编辑推荐：
为解决晶状体张力难以精确测量的问题，研究人员开展光学相干弹性成像（OCE）技术测量晶状体及囊膜张力的研究。结果测得猪晶状体前后囊膜张力等参数，该技术有望用于诊断和处理调节功能障碍。
在人类视觉的奇妙世界里，晶状体就像一台精密的变焦镜头，通过调节自身形状来实现清晰聚焦，这个过程被称为调节（accommodation）。晶状体由核、皮质和囊膜组成，其独特的结构为眼睛贡献了约 30 - 35% 的总屈光力。当我们看近处物体时，睫状肌收缩，连接晶状体赤道部囊膜的悬韧带（zonular fibers）松弛，晶状体在自身弹性作用下变厚、变凸，焦距缩短；看远处物体时则相反，睫状肌放松，悬韧带拉紧，晶状体被拉扁平，焦距变长。这一过程看似简单，背后却隐藏着复杂的力学奥秘。
然而，随着年龄的增长，很多人会遭遇视力的困扰 —— 老视（presbyopia）。通常在 45 岁左右，人们会明显感觉到看近处物体变得困难，且这种情况会逐渐加重，到 65 岁左右可能完全失去调节能力。目前普遍认为，老视主要是由于晶状体组织随年龄增长而变硬、变厚，即便在正常的睫状肌和囊膜张力作用下，也难以变形。虽然也有人提出睫状肌功能的年龄相关变化可能是一个因素，但多项研究表明，即使调节能力完全丧失，老年人的睫状肌仍有功能。而悬韧带和囊膜张力在老视发展中的具体作用，一直是个未解之谜。
这背后的原因主要是评估睫状肌的体内功能以及精确量化施加在晶状体组织上的张力困难重重。尽管科研人员利用旋转测试、压痕测试、压缩测试等多种力学方法对晶状体组织的力学特性及其在晶状体变形中的作用进行了广泛研究，也针对晶状体囊膜的力学特性在白内障手术等领域开展了诸多探索，但始终没有一种技术能够测量完整晶状体的张力。为了填补这一空白，来自未知研究机构的研究人员开展了一项意义重大的研究，其成果发表在《Acta Biomaterialia》上。
研究人员采用的关键技术是光学相干弹性成像（Optical Coherence Elastography，OCE）技术。该技术利用先进的宽带 OCE 系统，在 1 - 30kHz 的关键频率范围内，精确测量沿晶状体表面的弹性波速度。通过建立先进的弹性声学建模框架，从中提取出囊膜张力、眼内压（Intra - lenticular Pressure，ILP）以及囊膜和下层组织的弹性模量等关键力学参数。研究中使用的样本是从 6 只新鲜猪眼球中手术提取的晶状体。
猪样本制备和测量程序
研究人员从 6 只新鲜猪眼球（Research 87, Inc., Boylston, MA 提供）中小心地取出晶状体。首先，对 5 个完整晶状体的前、后两面进行 OCE 测量。然后，用显微剪刀沿赤道切开晶状体囊膜，释放囊膜张力，再对这 5 个松弛状态的晶状体前后两面重复 OCE 测量。对于其中 3 个晶状体，还使用精密工具将囊膜剥离。通过这样的操作流程，全面获取不同状态下晶状体的力学数据。
张力下的双层力学模型
在研究中，研究人员建立了张力下的双层力学模型。眼内压在晶状体核中心最高，向周边逐渐降低，是径向位置r的函数。对于没有外力作用的离体晶状体，囊膜张力σ1由内部压力P(r)产生。在力平衡的情况下，满足公式σ1=2hP(R)R ，其中R是晶状体表面的曲率半径，h是囊膜的厚度。这种压力梯度还会在晶状体中诱导出偏斜的侧向应力。
研究结果
- 晶状体囊膜张力测量：研究人员测得 6 个月大猪晶状体的前囊膜固有张力为 0 - 20kPa，后囊膜固有张力为 40 - 50kPa，这些张力由皮质表面的眼内压引起。并且，双轴小带拉伸（约 4% 应变）使前囊膜张力增加了 67kPa，测量的不确定性仅为 2kPa。这表明该技术能够精准测量晶状体囊膜在不同状态下的张力变化。
- 弹性模量测定：测得前、后囊膜的平均剪切模量分别为 630kPa 和 400kPa，而皮质组织的平均剪切模量则低于 1kPa，囊膜的平均剪切模量比皮质组织大近 100 倍。这体现了晶状体不同部位力学特性的显著差异。
研究结论和讨论
研究人员通过实验成功地利用 OCE 技术从泄漏表面波中推导出机械参数，这些泄漏表面波存在于具有坚硬表面和较软内部的分层结构中，在两个临界频率fc2和fc1之间。其色散曲线包含丰富信息，可用于提取弹性模量和内部张力。这项研究的重要意义在于，OCE 技术突破了以往仅能测量硬度的局限，实现了力和应力的量化。能够原位测量晶状体囊膜张力是一大突破，因为囊膜张力在调节过程中至关重要，它负责将悬韧带的力量传递给晶状体组织。这一成果为深入理解调节的力学机制提供了定量依据，有望成为临床评估晶状体组织力学的有力工具，填补当前临床实践在这方面的能力空白，为老视等视力问题的诊断和治疗开辟新的方向，推动眼科学领域的发展。
