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屈光术后IOL计算新方法:光线追迹技术

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屈光术后IOL计算新方法:光线追迹技术

科以康市场经理 王瑞庭

屈光术后的白内障IOL如何计算精准一直是近年眼科医生关注的热点和难点。

各位老师,晚上好!非常荣幸,受到尖峰的邀请与大家分享新的技术,我是科以康公司的市场经理,王瑞庭。

今天很高兴和大家分享一种新的IOL计算技术:光线追迹技术,英文是Ray-tracing。

由于并非是临床医师,我将以技术原理为主,为大家介绍。如有错漏之处,请大家批评指正。

我们先看下以往的IOL计算方法,也就是大家所熟知的公式计算法。

公式法发展经历了很多年,从最初的第一代公式到现在,每一种公式都有着不同的应用,也是为解决白内障IOL计算中出现的新问题,不断迭代优化而发展得来的。

我们在置换自然晶体的时候,想要精准的计算所需的IOL度数,必然要对其他眼球生物学参数进行测量。

这里测量最重要的有两项:眼轴和角膜曲率。眼轴的测量从超声到光学的方法,虽然原理不同,但不会产生太大的问题。

而,角膜曲率的测量,则会因方法不同、患者不同,显得更为复杂。

公式法计算IOL,有一个基础的假设。就是采用一个模型眼,通过角膜前表面的测量,评估整个角膜的屈光能力。

这里发展出了一种虚拟的角膜折射指数:N,广泛的应用于角膜地形图、角膜曲率计等。

这个虚拟的折射指数一般为:N=1.3375。

但是这个假设的角膜模型对于正常人有效,对于一些特殊角膜的患者,则不一定成立。

如:角膜屈光术后患者,圆锥角膜患者等。

这些患者的IOL计算成为一个问题,尤其是屈光术后患者的IOL计算,已经成为困扰白内障医师的一个难题?

角膜屈光术后的患者,由于角膜切削改变了原本的角膜形态,以往的虚拟折射指数不再适用。N=1.3375不成立。

或者我们需要根据不同的角膜手术、切削的厚度对N值进行优化,再代入公式计算,纷繁复杂。

这个是角膜屈光术后患者典型的曲率图形态,类似一个“面包圈”型的曲率图。过渡区曲率呈明显增高,而中央切削区曲率明显低于正常人,一般<40D。

采用传统方法测得的曲率,如使用公式计算,则需要根据不同的患者进行修正,校正方法太多,很难保证很好的精确度。

我们以往测量角膜曲率常用的设备是曲率计和地形图,这种技术我们可以概括为“角膜投射技术”,通过角膜对投射目标的反射图像分析,进行曲率测量。

这种技术仅仅能测量角膜前表面的信息,无法获取角膜后表面的信息,即使后表面有任何曲率异常(如有散光等),我们无法得知。

以往我们通过一个标准眼的固定比例进行推算,即采用一个虚拟的屈光指数N。但是随着技术的不断进步,大家发现这个虚拟的屈光指数慢慢无法满足临床上的需求,尤其在角膜屈光手术开始盛行起来之后。

因此,很多医生开始产生疑问,是否可以同时测量到角膜前后表面的数据呢?不仅仅是白内障医生,屈光、青光眼、角膜病等专业的医生,都开始对此感兴趣。

每个专业对于角膜后表面有着不同的诉求,白内障医师关注角膜屈光测量的准确性,屈光医师可能是关注早期圆锥角膜的发生,青光眼医师可能更关注角膜对IOP测量的影响,角膜病医师则希望通过角膜的断层获得更多的诊断信息。

其实,测量角膜后表面的技术已经得以问世。三维角膜地形图就可以做到,以意大利CSO的Sirius为例,它采用Placido环和Scheimpflug相机两种技术结合,获取角膜甚至是整个眼前节的断层数据。

Scheimpflug照相技术,采用特殊的光学原理,可以实现整个眼前节的断层照相,如幻灯片中的图所示,它可以完整的展现一个子午线的眼前节断层图。这种结合技术让角膜的屈光测量变得非常完整!

