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李莹教授:眼见为实,改变人类视力的那道光
2020.07.06
  来源:山东大学耳鼻喉眼学报6月6日
  李莹,《山东大学耳鼻喉眼学报》编委。中国医学科学院、北京协和医学院教授、博士生导师,北京协和医院眼科主任医师、角膜专业组组长、近视激光手术中心主任,是国内最早开展近视治疗手术的专家之一,在近视手术个性化设计、感染性和非感染性角膜疾病和角膜屈光手术疑难并发症的诊治方面具有丰富经验。学术兼职:中华医学会眼科学分会角膜病学组副组长,中国微循环学会眼微循环屈光专业委员会主任委员,中华医学会眼科学分会专家会员,中国医师协会眼科分会角膜病专业委员会副主任委员,亚洲干眼学会委员,亚洲干眼协会中国干眼分会学术委员,海峡两岸医药卫生交流协会眼科委员会委员,中华医学会北京眼科分会委员,国际白内障和屈光手术协会委员,中国女医师协会眼视光学专委会副主任委员。荣誉成就:作为全国“准分子激光治疗仪使用人员上岗资格考试”培训专家、国家自然科学基金评审专家,为推动准分子激光角膜手术的规范化发展做出很大贡献。在2015年“我国眼科科研人员近15年国内学术影响力”排名榜中,位列六强。负责和参与多项国家级、教育部、北京市等国内重大自然科学科研基金项目工作,另外还有美国ARVO等国外科研合作基金项目,且多次代表中国参加世界高水平学术活动做大会主持或大会发言。主持的《准分子激光角膜切削术治疗近视眼的临床研究》等研究项目分别获卫生部科技进步奖、北京协和医院医疗成果奖等。参加多部论著编写,主译《角膜-基础与临床实践》2007年获得中国优秀科技翻译图书奖。

  光总与光明相伴,人总与自然相伴;有光才有绚丽的世界,有人才有多彩的生活。人类对光的追求,不亚于赖其生存的植物。光给人们方向,使人们遐想,人类对光的追求总是会义无反顾,代代相传。没有光,就没有我们人类的生活和生态,以至于生命都不可能。光对人类来说是如此的重要。然而,人类也会通过自己的智慧去创作“光”--激光,一种自然界原本不存在,因受激而发出的光。

激光被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”,这是20世纪以来继核能、电脑、半导体之后,人类的又一重大发明。激光的英文全名:“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”,意思是“通过受激辐射光扩大”,完全表达制造激光的主要过程。激光的原理早在1916年已被著名的犹太裔物理学家爱因斯坦发现。原子受激辐射的光,故名“激光”:原子中的电子吸收能量后从低能级跃迁到高能级,再从高能级回落到低能级的时候,所释放的能量以光子的形式放出。被引诱(激发)出来的光子束(激光),其中的光子光学特性高度一致。因此激光相比普通光源单色性、方向性好,亮度更高。激光应用很广泛,除了有激光打标、激光焊接、激光切割、光纤通信、激光测距、激光雷达、激光武器、激光唱片,还有广泛应用于医学激光矫视、激光美容、激光扫描等等,也就是说激光它在自然界中原本不存在,它是为人类提供帮助的特殊“人造”光。


  50多年来,激光技术与应用发展迅猛,激光治疗可以做到精准切割要切削的位置,而对周围组织没有损伤,没有毒副作用。目前,激光临床应用眼科领域包括近视矫正、视网膜修补、分子级微创手术等。在以近视为主的激光角膜屈光手术领域通常应用两种激光,即准分子激光和飞秒激光,两种都是人眼不可见、没有温度的“冷激光”。

准分子激光(excimer laser):早在1982年,美国哥伦比亚大学Trokel教授就开始了准分子激光消融角膜组织治疗屈光不正的探索性研究,近40年来,准分子激光的技术进步是我们角膜屈光手术不断发展优化的一股重要力量。简单来说就是高压电使稳定的惰性气体原子到达激发状态,与卤素原子短暂结合形成“准分子”激光。准分子的英文名excimer是由excited和dimer组成的合成词,意思是“被激发的二聚体”,准分子激光由氟与氩(ArF)受激而成,处于紫外光谱。此种高能量的激光通过直接的光化学作用使细胞的分子键断裂,包括吸收、断键和切削等过程,因此也称光切削或光消融(photoablation)。波长为193nm的准分子激光具有足够的能量使组织内分子键形成微小碎片并挥发,而被切削后的角膜组织表面光滑、透明。其特点:①精准:精度0.25um可以做到精准切割,在激光手术中常常用来“制作度数”;②冷激光:对周围角膜组织无损伤,不会“烧伤”周围组织;③脆弱:激光发出后易受周围气味影响、易受灰尘及组织碎屑阻挡,哪怕阻挡物完全透明,仍然无法穿越。1985年,Seiler教授在德国柏林率先将193nm的准分子激光用于眼科临床,研究发现紫外波段的激光作用于角膜上时,几乎全部被浅层角膜吸收,使局部的细胞组织汽化分解,从而达到了用光消融角膜组织的目的,但对周围组织并不产生影响,准分子激光的这种现象就被称为光化学作用。在此之后,准分子激光的性能在眼科需求和产业研发推动下不断发展,一大特征就是激光扫描频率越来越快,最高已经能够实现每秒钟发射超过1000个激光脉冲(1050Hz),与之相匹配,准分子激光机就需要配备高速眼球主动跟踪功能,提升组织消融的精准程度。另外,为了使角膜组织的消融效果更加精细,激光光斑也越来越小,2015年,新一代准分子激光设备又优化了激光脉冲的空间分布,使消融后的角膜表面更加光滑,这些技术进步都有助于近视手术的效果和术后恢复结局。准分子激光手术前,眼科医生还能通过多种辅助检查设备,为屈光不正患者定制更合理的手术切削模式,这时近视手术的目标常常针对的是眼睛现存的视觉质量问题如眩光,改善视功能,就像量体裁衣,通常被称为“个性化手术”。


