中n为角膜的折射率,通常取11376。

由于人眼角膜较薄,其厚大约为500Λm。PR K手术中,严格控制角膜的消融厚度,通常最大消融厚度小于100Λm。由图1中的几何关系可得最大消融厚度即中心厚度H的表达式:

H=r1-r21-(

2

)2-[r2-r22-(

2

)2]　

(5)将上式展开,忽略高次项可得

H=

-D′ 2

8(n-1)

　(6)

该式首先由M unnerlyn给出[11],目前国外部分PR K设备中,如Schw ind,N idek,Summ it, L aser Sigh t公司的产品,其软件提供的手术方案采用该式结果来判断和控制消融中心厚度。由于该式中不含r1,对相同近视度数的不同人,不论其角膜前表面的曲率半径r1是多少,并不影响其治疗方案和结果。也就是说,在PR K治疗前不必测量患眼的r1的大小,消融深度与r1的大小无关。