原发性闭角型青光眼房角关闭的力学机制研究

发布时间：2019-05-16 11:11

【摘要】：原发性闭角型青光眼(primary angle closure glaucoma, PACG)是我国最常见的致盲性眼病。可疑原发性房角关闭(primary angle closure suspect, PACS)患者在某些因素的促发下房角突然或进行性关闭,最终导致PACG不可逆的视功能损害。深入认识房角关闭机制,筛选高危PACS是临床防治工作的核心和重点。目前房角关闭机制大体分为两类：静态解剖危险因素和动态促发因素。前者主要是指浅前房、窄房角、厚且曲率大的虹膜、晶状体、短轴长等“小眼球”解剖特征。这些拥挤的解剖结构在某些动态因素的促发下更易发生房角关闭。但是受技术手段的限制,鲜有研究深入探讨这些静态解剖因素本身是否会改变房水循环特征,影响前节组织性质,从而可能参与到房角关闭的进程中。此外,单纯静态因素难以解释具有相同解剖特征的PACS患者发病概率的差异。越来越多的研究关注到促发房角关闭的动态危险因素中。如目前普遍接受的瞳孔阻滞机制—房水由后房流经虹膜晶状体间隙时,虹膜与晶状体相贴产生了一个增加房水外流的阻力,尤其是在瞳孔中等散大时,该阻力最大,可促使虹膜膨隆关闭房角。但是,正常人也存在一定程度的生理性瞳孔阻滞力。如何在体定量瞳孔阻滞力大小,判定生理与病理性瞳孔阻滞力的临界点,是临床工作拟解决的另一个问题。瞳孔阻滞不是房角关闭的唯一机制。虹膜周切手术消除瞳孔阻滞后,仍有部分患者发生房角关闭。越来越多的证据表明,房角关闭机制复杂多样且交错关联。考虑到虹膜是阻塞房角的关键结构,虹膜形变差异及相应的力学特征无疑是房角关闭动态机制研究的重点。生物力学指以守恒定律等基本物理学原理为基础,利用力学实验技术测量生物解剖特征和力学性能,通过计算机模拟或实验探索生物流体、固体以及运动过程中相关的力学问题。近些年,随着多学科交叉整合,生物力学的原理和方法更广泛地用于医学研究,为阐明机体的力学过程,明确疾病发生发展提供了新的方向。本研究基于上述三个方面问题,借助生物力学理论或研究手段,从静态到动态,从离体模拟到在体测量,提出探索PACS房角关闭机制的新方法： 1.以房水流体动力理论为切入点,采用计算机仿真技术,模拟PACS静态解剖危险因素下房水流动过程,探索对虹膜等前节组织生物力学行为影响。 2.以Mopstone力学矢量公式为基础,结合图像测量软件,计算PACS患者暗室下瞳孔阻滞力大小,评估病理性瞳孔阻滞力阈值。 3.以虹膜形变特征为关注点,利用扩瞳激发试验,分析PACS患者虹膜形变与房角关闭的相关性,探究虹膜“压缩”特征在动态房角关闭中的保护作用。第一部分可疑原发性房角关闭患者前房三维重建与房水流场数值模拟目的：利用光学相干断层扫描(optical coherence tomography, OCT)影像重建人眼前房三维仿真模型,探究PACS患者和正常对照者不同前房解剖特征对房水流动的影响。方法：选取33名PACS患者和33名年龄、性别匹配的正常对照者的OCT影像,用UG参数化造型的方法分别对两者前房进行三维建模,并用CFX软件的有限体积分析方法对整个前节的房水流动过程进行数值模拟,获得流线、流速、温度分布特征以及虹膜等组织壁面切应力和热通量数值。结果：构建了PACS患者和正常对照者前节三维有限体积模型。模拟结果显示,与正常对照者相较,PACS的前房解剖结构对房水流线和温度分布特征无显著影响。房水在前房主要受浮升力驱动,呈涡流样流动。立位时房水流动呈现与前房形状一致的椭圆形涡流,卧位时则呈现沿瞳孔轴向360°方向扩散的环形涡流。前房的热传递方式与固体导热类似,呈线性分布。PACS患者窄小的解剖结构限制了前房水自然对流的空间,故各体位下平均流速较正常对照者小,对上方前房加热作用弱,各壁面切应力值均小于正常对照者,而热通量值均大于正常对照者。立位下两者房水平均流速分别为0.875×10-4m·s-1和1.22x10-4m·s-1；角膜平均切应力分别为3.24x10-4Pa和4.52－10-4Pa,虹膜平均切应力分别为3.01×104Pa和4.73×104Pa；角膜平均热通量分别为-1765.05W·m"2和-992.474W·m-2,虹膜平均热通量分别为2574.5W·m-2和1646.94W·m-2,晶状体平均热通量分别为709.514W·m-2和633.012W·m2。结论：该模型模拟了PACS患者前房解剖参数下的房水流动过程,数值模拟结果从房水动力学角度为研究PACG的静态危险因素提供了数理依据。