基于磁共振成像检查的青年人晶状体调节研究

张爱 郑穗联 史建静 周云新 陈伟

人眼的晶状体调节是近视、老视治疗，人眼调节重建，人工晶状体研制的核心问题。关于晶状体调节机制存在3种理论：赫尔姆兹（Helmholtz）理论、旋戈（Schachar）理论和探舒尔宁（Tescherning）学说。目前，有多种测量方法可测定人眼晶状体调节前后屈光因素变化。郑穗联等[1]用A型超声波初步分析调节前后屈光因素变化，但是其精确性受仪器的性能、受检者的合作程度及操作技巧等因素的干扰。光学测量如向甫鲁摄影技术必须对变形的晶状体图像进行几何重建，且在某些轴向不能拍摄[2]。眼前段光学相干断层扫描（OCT）可以获得晶状体前表面的形态数据和厚度，但无法对其后曲率进行测量和计算[3-4]。近年来有学者采用自行搭建的超长扫描深度OCT研究调节引起的相应变化[5-6]，由于睫状体遮挡，晶状体赤道部无法测量。超声生物显微镜检查虽可获得晶状体较全面的形态学数据，但分辨率较低，且不易实施刺激以诱发晶状体调节，属接触性检查，不适宜作为常规测量手段[4]。而磁共振成像（MRI）检查在任何一个层面上都能克服光学弯曲，对所有横断面成像，包括角膜、晶状体、虹膜、睫状体等眼部结构进行较高分辨率清晰成像，从而使得对晶状体进行形态学分析成为可能[7-8]。本研究通过MRI检查观察青年人晶状体调节前后形态学变化，并探讨相关调节机制。

1 对象和方法

1.1 对象 本研究于2012年1月至2013年12月在温州医科大学健康学生群体中随机抽取符合入选标准的受检对象30例60眼，其中男15例30眼，女15例30 眼；年龄 20～24 岁。入选标准：（1）年龄 20～24 岁；（2）裸眼远、近视力均≥1.0，小瞳检影验光均无明显屈光不正，-0.50DS≤屈光不正值≤+0.50DS，散光≤0.50DC，10mmHg≤眼压＜21mmHg；（3）无角膜接触镜配戴史，无眼部手术史，无眼外伤史，无1个月内点用影响瞳孔收缩的药物史；（4）眼部检查无器质性病变；（5）无心理不健康、不能忍受机器噪声者。本研究经医院医学伦理委员会审批通过和受检者知情同意。

1.2 方法

1.2.1 MRI检查 受检者双眼行MRI检查，由温州医科大学附属第二医院核磁共振室同一位有经验的技师操作。使用MR专用的头颅线圈，用海绵垫固定受检者头部。在受检者正上方放置一面平面反光镜，与人眼视线成45°，嘱受检者通过反光镜注视正前方5m远处白色点状标志物，进行MRI检查，此时双眼处于调节放松状态，该试验重复3次。休息10min后，进行调节紧张试验。瞩受检者注视正上方点状白色标志，进行MRI检查，由于受检者头部大小有所差别，因此试验时，我们在受检者头部下方垫海绵垫，每次分别测量视标与双眼平面距离，调整头部高度至调节近点以内，此时双眼处于调节紧张状态，该试验重复3次。分别获取眼球调节前后晶状体最佳横断面图片。

所有受检者均使用荷兰PHILIPS Gryoscan（1.5T）MR进行检查，使用头颅线圈自旋回波T2加权成像（T2WI）脂肪抑制序列扫描，参数如下：重复时间：1 800～2 500ms，回波时间：250～350ms；激励次数：3 次；矩阵：256×256；层厚：0.8mm；视野：130mm×130mm。每位受检者取仰卧位，注意将头位摆正，摄片要对称。对眼眶进行3D-T2WI成像，包括横断位、冠状位和矢状位；横断位和矢状位平行于视神经，冠状位垂直于正中矢状位平面。

随机抽取其中10例受检者，使用美国GE公司Healthcare（3.0T）MR进行检查，参数如下：重复时间：2 000～3 500ms，回波时间：300～400ms；激励次数：3 次；矩阵：320×320；层厚：0.8mm；视野：130mm×130mm，对眼眶进行三维稳态进动快速成像。所有试验过程，头位固定、视标设置方法同上，分别获取眼球调节放松和调节紧张时晶状体最佳横断面图片。同一受检者不同调节状态下1.5T和3.0T MRI最佳横断面图片见图1。

图1 同一受检者不同调节状态下1.5T和3.0TMRI最佳横断面图片

1.2.2 Autocad 2010软件处理 选取最佳横断面图片，前后径需经晶状体中线，水平径与垂直径为与前后径垂直的最大径线，冠状面和矢状面平行于视神经，横断面垂直正中矢状面。使用自动计算机辅助设计软件（Autocad 2010软件）分别测量眼球调节放松时和调节紧张时前房深度、晶状体厚度、晶状体直径、玻璃体腔径、眼轴、晶状体前后弧长、前后曲率半径。根据数学计算获得晶状体前后弧度、前后横截面积及总面积。

