分析散光类型对在体角膜生物力学测量的影响

《Frontiers in Bioengineering and Biotechnology》：Analysis of astigmatism type influence on in vivo corneal biomechanical measurements

　　

目的：本研究旨在评估散光类型对在体角膜生物力学测量的影响，并利用散光力向量分量分析其相关性，为精确的临床解读提供证据。方法：研究人员开展了一项前瞻性观察性比较研究，纳入了来自155名参与者的155只眼。采用Pentacam和Corvis ST获取角膜地形图和生物力学参数。根据散光轴和柱镜度将参与者分为四组：无散光组（n=30）、循规性散光（with-the-rule astigmatism，WTR）组（n=50）、逆规性散光（against-the-rule astigmatism，ATR）组（n=37）和斜向散光（Oblique）组（n=38）。将柱镜度和轴分解为Thibos力向量分量（J₀，J₄₅）。采用单因素协方差分析（analysis of covariance，ANCOVA）比较四组间15个动态角膜反应（dynamic corneal response，DCR）参数的差异。在调整混杂因素后，研究人员进行了偏相关分析和多元线性回归，以评估J₀/J₄₅与DCR参数之间的相关性，随后进行亚组分析。结果：在调整眼压（intraocular pressure，IOP）、中央角膜厚度（central corneal thickness，CCT）和年龄后，硬度参数SP-A₁在四组间差异显著（P=0.007）。WTR组的SP-A₁高于ATR组（平均差=4.89 mmHg/mm，P=0.0284）和Oblique组（平均差=5.32 mmHg/mm，P=0.0122）。多元线性回归显示，J₀与Integrated Radius（β=0.196）、HC dArc length（β=0.223）、SP-A₁（β=0.101）独立正相关，与Radius（β=?0.182）和SSI（β=?0.181）独立负相关（均P<0.05）。J₄₅与A₁ time（β=?0.033）和A₂ velocity（β=?0.156）独立相关（均P<0.05）。结论：在体生物力学测量受不同散光类型的影响。SP-A₁是主要结果，在不同散光类型间差异显著。力向量分析显示，较大的WTR分量与较高的SP-A₁、Integrated Radius和HC dArc length以及较低的Radius相关。在解读在体生物力学测量结果时，可考虑散光轴类型和柱镜度，以提高角膜生物力学评估的精确性。

该论文发表于《Frontiers in Bioengineering and Biotechnology》，题为“Analysis of astigmatism type influence on in vivo corneal biomechanical measurements”，围绕散光类型对在体角膜生物力学测量的影响展开系统研究。

研究背景方面，角膜生物力学特性对维持眼形、支持光学成像和保存视功能至关重要。既往研究已表明，角膜生物力学改变与角膜扩张性疾病的发生发展、屈光手术的安全性与准确性、以及角膜交联疗效评估密切相关，因此精确地在体测量和评估角膜生物力学具有重要临床意义。Corvis ST（角膜可视化Scheimpflug技术，一种在体生物力学测量设备）通过气脉冲诱导角膜变形并生成动态角膜反应（DCR）参数，从而间接表征角膜的生物力学特性。然而，角膜并非完美球面，不同子午线的曲率差异形成散光。散光大小和子午线曲率可能影响在体生物力学参数的精确刻画。已有初步研究在白内障患者中分析了散光类型与生物力学参数的关系，但该研究仅局限于白内障人群，未进行精细的向量分析，也未调整年龄、中央角膜厚度（CCT）和眼压（IOP）等混杂因素。因此，需要在细化散光类型分类并调整混杂因素后，系统评估散光类型对在体测量结果的影响，以更精确地解释临床生物力学参数。

研究人员开展了一项前瞻性观察性比较研究，纳入了2023年1月至2026年2月在天津眼科医院行屈光手术术前评估的155例患者（155只眼）。根据Pentacam角膜地形图仪输出的“Astig”和“axis”值，将受试者分为四组：无散光组（n=30）、循规性散光（WTR）组（n=50）、逆规性散光（ATR）组（n=37）和斜向散光（Oblique）组（n=38）。研究采用Thibos力向量分解法将柱镜度和轴转化为J₀和J₄₅分量。在调整年龄、CCT和IOP后，使用单因素协方差分析（ANCOVA）比较四组间15项DCR参数的差异；采用偏相关分析和多元线性回归评估J₀/J₄₅与DCR参数的相关性，并进行亚组分析。