仪器可以通过三维旋转Scheimpflug相机,获得25个子午线的断层图,然后据此重建角膜后表面,以及前房的三维图。所以,三维角膜地形图可以完整地测量角膜屈光参数和整个前房的形态。

三维角膜地形图实现了角膜前表面和后表面的分开测量,通过特殊的光线追迹(Ray-tracing)算法,我们可以分别测得角膜前表面和后表面的真实屈光力,这是光线追迹技术得以实现的基础。

什么是光线追迹法?简单地说,我们将以往的虚拟折射指数抛弃了,采用真实的折射率进行计算,即空气(n=1),角膜(n=1.376),房水(n=1.336)。

然后以此数据为基础,直接计算每条光线穿过角膜,到达黄斑的路径,这中间路径上所需的IOL度数,则可以反推计算得出。

当然,计算IOL还有一个重要的因素:晶体的位置预测。我们知道第三代公式中有ELP(有效晶体位置)的概念,这个ELP是通过眼轴长度和角膜曲率估算出来的。

光线追迹法想要精准计算IOL度数,当然晶体位置的预测也是影响精确度的重要因素。

在这里,前面讲到三维角膜地形图能测量前房的信息变得十分有用。

Sirius的光线追迹法采用了特殊的计算方式,通过前房夹角顶点的位置和晶体的A常数,预测植入的IOL位置,这个参数被称为预测晶体位置(PLP,predicted lens position)。PLP的准确计算,在IOL计算中,有着重要的作用。

这个是Sirius光线追迹法的计算软件,我们需要输入一些参数进行计算。

输入眼轴长度(Axial length),预留度数。其中,眼轴长度需要选择测量方式:PCI,接触A超或沉浸A超。

输入眼轴等参数后,选择合适的晶体,普通晶体(Generic)或散光晶体(Toric)。然后会出现晶体的参数:A常数以及散光度数,根据需求调整。

PLP为软件自动计算,无需修改。

以上步骤完成后,即可开始Ray-tracing的IOL计算。

计算结果如图显示,左上为计算的晶体度数,右上有IOL的聚焦范围图。

左下软件给出了模拟植入后的PSF函数图,右下为模拟术后的全眼像差,可以预判术后的视觉质量。

光线追迹技术的精确度如何?我们参考一篇2013年发表在美国眼科杂志上的文章,由IOL俱乐部年轻的Savini教授发表。

这篇文章涉及32只角膜屈光术后的白内障眼,其中有3例偏心切削的病例,2例发生了Haze。

论文的结果时绝对平均误差为:0.38D,69%患者可以控制在<0.5D,84%的患者可以控制在<1D。

这在目前的屈光术后IOL计算的研究中,是最好的结果!

基于三维角膜地形图的光线追迹法(Ray-tracing)是意大利CSO和国际IOL俱乐部执行委员之一,Savini教授合作研发的晶体计算方法。

Savini教授2007年受Hoffer教授邀请加入国际IOL俱乐部,目前是IOL俱乐部最年轻的执行委员,其他的执行委员有Hoffer, Haigis, Olsen等知名教授。

同时,Savini教授在屈光术后的IOL度数计算方面有非常深的造诣,发表相关论文数十篇。

分享一个病例:这是上述研究中的一个病例,2000年结束Lasik手术的患者,发生白内障,这位患者保存了术前病史数据,这样临床病史法得以计算。

研究中,Savini教授采用了多种方法计算晶体度数,目标为预留1.5D。

采用Sirius的光线追迹法计算结果为,22.0D的IOL,预期的术后度数为-1.63D。

手术注植入22.0D的Alcon MA60AC晶体,术后一个月验光结果为-1.5D。这位患者的计算误差达到了0.13D。是所有方法中,精确度最高的一种!

我在此不多列举病例,因为我并不是临床医师,缺乏相关的经验,如果各位医生感兴趣,可与我沟通获取更多病例。

国内李绍伟教授也做了很多光线追迹法的研究,部分发表在个人公众号“李绍伟眼科”上,大家也可登录该公众号获取一些光线追迹法的病例。

我们对比下公式法和光线追迹法,做个简单的总结:

第一点:原理不同,公式法采用了虚拟的折射指数,而光线追迹法采用的是真实的光线折射路径。

第二点:公式法测量角膜曲率采用普通地形图或者角膜曲率计即可,光线追迹法需要采用三维角膜地形图。

第三点:针对屈光术后的患者,公式法需要掌握很多校正技巧,针对不同的患者采用不同的方法,但部分患者还是无法计算。而光线追迹法可以直接计算,而且精确度很高。

第四点:当前公式法还是主流,光线追迹是未来发展的方向,随着设备的普及和技术的改进,会逐渐成为白内障医师的首选。

非常感谢各位老师的聆听,希望通过我的介绍,让大家能对光线追迹法(Ray-tracing)有一个简单地认识。

希望光线追迹技术(Ray-tracing),能够为更多的临床医师所熟识。

由于我并非是专业临床医师,报告中必然会有很多疏漏之处,请大家批评指正,谢谢!

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