人工晶体

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人工晶体(IOL)是一种植入眼内的人工透镜,取代天然晶状体的作用。第一枚人工晶体是由John Pike,John Holt和Hardold Ridley共同设计的,于1949年11月29日,Ridley医生在伦敦St.Thomas医院为病人植入了首枚人工晶体。

目录

简介

人工晶体

在第二次世界大战中,人们观察到某些受伤的飞行员眼中有玻璃弹片,却没有引起明显的、持续的炎症反应,于是想到玻璃或者一些高分子有机材料可以在眼内保持稳定,由此发明了人工晶体。

人工晶体的形态,通常是由一个圆形光学部和周边的支撑袢组成,光学部的直径一般在5.5-6mm左右,这是因为,在夜间或暗光下,人的瞳孔会放大,直径可以达到6mm左右,而过大的人工晶体在制造或者手术中都有一定的困难,因此主要生产厂商都使用5.5-6mm的光学部直径。支撑袢的作用是固定人工晶体,形态就很多了,基本的可以是两个C型的线装支撑袢。  

如何分类

按照硬度

按照硬度,可以分为硬质人工晶体软性人工晶体软晶体又可以分为丙烯酸类晶体硅凝胶类晶体。顾名思意,软晶体就是可折叠晶体。首先出现的是硬质人工晶体,这种晶体不能折叠,手术时需要一个与晶体光学部大小相同的切口(6mm左右),才能将晶体植入眼内。到80年代后期,90年代初,白内障超声乳化手术技术迅速发展,手术医生已经可以仅仅使用3.2mm甚至更小的切口就已经可以清除白内障,但在安放人工晶体的时候却还需要扩大切口,才能植入。为了适应手术的进步,人工晶体的材料逐步改进,出现了可折叠的人工晶体,一个光学部直径6mm的人工晶体,可以对折,甚至卷曲起来,通过植入镊或植入器将其植入,待进入眼内后,折叠的人工晶体会自动展开,支撑在指定的位置。

植入眼内的人工透镜

  

按照安放的位置

按照安放的位置,可以分为前房固定型人工晶体虹膜固定型人工晶体后房固定型人工晶体。通常人工晶体最佳的安放位置是在天然晶状体的囊袋内,也就是后房固定型人工晶体的位置,在这里可以比较好的保证人工晶体的位置居中,与周围组织没有摩擦,炎症反应较轻。但是在某些特殊情况下眼科医师也可能把人工晶体安放在其他的位置,例如,对于校正屈光不正的患者,可以保留其天然晶状体,进行有晶体眼的人工晶体(PIOL)植入;或者是对于手术中出现晶体囊袋破裂等并发症的患者,可以植入前房型人工晶体或者后房型人工晶体缝线固定。  

材料选择

人工晶体经过了数十年的发展,材料主要是由线性的多聚物和交连剂组成。通过改变多聚物的化学组成,可以改变人工晶体的折射率、硬度等等。

最经典的人工晶体材料是PMMA,是表面肝素处理晶体,也就是聚甲基丙烯酸甲酯。这种材料是疏水性丙烯酸酯,只能生产硬性人工晶体。 但是此种晶体却是在当时的医疗水平下唯一可以用于糖尿病病人的人工晶体。但是现在多种材料的产生、医疗技术水平及方式的改变和提高,使糖尿病病人不再局限于PMMA人工晶体。

可调人工晶体

白内障摘出并人工晶体植入术的成败及并发症的多少,不仅取决于手术设备和医生的手术技术,也在很大程度上为人工晶体本身各种因素的影响。人工晶体的材料、制造工艺、种类式样等因素都已证明与手术的预后密切相关,如在眼科显微手术开展及粘弹剂在眼科应用和人工晶体材料及加工工艺尚未完善前,人工晶体术后的并发症很多,明显影响手术质量,经几次革命性的改进,使得这一手术成为当今无可争辩的最有效的白内障治疗方法。特别是在过去的20多年中,由于显微手术、现代白内障囊外摘出(ECCE)手术,超声乳化术及激光治疗后囊膜混浊等技术上的进步,使得手术成功率不断提高,并发症明显减少。大多数病人的视力可重建在接近1.0水平,因此,白内障并人工晶体植入术已成为现代手术中最为成功的范例之一。除这些手术上的进步外,制造业对人工晶体本身的改进,对整个手术的成功也有不可磨灭的功绩。人们在人工晶体的材料、制造工艺、种类及式样等方面的改进,使得人工晶体越来越能真正地代替人的自然晶状体了。  

