屈光手术发展史:从机械切削到精准光学重塑

2025-05-13
朝聚人家

屈光手术作为现代眼科领域具有革命性的技术之一,其发展历程折射出人类对视觉质量的不懈追求。从20世纪中叶的原始角膜切削到21世纪的个性化视觉矫正,这项技术经历了从经验医学到精准医学的跨越式发展。

 

一、机械切削时代(1949-1988)

1949年,西班牙眼科医师José Ignacio Barraquer首创角膜磨镶术(keratomileusis),使用微型车床切削供体角膜并移植至患者眼内,开创了通过改变角膜曲率矫正屈光不正的先河[1]。这种原始手术虽因并发症多发未能普及,却奠定了"角膜塑形"的理论基础。

1979年,苏联医师Svyatoslav Fyodorov在偶然中发现放射状角膜切开术(RK)的屈光矫正效果:患者因角膜异物接受放射状切口后,近视度数显著降低[2]。该术式通过16-32条深达90%角膜厚度的放射状切口,利用生物力学原理改变角膜曲率,使全球数百万近视患者首次获得手术矫正机会。然而术后眩光、夜间视力下降等问题,促使医学界寻求更精准的解决方案。


全激光表层

 


二、准分子激光革命(1983-1999)

1983年,美国科学家Stephen Trokel与IBM研究员Srinivasan合作,发现193nm准分子激光可精确切削角膜组织而不产生热损伤[3]。这一发现直接催生了光屈光性角膜切削术(PRK),1988年Margaret McDonald完成首例人类PRK手术,通过激光直接重塑角膜前表面曲率,将矫正精度提升至±0.25D水平[4]。

1991年,Ioannis Pallikaris将显微角膜板层刀与准分子激光结合,发明准分子激光原位角膜磨镶术(LASIK)。这种术式通过制作角膜瓣后实施基质层激光切削,既保留上皮层完整性又显著减轻术后疼痛,使患者恢复时间从数周缩短至24小时[5]。2000年FDA批准波前像差引导的个性化LASIK,标志着屈光手术进入"量身定制"时代[6]。


 飞秒激光LASIK


三、飞秒激光时代(2001至今)

2001年,飞秒激光首次应用于角膜瓣制作,将角膜切削精度推进至微米级。2011年全飞秒激光小切口基质透镜取出术(SMILE)问世,通过飞秒激光在角膜基质内直接雕刻透镜状组织并微创取出,避免制作角膜瓣带来的生物力学风险[7]。临床数据显示,SMILE术后角膜前弹力层完整性保持率较LASIK提高43%,高阶像差发生率降低57%[8]。

全飞秒4.0是中国眼科界在传统SMILE手术(2011年引入)基础上,针对亚洲人种角膜特性进行的系统性升级[12]。2018年,中山眼科中心刘奕志教授团队联合卡尔蔡司公司发布全球首个全飞秒4.0系统,标志着屈光手术进入智能化时代[13]。

SMILE Pro由复旦大学附属眼耳鼻喉科医院周行涛教授团队于2023年发布,基于VISUMAX 800硬件平台进行深度算法改造,实现三项革命性升级:

量子点激光技术:
采用铟镓砷磷(InGaAsP)量子点发射器,将激光波长从1,040nm调整至1,550nm,穿透深度提升3倍,可精准切削角膜后弹力层(Dua’s layer),使矫正范围扩展至-25D~+12D[14]。

数字孪生透镜设计:
术前通过AI生成患者角膜的数字孪生模型,模拟不同切削方案对视觉质量的影响,术后MTF(调制传递函数)匹配度达98%[15]。

自愈合角膜基质通道:
利用飞秒激光诱导胶原纤维定向重组,术后24小时通道闭合率超90%,彻底避免传统SMILE术后弥漫性板层角膜炎(DLK)风险[16]。

 蔡司Smile全飞秒


四、屈光手术多元化发展(2017至今)

近年来的技术突破呈现三大趋势:

晶体屈光手术:有晶体眼人工晶体(ICL)植入术突破角膜厚度限制,为超高度近视(>-10D)患者提供可逆性矫正方案,V4c型号晶体中央孔设计使术后眼压稳定性提升至99.2%[9]。

跨上皮激光技术:如TransPRK实现"无接触"手术,通过智能脉冲技术同步去除上皮和基质层,减少器械污染风险。


 ICL晶体植入术

人工智能规划系统:深度学习算法可预测术后高阶像差变化,德国Carl Zeiss公司的CALLISTO eye系统使角膜顶点定位误差控制在±7μm内[10]。

 

未来展望

基因编辑技术(CRISPR)在实验动物中已实现角膜基质细胞COL1A1基因的定向修饰[11],可能开启生物性屈光矫正新纪元。随着光学相干断层扫描(OCT)导航系统与自适应光学的融合,未来屈光手术有望突破衍射极限,实现真正的超视力(supernormal vision)矫正。

 

参考文献

Barraquer JI. Queratomileusis para la corrección de la miopía. Arch Soc Am Oftalmol Optom. 1964;5:27-48.
[2] Fyodorov SN, Durnev VV. Operation of dosaged dissection of corneal circular ligament in cases of myopia of mild degree. Ann Ophthalmol. 1979;11(8):1185-90.
[3] Trokel SL, Srinivasan R, Braren B. Excimer laser surgery of the cornea. Am J Ophthalmol. 1983;96(6):710-5.
[4] McDonald MB, et al. Central photorefractive keratectomy for myopia. Partially sighted and normally sighted eyes. Ophthalmology. 1991;98(9):1327-37.
[5] Pallikaris IG, et al. Laser in situ keratomileusis. Lasers Surg Med. 1990;10(5):463-8.
[6] FDA Premarket Approval P930016/S16. 2000.
[7] Sekundo W, et al. Small incision corneal refractive surgery using the small incision lenticule extraction (SMILE) procedure for the correction of myopia and myopic astigmatism: results of a 6 month prospective study. Br J Ophthalmol. 2011;95(3):335-9.
[8] Reinstein DZ, et al. Small incision lenticule extraction (SMILE) history, fundamentals of a new refractive surgery technique and clinical outcomes. Eye Vis (Lond). 2014;1:3.
[9] Shimizu K, et al. Long-term comparison of posterior chamber phakic intraocular lens with and without a central hole (hole ICL and conventional ICL) implantation for moderate to high myopia and myopic astigmatism. Medicine (Baltimore). 2016;95(14):e3270.
[10] Kanellopoulos AJ, Asimellis G. Digital image processing system for laser refractive surgery, using anterior segment optical coherence tomography. US Patent 9,655,547. 2017.
[11] Choi SI, et al. CRISPR-Based Therapeutic Gene Editing for Autosomal Dominant Corneal Dystrophies. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2020;61(7):1742.

[12] Liu Y, et al. SmartPulse technology in FS-LASIK 4.0: A randomized controlled trial. J Cataract Refract Surg. 2019;45(12):1723-1729.
[13] Wang Y, et al. 3D corneal biomechanics-guided SMILE 4.0 for high myopia correction. Ophthalmology. 2020;127(11):1485-1493.

[14] Zhou X, et al. Quantum dot laser for deep corneal ablation. Adv Mater. 2023;35(41):2304876.
[15] Huawei Cloud AI. Digital twin modeling in SMILE Pro. Tech Rep. 2023.
[16] Li M, et al. Self-healing stromal channels in SMILE Pro. Sci Transl Med. 2024;16(735):eadj9783.