眼角膜移植手术的简要历史

人类在创造历史文明的征途上,角膜移植手术的临床应用为角膜盲的复明谱写了光辉的篇章。在法国大革命时期,de Quengsy用一个银框的水晶表蒙进行了世界上第一个人工角膜的尝试,此患者术后8天就出现了眼球萎缩。而在1796年英国人Erasmus Darwin第一个提出了用环钻行“角膜移植”的设想,直到1817年Reisinger受Astlay Cooper游离皮肤移植的启示,在欧洲先在鸡和兔眼上进行了角膜移植的实验。随后又有学者进行了各种尝试,直至100多年后的今天角膜移植的技术逐渐趋于成熟。

角膜移植手术的基本过程是将健康透明的角膜组织替代混浊的病变角膜组织,使患者达到重新复明的效果。人的眼球就像一架精密的照相机,而角膜就是照相机的镜头,当镜头混浊或受损时,光线无法通过镜头到底片上成像。因此,要使这架照相机重新工作,就必须更换镜头,通俗地说就是角膜移植手术。医师给患者进行更换镜头的手术,如何将病变的角膜组织规则的切除,同时缝合上一个完美透明的角膜组织,使其尽量有良好的光学效果,同时又少有手术并发症,是角膜手术医师所追求的。

角膜移植的受体和供体取材方法改进

切除病变角膜,移植上同等大小和形态的供体角膜,是确保手术成功和获得良好光学效果的关键手术步骤之一。近100年来,围绕供体、受体取材和移植手术的器械经历了一个不断发展和改进的过程,归结起来对供、受体角膜取材方法,经历了完全手工制作、机械辅助制作和激光制作的过程。

完全手工制作角膜供受体

1877年Von Hippel发明了第一个环钻(下图),开始钻取供体角膜和制作植床,开创了真正的部分穿透性角膜移植的先河。1886年,Von Hippel又使用同种环钻进行了第一例兔给人的部分板层角膜移植并获得成功。环钻的出现为部分穿透性角膜移植术器械技术的进步奠定了基础。1906年Eduard Konrad Zirm用这种环钻成功地做了人类第一例同种异体部分穿透性角膜移植手术。在后来的很多年里环钻保持其基本结构,只是对环钻的某个部分进行改进,使穿透角膜移植成功率和光学效果得到不断的提高。1936年Filatov改进了环钻,使环钻内装有直径互相匹配的钻芯,这种环钻目前临床上仍在应用。

Von Hippel环钻主要包括有发条的顶部装置和可更换的环钻刀头

Von Hippel环钻主要包括有发条的顶部装置和可更换的环钻刀头

1974—1979年,Drews、Donaldson、Miller、Doughman等相继报告应用了中间带孔,并有手柄和一次性应用的可更换钻头的手持环钻,使穿透性角膜移植达到了现代光学移植的境界。目前临床上用的Storz万用环钻就是这种(下图)。

(引自:Arthur von Hippel(1841-1916). Mannis MJ,Mannis AA. Corneal Transplantation:A History in Profiles. Belgium: JP Wayenborgh,1999.)

Storz万用环钻和切割枕,环钻切割头可以与手柄分离

Storz万用环钻和切割枕,环钻切割头可以与手柄分离

1976年Lieberman报告了单切式环钻(singlepoint cutters),外面有一个外环负压吸引固定在角膜缘或巩膜上,里面是一个圆锥形的钻切器,但临床现在很少应用。1980年,Hessburg和Barron共同报告了负压吸附固定式(suction fixation)环钻,环钻的外环可以吸附固定在角膜上,内环可以进行植孔的钻切,Barron还报告了供体角膜负压切割枕,是与上述的负压环钻配对使用。这种负压吸附固定式环钻常用于增视性的角膜移植和深板层角膜移植术,为一次性应用,现在仍广泛应用。

Hessburg-Barron负压吸附固定式环钻

Hessburg-Barron负压吸附固定式环钻

Barron供体角膜负压切割枕,可与上述负压环钻配对使用

Barron供体角膜负压切割枕,可与上述负压环钻配对使用

目前国内外广泛应用的环钻,主要是手持式环钻,通过环钻柄芯看到角膜且带有一次性使用的环钻头,也有术者喜欢应用负压吸引式环钻。国产环钻有螺旋控制式实心环钻和空心环钻两大类,直径为2. 0~14mm(下图),国产环钻价廉物美,常用于感染性角膜病患者。

