兔眼LASIK术后自修复过程中角膜力学特性变化规律的研究

China has the highest rate of youths affected by myopia, leading to a surge in number of patients taking Laser-Assisted in situ Keratomileusis (LASIK). Due to a lack of understanding of corneal mechanical properties in the post-operative self-repair and ageing process, cutting depth is not personalized, giving rise to post-operative secondary corneal ecstasia. Our study will carry out LASIK on four groups of rabbits with different cutting depth, two of which have deeper cuts than clinical conservative ones. We will collect corneal morphology and eye pressure data, carry out in vitro corneal mechanical tests and observation of microscopic structures on a regular basis; use finite-element method to demonstrate and simulate measurement from ocular response analyzer (ORA). We will study the change of corneal mechanical properties during its self-recovery and ageing process, the relationship between ORA simulation results and material parameters, to give the critical cutting depth. This study could lay the foundation for personalized design of LASIK, and a theoretical basis for postoperative evaluation.

我国青少年近视患病率全球最高,选择准分子激光原位角膜磨镶术(LASIK)矫正视力人数急剧攀升。由于待矫正度数正比于切削厚度,所以临床上常采用保守切削厚度以降低可对视力造成破坏性影响的术后继发性角膜膨隆的发生。由于缺乏对术后自修复与老化过程中角膜生物力学特性的深刻认识,切削厚度设计个性化不到位,致使术后继发性角膜膨隆等问题凸现。本研究拟对四组兔实施切削厚度不同的LASIK术,其中两组切削厚度大于临床保守厚度。在2年间定期在体采集角膜形态学和眼压等信息；定期对各组实施离体角膜的力学测试与微观结构观察；确定描述角膜各向异性粘弹性的材料参数；采用有限元计算进行验证并模拟眼反应分析仪(ORA)的测试过程；揭示不同切削厚度的术后角膜在自修复及老化过程中的生物力学规律，探索 ORA模拟结果与材料参数之间的联系,期望给出安全切削厚度的临界条件。本项目的研究结果可为屈光手术的个性化设计与术后评估提供理论基础

我国青少年近视患病率全球最高，行角膜屈光手术矫正视力已被广泛接受，但对术后角膜自修复与老化过程中生物力学特性的深刻认识还远没有达到个性化施治的要求，本项目围绕角膜屈光术后其生物力学特性变化进行了一系列研究：1. 角膜生物力学特性的相关基础性研究。主要结果是基于扩展的单轴拉伸实验可以确定包含角膜微观纤维结构信息的本构关系；基于膨胀实验数据能够获得角膜非线性本构关系；获得了兔角膜在体形态信息的自动图像处理方法；正常兔眼角膜力学特性和形态信息随年龄变化的规律；实现了眼反应分析仪测试过程的模拟等。2. LASIK术后角膜的生物力学特性变化的研究。通过构建LASIK术后动物模型，对手术前后兔角膜开展在体测量和离体力学测试，获得了开展角膜屈光手术前后实验兔的饲养，兔眼角膜在体、离体测试的经验。研究了大切削量对角膜力学特性的影响和术后角膜力学特性随时间的变化规律。研究表明，切削量大于角膜厚度50%的LASIK术后角膜条弹性模量在正常眼压范围内不下降，应力松弛过程的极限应力随切削量增加而增加。随着时间的增加，角膜条在生理区的弹性模量表现为术后弹性模量比其对照组高，升高的幅度随时间递减，手术组角膜应力松弛特性也随饲养时间发生着变化。3. 板层切削术后角膜的生物力学特性的变化规律。对实验兔眼实施板层切削术，建立了生存1月、3月、6月的不同切削厚度的屈光术后动物模型。对手术前后角膜开展在体形态学测量、ORA测试和离体整体角膜膨胀实验和角膜条单轴拉伸力学测试，研究了术后角膜力学特性在角膜自修复过程和老化过程中的变化规律。研究表明，术后随时间的延长角膜的生物力学特性会发生变化。屈光术后的3个月内角膜力学特性变化处于不稳定期，而3个月到6个月角膜形态维持、力学特性变化都处于稳定的变化状态，我们推测屈光术后兔眼角膜在术后三月内自修复占主导作用。