1.3 统计学处理 采用SPSS 17.0统计软件。计量资料以表示，眼球调节放松和调节紧张状态时的前房深度、晶状体厚度、晶状体直径、玻璃体腔径、眼轴、晶状体前后弧长、前后曲率半径、前后弧度、晶状体前后横截面积及总面积数值比较采用配对t检验。在1.5T和3.0T MRI的比较试验中，对上述测量数据同样行配对t检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 调节前后晶状体形态变化 与调节放松时比较，调节紧张时前房深度变浅，晶状体厚度变厚，晶状体直径、晶状体前后曲率半径缩短，晶状体前弧长、前横截面积和总面积增加，晶状体前后弧度增大，差异均有统计学意义（均P＜0.05）；而调节前后玻璃体腔径、眼轴、晶状体后弧长和后横截面积均无明显改变，差异均无统计学意义（均P＞0.05），见表1。同一受检者调节前后最佳横断面图片见图2。

图2 同一受检者调节前后比较图（a：调节放松时前房深度3.21mm，晶状体厚度3.73mm，晶状体直径8.72mm，眼轴22.91mm；b：调节紧张时前房深度2.93mm，晶状体厚度3.95mm，晶状体直径8.39mm，眼轴22.91mm）

2.2 调节前后1.5T和3.0T MRI测量数据比较 本研究随机抽取10例受检者同时做1.5T和3.0T MRI比较试验，结果显示调节前后1.5T和3.0T MRI测量数据比较差异均无统计学意义（均P＞0.05），见表2。

3 讨论

本研究发现调节前后玻璃体腔径、眼轴均无明显改变，但调节前后前房深度、晶状体厚度、晶状体直径比较差异均有统计学意义。晶状体在形态上发生了明显的改变：调节开始后晶状体前弧长增加，直径和前后曲率半径均缩短，而后弧长则无明显改变，通过计算得到，晶状体前后弧度增大，前横截面积增加，而后横截面积无明显改变，两者面积相加后总面积增大。因此晶状体在调节前后，晶状体前后曲面变凸，厚度增加，在面积上表现为前横截面积增加，而后横截面积无明显变化，在形态上表现为凸向前房。

调节发生时，人眼晶状体形态及功能的改变，是研究调节机制的重要环节。1855年H.von Helmholt提出了目前广为接受的经典调节理论：当人眼调节放松时，睫状肌松弛，赤道部晶状体悬韧带紧张，牵拉囊袋使得晶状体变扁平，引起屈光度变小；当人眼调节紧张时，睫状肌收缩，而晶状体囊向外扩展，赤道部张力松弛，晶状体因自身弹性回缩变凸，中央前后径增加，赤道部直径缩小，屈光度增大。而1904年Tescherning提出假设：当人眼在调节时睫状肌收缩，晶状体悬韧带紧张，牵拉晶状体囊膜，引起晶状体压向玻璃体，但由于玻璃体的反向作用力，使晶状体前囊中央最薄处向前凸起，因此屈光力增加。Schachar等[7]在1992年提出晶状体中央变凸、周边变平的假说：晶状体悬韧带分为前部、后部和赤道部，当调节紧张时，睫状肌收缩增加了赤道部悬韧带张力，牵拉引起赤道部直径变大，而前后部悬韧带松弛，从而使晶状体前后曲率增加，周边变扁平，中央前曲率半径减小即晶状体前中央弯曲度变陡，中央屈光度增加。Schachar等[8]认为在适应性调节过程中，晶状体的赤道直径将增加，超声生物显微镜观测到在调节中晶状体赤道向巩膜移动，并不是向前或后移动。并且定性数学模型显示赤道的微量伸张能导致晶状体的大幅度改变[9]。本研究发现调节前后玻璃体腔径比较差异无统计学意义，不支持Teschering假设。Helmholtz和Schachar都认为晶状体在调节发生时，其形态变化有轴向的移动，表现为前房变浅、晶状体变厚、晶状体中央弯曲度增加，但Helmholtz和Schachar对于调节发生作用时晶体赤道部的位移却截然相反。本研究中调节紧张时前房变浅、晶状体变厚且晶状体赤道直径变小，前横截面积增加，在形态上凸向前房，结果倾向支持Helmholtz学说。

表1 调节前后晶状体形态学参数比较

表2 调节前后1.5T和3.0T MRI测量数据比较

MRI在任何一个层面上都克服了光学弯曲，可对角膜、晶状体、虹膜、睫状体等眼部结构进行较高分辨率清晰成像，还能显示晶状体和周围眼部组织的关系[10]。有学者认为采用3.0T MRI，图像精确度更高[9-10]。本研究对1.5T和3.0T MRI作了比较实验，虽然3.0T MRI图像的清晰度的确好些，但是在数据处理方面两者比较差异均无统计学意义。本研究对前房深度、晶状体厚度、晶状体直径、玻璃体腔径、眼轴、晶状体前后弧长、前后曲率半径作了测量，对晶状体的前后表面做最近似圆弧处理，如果MRI图像分辨率进一步提高，那么包括睫状小带在内的微小结构都能清晰显示，将更有利于晶状体形态和功能的研究。此外，人眼的调节会随年龄的增长而改变，我们将对不同年龄范围的人群做进一步测量，获得更多的关于调节发生时晶状体变化的数值，以便更好地诠释调节理论。调节机制的理解将更好地引导老视、近视的治疗；进一步建立晶状体数学物理模型，为新型的更接近自然状态的人工晶状体的设计提供一定的依据。