  准分子激光可以在头发上进行精细的消融却几乎不导致损伤

飞秒激光(femtosecond laser,FS)是一种近红外激光。是一种脉冲宽度为飞秒量级的近红外激光。飞秒为时间单位(1fs=10-15sec)。应用原理是利用其极短的脉冲宽度较小的光脉冲能量获得极高的峰值功率以及具有极强聚焦能力,可以在角膜内任何深度完成精确到0.1mm的精细切割。临床的飞秒激光波长为1043-1053nm,穿透能力强。1995年飞秒激光开始被用于软组织的切割。2001年第一台商用飞秒激光机应用于屈光不正矫正手术中制作角膜板层瓣,即飞秒激光辅助下的准分子激光角膜原位磨镶术(FS-LASIK)。其特点:①穿越:飞秒激光可以穿过透明组织实现“隔山打牛”而对穿越的组织无影响;②准确:精确到0.1mm的精细切割。飞秒激光主要用于切割组织,通常在屈光手术中制作角膜瓣。

  激光脉冲聚集到角膜组织中,产生光爆破

随着飞秒激光的应用,出现了全飞秒概念。全飞秒指的是一个近视激光手术(SMILE手术,飞秒激光小切口透镜取出术,Small incision lenticule extraction surgery)整个手术过程主要应用飞秒激光来完成,根据患者屈光度制作相应角膜基质透镜。“SMILE”手术是多种角膜屈光手术设计理念的结合也是现代科技发展的重要结晶,它的出现标志着角膜屈光手术“微创”时代的到来。由于全飞秒手术VisuMax设备手术时采用弧形角膜镜固定眼球,激光束可以精确聚焦于角膜不同深度进行层间弧形分离实现3D立体切削来制作透镜,并通过微小切口直接取出,不再制作角膜瓣。避免了一系列因制作角膜瓣引起的手术并发症,同时也避免了手术后因外伤等引起的角膜瓣移位及生物力学稳定性受影响等术后安全隐患,使其安全性大大提高。飞秒激光穿越透明角膜组织进行扫描及透镜成型代替准分子激光的切削,使手术的精确性和可预测性明显提高,术后干眼症状比半飞和PRK明显减少、减轻。


  啁啾脉冲放大技术是全飞秒激光SMILE手术所使用的VIsuMax激光系统产生超短激光脉冲的关键,全飞秒激光SMILE手术中的应用曾经作为获得诺贝尔奖的评审依据出现在诺贝尔物理学奖的公布现场,SMILE手术上的应用已有12年更验证了它的精准,突显出微创、轻柔、精确、安全的特点,越来越被更多医生和患者信赖和接受,已经为全球260万近视患者摘掉了眼镜,仅中国完成超过了150万例手术。

  激光技术的问世不仅仅推动了新技术发展,使更多的有需求的屈光不正的患者获得多元化的手术设计、良好裸眼视力、舒适生活视觉质量、生活和工作方便、增加就业机会。矫正屈光不正的范围较广,受众人群与以往也有变化。以往拟进行激光角膜屈光手术的患者最担心的就是手术能否达到预期矫正和手术安全问题。现在更关心术式的选择、视觉质量,特别是夜间视力、近距离阅读以及一旦再出现近视是否可以再次激光的问题。

近些年近视眼的发病率在我国及至世界,都是很高的。据统计,全世界近视眼的发病率逐年提高,不仅仅大城市,乡村孩子近视发生也越来越低龄化和普遍化。我国近视总人数已超过4.5亿,病理性近视人数超过1千万。近年来,儿童青少年总体近视发病形势越来越严峻。2018年的统计数据,全国儿童青少年总体近视率为53.6%,其中6岁儿童为14.5%,小学生为36%,初中生为71.6%,高中生为81%。