主要关键技术方法包括：使用Pentacam获取角膜地形图，使用Corvis ST获取生物力学参数；根据散光轴和柱镜度将受试者分为四种散光类型；采用Thibos力向量分解计算J₀和J₄₅；以年龄、CCT和IOP为协变量进行ANCOVA；运用偏相关分析、多元线性回归（含HC3稳健标准误）等统计方法，并进行了亚组内柱镜度与DCR参数的相关分析。样本队列来源于天津眼科医院屈光手术术前评估人群。

研究结果部分，保留以下小标题呈现：

**3.1 基线特征**
共纳入155只眼，四组患者在柱镜度和年龄上存在显著差异（P<0.001），而球镜度、等效球镜、IOP、CCT及性别比例等基线变量无显著差异。该基线差异提示后续分析需校正年龄和柱镜相关因素。

**3.2 散光类型与动态角膜反应参数分析**
在调整年龄、IOP和CCT后，ANCOVA显示仅硬度参数SP-A₁（第一压平时的角膜硬度参数）在四组间差异显著（P=0.0071）。经Holm-Bonferroni校正后，WTR组的SP-A₁显著高于ATR组（平均差=4.89 mmHg/mm，P=0.0284）和Oblique组（平均差=5.32 mmHg/mm，P=0.0122）；其余14项DCR参数组间差异均无统计学意义（P>0.05）。

**3.3 向量分析**
偏相关分析显示，在控制年龄、CCT和IOP后，J₀与SP-A₁（rho=0.220，P=0.006）、A₁ time（rho=0.158，P=0.049）和A₁ dArc length（rho=0.179，P=0.026）呈正相关，与A₁ velocity（rho=?0.183，P=0.022）呈负相关；J₄₅仅与SP-A₁呈负相关（rho=?0.164，P=0.042）。多元线性回归进一步显示，J₀独立正向关联Integrated Radius（β=0.196）、HC dArc length（β=0.223）和SP-A₁（β=0.101），独立负向关联Radius（β=?0.182）和SSI（β=?0.181）；J₄₅独立负向关联A₁ time（β=?0.033）和A₂ velocity（β=?0.156）。模型诊断未发现显著多重共线性、异方差或高杠杆点。

**3.4 亚组分析**
在WTR组内，柱镜度与Integrated Radius（β=0.335）、Max inverse radius（β=0.439）和HC dArc length（β=0.272）呈显著正相关，与Radius（β=?0.358）呈负相关；在ATR组内，柱镜度与A₁ velocity（β=0.142）正相关，与SP-A₁（β=?0.158）负相关；Oblique组内未发现显著相关性。亚组结果与向量分析方向一致。

讨论部分总结：SP-A₁是唯一在四组间差异显著的参数，且WTR组高于ATR和Oblique组。研究人员指出，SP-A₁的计算涉及第一压平时的角膜实际压力与生物力学校正眼压的差值除以压平时的角膜偏移幅度。在WTR眼中，垂直子午线较陡而水平子午线较平坦，Corvis ST沿水平子午线测量时，角膜顶点达到第一压平所需的偏移幅度较小，从而可能导致SP-A₁高估。向量分析中，J₀增大代表WTR分量增加，水平扫描截面更靠近相对平坦的子午线，使达到最高凹陷时参与变形的外周区域更大，故Integrated Radius、HC dArc length增加，Radius降低。SSI与J₀的负相关可能因其计算依赖于DCR参数，而散光轴差异通过改变动态角膜反应间接影响SSI取值。亚组分析进一步支持上述关联。研究局限性包括样本为相对年轻的健康屈光手术人群，且WTR在临床中更常见导致ATR和Oblique亚组样本量相对较小，结果外推需谨慎。

研究结论部分翻译如下：在体生物力学测量受不同散光类型的影响。SP-A₁是跨越散光类型的敏感参数，且在WTR眼中高于ATR或Oblique眼。观察到的模式可能主要由SP-A₁及若干向量相关关联驱动，而非整个生物力学轮廓的广泛改变。因此，临床解读时应考虑散光的影响。探索性向量分析进一步显示，随着J₀增加（即主要散光轴向WTR方向偏移且柱镜度增大），SP-A₁、Integrated Radius和HC dArc length升高，而Radius