不同切割直径的国产空心环钻

不同切割直径的国产空心环钻

半机械方法制作角膜瓣

1959年Castroviejo制作成功了世界上第一个电动环钻(下图),随后Barraquer改进了这种环钻,使其更加精密,缩短了手术时间,减少了植片内皮细胞的损伤。但电动环钻由于不容易掌握钻切角膜植床深度,容易造成前房组织损伤,造价也较昂贵,故现在应用并不广泛。

世界上第一个电动环钻的钻头

世界上第一个电动环钻的钻头

法国Moria公司生产的人工前房及气动式角膜板层刀,可以切削400~450μm厚的角膜瓣,切削之后再利用带支架的手工环钻对供体角膜进行冲切,获得厚度为100~150μm的带有少许角膜后部基质层的含内皮的部分供体角膜,主要用于内皮移植。

目利亚(Moria)公司生产的人工前房及气动式角膜板层刀

目利亚(Moria)公司生产的人工前房及气动式角膜板层刀

目利亚(Moria)公司生产的切割环钻

目利亚(Moria)公司生产的切割环钻

激光制作角膜瓣

为了避免手工和机械环钻进行病灶切除和供体角膜制作中人为难以控制的因素,有学者尝试采用激光(准分子激光、氩激光或飞秒激光)进行角膜病灶切除和供体角膜移植片制作。采用激光辅助的角膜移植手术可以最大限度地避免用力不均匀等造成的角膜供受体边缘不规则等问题,同时使从事角膜移植术的初学者也可能通过机器辅助制作得到完美的移植片和植床,这也可能是未来角膜移植手术发展的方向。下面对准分子激光和飞秒激光行移植片和植床制作进行介绍。

准分子激光行移植片和植床制作

德国Nomman教授和Seitz教授领导的研究小组,在国际上首先报道采用准分子激光辅助进行穿透性角膜移植手术。主要手术原理和方法如下:采用准分子激光进行供体或植床的制作,主要用于穿透性角膜移植。为了避免准分子激光对角膜供体植片或植床的过多切削,采用圆形或中空金属保护罩分别用于保护供体角膜植片或植床(下图)。

准分子激光辅助的穿透性角膜移植供体角膜制作和植床制作示意图

准分子激光辅助的穿透性角膜移植供体角膜制作和植床制作示意图

准分子激光辅助方法和传统的采用机械环钻进行的穿透性角膜移植相比,可以有效避免因植片或植床制作不规则引起的手术后散光,提高手术后的矫正视力。但目前准分子激光辅助的角膜移植手术仅能进行穿透性角膜移植手术,板层角膜移植受到了限制。准分子激光可使植片和植床边缘切割更精确,并可制作对合标志点,使缝合更均匀。但这些方法切割速度较慢,应用准分子激光进行环钻的时间长达7. 4分钟,且不能全层切穿角膜,还需要显微剪刀切开剩余部分,也限制了其临床的应用。

飞秒激光行移植片和植床制作

2005年,陆续出现了采用飞秒激光辅助进行穿透性角膜移植手术、板层角膜移植手术、角膜内皮移植手术等的报道,与准分子激光辅助的角膜移植手术相比,飞秒激光除了可以进行穿透性角膜移植手术外,还可以进行板层角膜移植手术(角膜基质瘢痕患者除外),并可以根据临床需要制作不同的角膜边缘(如礼帽型和圣诞树型等),有利于植片与植床的嵌合。

采用手工环钻切除病灶或进行供体取材的优点是设备和制作相对简单,成本低,可以减轻患者的经济负担。但是在制作角膜瓣的过程中,容易受到手术者人为地对角膜供受体取材时用力不均匀的影响,有些会出现植床或植片不圆或缺损情况的发生,可能会导致手术后切口渗漏引起巨大散光,会严重影响患者的视力恢复。采用半机械方法以及准分子激光或飞秒激光制作角膜供受体的切口会更加规则,有利于植片和植床的吻合和减少手术后的散光等,但是价格相对昂贵。

由于受到软件设计和角膜状态(如角膜瘢痕限制了飞秒激光进行板层角膜切削等)等的限制,也不能满足临床疾病和治疗多样性的要求。手工、半机械或采用激光制作角膜瓣各有利弊,一种方法并不能完全取代其他的方法。即使是现在,很多优秀的眼科医师仍然通过使用普通环钻手工制作角膜移植床和移植片,达到良好的临床效果。因此,在临床工作中,眼科医师应根据患者的实际病情、医院的设备条件等综合考虑选择适合的方法。

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