  近视眼的发病率之高,其原因除了部分为遗传因素外有多方面的。如近年来,随着电子产品在普及,人们近距离用眼工作越来越多,用眼时间越来越长,不注意用眼卫生以及户外活动少等。部分高度近视有一定的遗传因素,研究表明,同等条件下,与父母都不近视的孩子相比较,父母单方近视的孩子,发生近视的几率高2.1倍,父母双方都近视的孩子,发生近视的几率就增长到了4.9倍。另外还有人们对眼健康关注度提高,儿童期经常检查视力,近视眼的筛查率也提高了。近视不仅仅远视力不好、丢掉眼镜的辅助生活受到严重影响、视野范围也变得狭小、或者戴眼镜不方便、或到了成人做个近视屈光手术就不近视了的问题,更重要的随着近视度数的增加,成年后的很多职业要求受到限制、还有伴随近视度数的增加,眼底和黄斑的并发症比例会增加,严重可以导致失明。所以近视防治要从小做起,我们鼓励学校、家长要及早关注孩子的眼健康情况,定期给孩子检查眼睛,正确进行医学验光、低龄化干预和治疗,将近视发生率控制更低、发展速度更慢。

眼睛是心灵的“窗户”,透过眼睛我们看到美丽清晰的世界,而近视却让我们心灵的“窗户”变得模糊,不再清晰。激光近视手术在我国有30多年临床应用,通过激光准确而个性化的治疗,使很多人获得了良好的视觉效果和裸眼视力。激光近视手术,给人类带来了福音,让人们看得见、看的清晰,生活更舒适,工作更加便利。应用先进的激光技术让更多的人眼见为实,用那道光帮助人类改变视力,改变世界。


  附:近视激光手术方式和如何选择手术

  一.激光手术方式:以近视为主的角膜激光屈光手术的部位是在眼睛角膜上。从手术位置特点区别:分为表层和基质层两大类。表层准分子激光手术包括原始的最原始PRK、随后改良的LASEK、Epi-LASIK和最新的Trans-PRK)四种,是在角膜表面上皮下层和基质表面之间的准分子激光的切削,不需要制作角膜瓣或者角膜帽,也被称为“无痕手术”。手术操作相对简单,角膜并发症及少,术后视觉质量好等优点。由于上皮愈合时间至少72小时,术后眼疼明显、视力恢复慢、激素应用时间长和少数患者出现角膜上皮下雾状混浊(haze),适应证受到限制。但全激光Trans-PRK是目前表层手术中最先进的类型,不良反应更少,眼部不适感更轻微,是目前主流的表层手术。低度近视、眼部容易外伤工种、非青光眼家族、不易失访者可以优先考虑;还有二次激光补矫、角膜移植、白内障、有晶状体眼内晶体植入、翼状胬肉术后等散光,表层手术更为安全有效。

  角膜基质层激光手术包括带有最早开始带有角膜瓣的LASIK、和以后的FS-LASIK和以及最新的没有角膜瓣的SMILE手术。由于飞秒激光逐步替代了微角膜刀的应用,LASIK目前越来越少,被Fs-LASIK逐步替代。飞秒激光制作角膜瓣更为精准、安全。这类手术疗效特点:视力恢复快、眼部疼痛轻微、屈光度范围广、激素应用时间短,特别是具有个性化设计,适合绝大多数患者选择。SMILE手术整个手术过程主要应用飞秒激光完成,根据患者屈光度制作相应角膜基质透镜,也称“角膜微创手术”。其具备了以上表层手术和角膜瓣手术的优点,微创、不痛、术后视力恢复快、屈光状态稳定、激素应用时间短,手术安全性、可预测性和患者舒适性大大提高。

  因此,表层全激光Trans-PRK、板层带角膜瓣的半飞秒FS-LASIK和不带角膜瓣的全飞秒SMILE三类手术成为主流,各有特点、三角鼎立,互相补充,使更多的患者获得最佳的手术方式和最好的手术效果。

二.手术方式选择:术前严格把握手术的适应证是决定手术成功的基础,目前主要有以下情况作为角膜术式的首选:①角膜厚度与屈光度相匹配。术前角膜厚度≥450um,激光治疗后角膜基质厚度≥280um以上,且不小于术前全角膜厚度的1/2;②角膜曲率与规定范围相适宜。术前中央角膜曲率最高点48.0D以内,要筛选出圆锥角膜和可疑圆锥角膜患者,术后角膜变薄可以加速圆锥角膜的发生;③屈光度数在-10.0D以内。特别考虑角膜承受力和生物力学的限制和表层激光后的特殊细胞激活反应,建议表层手术低于-6.0D;基质层手术低于-10.0D;近视度数偏高、长期从事室外工作、青光眼家族史、可控制的青光眼、先天性白内障或者术后容易失访者首选角膜基质的LASIK、SMILE手术,而非表层激光手术。以免表层手术术后激素应用时间长而出现激素性并发症,加剧原发疾病的进展。总之,各种类型有各自特点,我们要严格掌握好适应证,个性化选择术式,术后正确的指导用药,严格控制并发症,使得患者获得最好的治疗效果。


 三代激光视力矫正术式示意图