第二部分可疑原发性房角关闭患者瞳孔阻滞力的定量研究目的：定量比较PACS患者和正常对照者的瞳孔阻滞力(pupil-blocking force, PBF)大小,探究PBF的诊断价值和相关前节危险因素。方法：选取54名PACS患者54眼和与之年龄、性别匹配的正常对照者34名34眼,由青光眼专科医师采集病史后,接受以下临床检查：视力、眼压、房角镜检查、轴长测量、视盘分析、视网膜神经纤维层厚度和视野检查。所有受试者在标准暗室下采用OCT和Pentacam三维眼前节分析诊断系统(pentacam scheimpflug system, Pentacam)完成眼前节扫描。利用图像处理软件测量虹膜、房角参数,计算PBF大小。利用ROC曲线分析PBF的诊断价值。采用相关分析和回归分析明确影响PBF大小的危险因素。结果:PACS患者前房(中央前房深度CACD、周边前房深度PACD、前房容积ACV、房角开放距离AOD500、房角度数ACA)较正常对照者浅窄(P0.001)。虹膜厚度(IT2000)薄(P=0.003),且曲率(I-curv)大(P0.001)。两者瞳孔直径(PD)、虹膜厚度(IT750)、虹膜截面积(IS)、体积(IV)及中央角膜厚度(CCT)、角膜容积(CV)无统计学差异(P0.05)。PACS患者的PBF是正常对照者两倍(0.0792±0.0522λvs.0.0300±0.0226λ,λ指虹膜基质杨氏模量,P0.001)。PBF预测PACS的ROC曲线下面积为0.840,临界值为0.0321λ,灵敏度为0.926,特异度为0.588；预测高危PACS的ROC曲线下面积为0.741,临界值为0.0768λ,灵敏度为0.615,特异度为0.855。多元线性回归分析显示影响PBF大小的因素包括性别(P=0.024)、发作史(P0.001)、IT750(P0.001)以及I-curv (P0.001)。结论：PACS患者PBF明显大于正常对照者,在体PBF定量分析有助于深入研究房角关闭机制,为PACS患者预防处理提供参考依据。第三部分可疑原发性房角关闭患者药物性扩瞳后前节变化的研究目的：比较PACS患者和正常对照者药物性扩瞳后前房动态变化,尤其是虹膜形态改变,探究虹膜动态形变在闭角型青光眼发病中的作用和可能机制。方法：纳入19名PACS患者19眼和与之年龄、性别匹配的19名正常对照者19眼。所有受试者经完整的采集病史后进行以下检查：视力、眼压、房角镜检查、轴长测量、视盘分析、视网膜神经纤维层厚度及视野检查。在标准暗室下采用OCT以及pentacam完成眼前节扫描。局部滴用复方托吡卡胺眼水一滴,30分钟后再次采集OCT以及Pentacam图像。利用图像处理软件测量前节虹膜、房角等参数,对比扩瞳前后组内和组间变化差异,分析与AOD500变化相关的危险因素。结果：扩瞳前PACS患者与正常对照者角膜参数(曲率Km、散光Astig、CV、CCT)和虹膜参数(IT750、IS、IV)无统计学差异(P0.05)。PACS患者的PD较正常对照者小(P0.05)；前房CACD、PACD、ACV、AOD500窄(P0.001)；轴长(AL)短(P0.05);I-curv更为膨隆(P0.001)。组内比较显示：药物性扩瞳后两组IT750均增加,前房CACD和PACD变深,ACV变宽大,而I-curv、IS及IV均变小(P0.001)；PACS患者扩瞳后AOD500变化无统计学差异(-0.020±0.087mm,P0.05),而正常对照者明显增大(-0.074±0.111mm,P0.05)。组间比较示：PACS组虹膜体积随瞳孔扩大而缩小(△IV/△PD)的程度小于正常对照组(-2.47±1.33mm2vs.-3.63±1.58mm2, P0.05)。线性回归分析示扩瞳后AOD500变化与CACD变化以及△IV/△PD最为相关(P=0.002),其次为性别(P0.05)。结论：药物性扩瞳后虹膜体积减少的不足与PACS患者狭窄的房角相关。虹膜“压缩”形变在房角动态关闭中可能起保护作用。
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【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R775.2

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