材料特性

PMMA材料

英国医生Harold Ridley观察在第二次世界大战期间的飞行员被飞机座舱盖的碎片溅人眼内,发现用PMMA制成的舱盖碎片在眼内没有发生异物反应,它与人体组织有非常好的相容性,而用此材料制造人工晶体,他为人工晶体植入奠定了基础。聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)用来制造人工晶体,几十年的临床应用证明,这种材料稳定、质轻、透明度好,屈光指数大,生物相容性好,且不会被机体的生物氧化反应所降解。它的理化性质,未发现任何降解或释放出丙烯酸单体。它在组织内的稳定性也相当好,不仅是由于其本身的理化惰性,而且对机体的生物反应较轻,对老化及环境中其它变化的抵抗力也很强,其折射率约为1.491。它能透过较宽范围的波长(300~700hm),包括紫外光谱,所以植入人工晶体后的

眼与无晶状体眼一样感受颜色更亮、更饱和,昼光下会有蓝视现象,但红视不多见。PMMA的主要缺点是不能耐受高温高压消毒。至今PMMA仍然是制造硬质人工晶体的首选材料。

为了克服PMMA人工晶体不能吸收紫外线的光学缺点,最近发明了以复方羟苯基三唑为材料的吸收紫外线的人工晶体。  

玻璃材料

多彩的人工晶体

玻璃也曾被用来制造人工晶体的镜片。玻璃的透明度好,屈光指数大,比PMMA优越的地方是它更耐久,而且可以耐受高压消毒,但玻璃人工晶体比较重,易导致镜心偏移和脱位。由于玻璃质地太硬难以打孔和接袢,最大的问题是受到Nd:YAG激光击射后会发生碎裂而这种击射是目前治疗人工晶体植入后晶状体后囊混浊的首选方案。由于这一原因,玻璃人工晶体在1984.年就从市场上消失了。  

硅胶水凝胶材料

近年来也用硅胶和水凝胶(hydrogels)制造人工晶体。由于其质软具有充足的柔韧性,故又称为软性人工晶体,可通过小切口植入眼内。水凝胶又根据聚合体中含水率的多少和其性质,分成2种:聚甲基丙烯酸羟乙酯(PHEMA)和高含水率的水凝胶。目前在临床上使用最广泛的软性人工晶体是硅胶,其次是PHEMA。有折叠式和非折叠式。于1997年得到美国FDA销售许可的Array折叠式多焦人工晶体,其视光部是用第二代硅凝胶新型光学材料(SIMZ/UV),袢体材料是PMMA。

此型人工晶体的前表面为非球面,有一系列重复的连续的晶状体屈折力,晶体视部中央4.7mm直径范围内有5个非球面形的环形区域,环形区之间的过渡较平缓,这种设计可提供由远到近的焦点范围,也减少了引起眩光和光晕量的可能性,中央2.1MM直径的第一个环形区域主要提供远视力,直径2.1~3.4mm的第二个环形区主要提供近视力;直径3.4~3.9mm的第三个环形区提供远视力;直径3.9~4.6mm的第四环形区提供近视力,直径4.6~4.7mm的第五个环形区提供远视力,也是向周边球面区过渡的区域。此型人工晶体的功能受瞳孔大小的影响不大,但它们仍然要求瞳孔直径大于2.1mm才能使它充分发挥功能,此人工晶体所有提供近视力的环形区都在晶体所处的平面提供+3.50D的屈光力(相当于+2.40D老视眼镜的屈光力)。所有提供远视力的环形区,尤其是第一个环形区,可为远处物像提供一定程度的景深。此型设计可减少人工晶体偏位、倾斜和术后散光的影响。

水凝胶材料

此型人工晶体属于折射型,它不会像衍射型人工晶体那样发生高阶衍射而丢失部分人射光线的能量,所有入射光线全部应用于视觉系统。此型人工晶体是应用折射和(或)衍射的光学原理,使经过多焦人工晶体的光线产生两个或多个焦点,则远处和近处物体发出的光线均能聚焦视网膜上。

人工晶体光学镜片材料、光学镜片的式样及人工晶体的制作形状都在不同程度上影响着手术的效果。从材料上看,被半个世纪的“临床考验”所证实为安全、稳定的PMMA仍是目前乃至将来一段时间内最理想的人工晶体材料,镜片的类型趋向于各种“后凸”型的或向前倾斜10度角的平凸型的,因为这几种人工晶体引起的后囊混浊最轻、最少;多片式的由于易导致镜心偏移、脱位及眼内感染等并发症而将陆续被淘汰,取而代之的将是单片式全PMMA或硅胶的人工晶体。  

丙烯酸酯材料

此类人工晶体以Alcon公司生产的SA60A-L型Acrysof人工晶体为代表,采用单片设计,和光学部为一整体。材料均为丙烯酸酯。丙烯酸酯是由苯乙基丙烯酸酯和苯乙基甲基丙烯酸组成的共聚体。它属于PMMA系列,具有与PMMA相当的光学和生物学特性,但又具软性,而且折叠后的人工晶体能轻柔而缓慢地展开。这种材料的人工晶体可吸收紫外线(波长398~400wn),屈光指数为1.55,光学部直径为55mm,人工晶体全长为125mm,适于植入晶状体囊袋内。Acrysof人工晶状体由于生物相容性好,后发性白内障发生率较低。

大多数人工晶体可以阻挡太阳光中的紫外光线,但不能够滤过光谱中的蓝光部分,近来有学者提出,这一部分的光线对于视网膜特别是黄斑区有损伤作用。为了解决这一不足,Aleon公司最新推出了Acrysof natural蓝光滤过型人工晶体,是在丙烯酸酯材料中增加了黄色载色基团,可以滤过有害的蓝光,它是目前最接近人眼生理状态的人工晶体。  

度数的计算

目前,人工晶体屈光度计算一般都用SRKⅡ公式。

SRKⅡ公式(回归公式)

P=A-2.5AL-0.9K

P为植入的人工晶体度数

A为常数(厂家根据晶体的类型、材料、操作技术设定)

AL为眼轴长(眼科A超测定,一般为23.5mm左右)

K为角膜屈率(角膜屈率仪测定,实际为[K ,一般是44左右)。

现在,眼科A超已设置该计算公式,只要把数据代入,即可得出结果。若用手工计算,则要用回归的方法,即:

A=A+3, 当 AL<20

A=A+2, 当20≤AL<21

A=A+1, 当 21≤AL<22

A=A, 当 22≤AL<24.5

A=A-0.5, 当 AL≥24.5  

分类对比

折叠式人工晶体:其晶体由于材料是软性的,故手术中用显微器械将其折叠以缩小其面积后,可以通过更小的手术切口植入到眼内,通常仅仅是折叠前所需要的手术切口的一半。手术切口越小,恢复越快,术后的反应也越轻,术后术源性散光越少。

非折叠式人工晶体:其晶体由于材料是硬性的,手术中不能将其折叠缩小,故手术切口相对较大,其切口的大小是折叠式晶体的两倍。

目前发达国家普遍使用超小切口白内障术式+超声乳化+高品质折叠人工晶体植入。手术切口更小、伤口愈合更好、手术时间更短、术后反应更轻、视力恢复更快、术后视力更清晰。  

生物相容性研究

人工晶体的生物相容性关系到术后长期的视功能,其临床体现的主要指标有后囊膜混浊、前囊膜混浊、囊膜皱缩、前房闪辉、人工晶体前细胞沉积。

后囊膜混浊是最重要发指标,其与人工晶体的材料和设计有关。近年来认为方形边缘设计能阻止晶状体上皮细胞的迁移,减少后囊膜混浊的发生。在材料方面,Sammelson等发现同是方形边缘设计的疏水性丙烯酸酯和硅凝胶人工晶体在术后1年和3年的观察中后发障发生率均较低,两者无差异。硅凝胶和疏水性丙烯酸酯人工晶体后囊膜混浊发生率均较低,水凝胶和聚甲基丙烯酸甲酯人工晶体的后囊膜混浊发生率较高。

前房闪辉是人工晶体植入后血-房水屏障破坏和异物反应的指标。有研究发现硅凝胶、水凝胶和丙烯酸酯人工晶体植入术后第1天,丙烯酸酯的闪辉值较高,6个月后前房闪辉无明显差异,术后3年硅凝胶人工晶体较丙烯酸人工晶体前房闪辉轻,但差异无统计学意义。研究表明不同材料对前房闪辉无明显影响,机体对异物的反应可能由多因素决定,材料不是惟一的因素。

另一反映异物反应的指标是人工晶体前细胞沉积。沉积的细胞类型有小圆细胞、晶状体上皮细胞、纤维样细胞和异物巨细胞。Dorey等[12]比较了4种不同类型细胞在丙烯酸酯、水凝胶和硅凝胶人工晶体表面的沉积情况。术后180 d巨细胞在各种人工晶体表面的沉积均较少,差异无显著性。术后180 d上皮样细胞在丙烯酸酯人工晶体上的沉积多于硅凝胶人工晶体和水凝胶人工晶体。纤维样细胞在术后各人工晶体表面沉积无明显差异。沉积的晶状体上皮细胞在术后30 d达到高峰,然后下降,术后30 d晶状体上皮细胞在硅凝胶人工晶体的沉积变化较大,这此细胞在不同人工晶体表面的沉积反应差异不明显。

人工晶体在囊袋的稳定性也是生物相容性的体现指标。囊袋的运动与撕囊口大小变化有关,观察硅凝胶、丙烯酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯人工晶体在术后3,6,12个月的撕囊口大小变化,发现丙烯酸酯人工晶体撕囊口的缩小明显少于硅凝胶和聚甲基丙烯酸甲酯人工晶体,硅凝胶和聚甲基丙烯酸甲酯人工晶体两者之间无差异。Hayashi等观察到术后6个月丙烯酸酯和水凝胶人工晶体的囊袋稳定性较硅凝胶人工晶体好。  

发展趋势

边缘和表面形态设计

人工晶体的边缘和表面形态设计,近年来对后发障的研究肯定了方形边缘设计的人工晶体能抑制晶状体上皮细胞由周边囊膜向视轴中心生长,从而抑制后发障,故人工晶体的方形锐缘有屏障作用。最近研究发现方形边缘设计、相对扁平的前表面、高折光指数是加重术后眩光等不良光学现象的主要原因。为解决方形边缘在光学上的缺陷,各公司推出各种新型材料和设计的人工晶体。博士伦公司的Akreos采用低折光指数的新水性丙烯酸酯结合等凸的表面设计,希望使方形边缘带来的眩光现象减少。AMO公司的Sanser型人工晶体,在后光学边缘直角边设计的基础上,将前光学边缘设计为圆钝形,从而起到减少眩光的作用。这些晶状体的最终效果如何,仍待临床观察。  

非球面人工晶体

球面像差是植入球面人工晶体后,影响白内障术后患者功能性视觉的主要原因,各种非天面人工晶体设计目的均是为了消除人眼的球差,以提高光学质量,获得良好的视网膜图像。博士伦非球面人工晶体本身采用双面非球面零像差设计,有均一的屈光力,因此成像质量受人工晶体位置影响小,同时角膜的形状及瞳孔的大小对该种人工晶体眼的像差影响也较小。  

可调节人工晶体

调节型人工晶体是通过人工晶体在囊袋内的前后移动改变屈光状态而获得一定程度的调节。双光学面设计的调节型人工晶体在移动相同的距离时,产生的调节力更大。Visiogen公司的Synchrony人工晶体是一种双光学面设计的人工晶体,前光学面为正球镜,后光学面为负球镜,两者构成正视化镜片组合。在不同调节与松弛状态下,通过悬韧带、晶状体囊袋的舒缩作用,使其前光学面前后位移,改变两个不光学部分间的距离,达到调节作用。  

多焦点人工晶体

多焦点人工晶体分为折射型和衍射型,均通过分散进入眼内的光线达到视远和视近的目的。Alcon公司的ResterIOL是使用较多的衍射型多焦点人工晶体,公中心直径3.5 mm的区域为衍射环区,在光线充足小瞳孔条件下有视远和视近的能力,在夜间瞳孔放大时,更多的光线进入瞳孔用来视远,这样可减少夜间眩光。TecnisZM100衍射型人工晶体采用了非球面设计,较球面人工晶体有更高的对比敏感度。  

黄色人工晶体

目前的人工晶体均加入紫外吸收剂阻挡紫外光,但普通人工晶体不能阻挡蓝光。研究显示蓝光与黄斑变性的发生相关,黄色人工晶体设计目的在于阻挡蓝光,减少对黄斑的光损伤。  

广泛应用领域

(1)适合微切口的人工晶体:微切口的白内障手术是指切口小于2 mm的白内障超声乳化术,目前专为微切口白内障摘除手术设计应用的人工晶体有2种:①Acri Smart人工晶体,材料为疏水型丙烯酸酯,一片式设计,可通过1.4 mm切口,植入后其在囊袋里稳定性好,并具用一定的假性调节力。②Thin OptX人工晶体,为亲水型丙烯酸酯材料,其光学部超薄,卷曲折叠,可能过最小为1.0 mm切口,可获得类似于传统折叠型人工晶体的远、近视力。

(2)可植入式微型望远镜式人工晶体:可植入式微型望远镜式人工晶体适用于有黄斑变性的白内障患者,可将物像放大3倍,为患者提供单眼放大的中心视力,而对侧眼保留周边视力,以提高生活质量。目前,此种晶体还在临床观察中。

(3) 光调节人工晶体:由交叉排列的硅凝胶聚合体基质和均匀分布的光敏小体组成,当用近紫外线照射晶状体光学部位时,可使光敏小体聚合和迁移,从而改变晶状体的厚度,进行原位近视、远视和散光的精细调节,是最有前途、满足个性化需求的人工晶体,是最有前途、满足个性化需求的人工晶体。

总之,人工晶体材料和设计的发展使人工晶体在生物相容性、术后视功能、调节机能、光保护等方面有了很大提高。人工晶体种类的拓宽也给临床医师更多的选择,医师可根据不同的病患条件和要求进行个性化选择植入。今后可能对注入式材料和智能型材料有更多的研究。能以液态注射入完整的囊袋内,注射后迅速固化为凝胶状态并保留调节能力的人工晶体将是今后研究和发展的方向。

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