住院医师训练中的飞秒辅助白内障手术
介绍
白内障是致盲的主要原因,白内障手术是全世界最常见的眼科手术,每年进行的手术超过2000万例[1]。在美国,每年有200多万例白内障手术。晶状体混浊的发展是与年龄有关的过程,因此随着预期寿命的逐渐增加,白内障手术的数量预计会增加。
白内障手术简史
这种被称为针拨障的手术最早出现在公元前6世纪的印度[3]。针拨障手术包括一种锐利的器械,用来穿透角膜或巩膜,然后使白内障/晶状体脱臼,将其推入眼后房中。患者随后使用无晶体矫正方法来看物体。针拨障手术曾经很流行,并传播到各种古代文明,包括古罗马和埃及,并实行了数千年。几个世纪后,1747年,法国的Jacques Daviel通过角膜下方切口和插入晶状体后的针头进行了第一次白内障囊外摘除术[4]。
白内障手术最显著的进展是在过去的100年间取得的。1949年,Harold Ridley爵士植入了第一枚人工晶状体(intraocular lens,IOL)[4]。Ridley的灵感来自于观察二战中受伤的空军士兵眼中夹杂的玻璃和塑料的惰性碎片。然后在1967年,Charles Kelman医生发明了超声乳化针头,他的灵感来源于牙医诊所,在那里有一个类似的仪器用来清洁牙齿。在接下来的几十年里出现了一些进步,比如发明了可折叠IOL,允许通过较小的切口植入,以及多焦点人工晶体和复曲面人工晶体。2010年,美国食品和药物管理局(Food and Drug Administration,FDA)批准将飞秒激光用于白内障手术。
飞秒激光辅助白内障手术(Femtosecond laser assisted cataract surgery,FLACS)的发展及意义
飞秒激光的波长为1053nm,脉冲宽度在飞秒范围内(10-15秒)。与较慢的准分子和掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)激光器[5]相比,这种短脉冲持续时间减少了临近组织的损伤。这使得飞秒激光可以用于要求极高精度的手术。飞秒激光器的工作原理是光破坏:将激光能量转换为机械能。由具有足够峰值功率的超短光能脉冲束紧密聚焦而产生的等离子体,这种没有电子和离子化分子的等离子体迅速膨胀,然后产生空化气泡,空化气泡扩大并结合,从而能够分离组织[6-8]。与Nd:YAG激光器相比,飞秒激光由于更小的空化泡而更无害,这与Nd:YAG中使用的较长脉冲产生的空化泡形成对比[9]。
飞秒激光开始用于外科手术,以减少手术过程中的附加损害[10]。飞秒激光在眼科的首次应用是LASIK(laser assisted in situ keratomileusis,激光辅助原位角膜磨镶术)手术,这是一种角膜屈光手术,其中准分子激光和传统的显微角膜机械刀联合用于矫正近视、远视和散光。飞秒激光是屈光手术中角膜瓣制作的替代方法。2001年,第一台飞秒激光(IntraLase,Johnson&Johnson Vision)获得了FDA的批准。在LASIK手术中,飞秒激光优于显微角膜机械刀的优点是角膜瓣厚度显著减少,切口比显微角膜机械刀更平滑,手术更无菌[10]。
飞秒激光也可用于角膜移植术,使供体和受体角膜切开,激光提供了更高的切割精度和平滑度、更多的宿主组织保护,以及几何切割,从而试图减少角膜移植术后的伤口渗漏[10]。飞秒激光也被实验性用于通过改变角膜基质层,试图使前角膜中央部分变陡来矫正老花眼[11]。在圆锥角膜患者中,飞秒激光可以用来提供潜在的角膜隧道,从而植入角膜基质环[12]。
在LASIK手术中,桥接组织在治疗后仍然存在,因此飞秒激光照射后,必须将这些桥接组织分离。这是由于在激光器运行过程中光斑不重叠造成的。但在FLACS中,光斑设置会重叠以创建气穴区域。
虽然飞秒激光在LASIK中的应用已经很成熟,但将飞秒激光引入白内障手术带来了更大的挑战。这是因为在LASIK手术中只需要考虑角膜这个界面。相反,FLACS手术需要适应三种不同密度的界面:角膜、含房水的前房和晶状体(见图1)。此外,在LASIK手术中,激光只需聚焦于角膜上皮和基质。在FLACS中,激光束必须能够聚焦于不同深度的不同结构(即角膜、前囊、晶状体)。激光与治疗界面之间的任何干扰结构,如气泡、角膜皱褶或角膜疤痕,都可能导致与预期不同的结果,如周围结构可能受损或由于激光穿透不足而无法进行治疗。
通过多年的研究,上述挑战最终得以克服,飞秒激光于2009年被成功引入白内障手术,并于2010年被FDA批准用于白内障手术[7,8,13-15]。布达佩斯Semmelweis大学的Zoltan Nagy医生是2009年第一个使用飞秒激光进行白内障手术的医生。在FLACS,外科医生可以通过选择激光在手术中执行的步骤来定制治疗。不同的参数可用于飞秒激光进行的不同步骤:撕囊、晶状体碎核、弧形角膜切开术和角膜切口。
激光治疗之前总是有一个对接程序,将患者连接到治疗界面。为了避免在对接过程中眼球发生明显变形,不同的激光平台使用了几种类型的接口。接口可以是非压平或压平,在非压平系统中,可以使用流体界面,例如Catalys(Johnson&Johnson Vision,Inc.)和LENSAR(LENSAR,Inc.)平台。在压平系统中,角膜表面和刚性曲面界面之间的曲面接触镜可用于LenSx(Alcon Laboratories,Inc.)平台,或曲面玻璃界面可用于Victus(Bausch+Lomb,Inc.)平台[5,8]。对接系统的目标是实现稳定和适当的眼球位置,以允许角膜和其他透明组织进行实时成像和精确的激光束传输[16]。
Catalys激光器使用的液光界面(Liquid Optic interface,LOI)是一个由不同部件组成的非压平系统,包括一个直接面向眼球的杯,杯内充满平衡盐溶液(BSS)。这个杯子周围还有一个吸液环,及一个一次性的窗口,它浸在液体中,消除了角膜和溶液之间的任何空隙。先用吸引环固定住眼球,然后用BSS填充杯子,最后将一次性窗口引入并连接到BSS填充的杯子上。这种设置类似用于超声的界面,在这种界面中,由于角膜和平衡盐溶液的折射率非常接近,因此折射效应可以最小化[17]。Schultz及其同事[16]假设LOI比平面和曲面界面有优势,因为它不会引起眼内压升高,并且因眼球变形较小,在吸吮时产生较少的角膜皱褶。根据Talamo等人[17]的研究,LOI消除了角膜皱褶出现的可能性,而角膜皱褶可能导致不完全的囊膜切开术。
FLACS的第一步是撕囊,撕囊被认为是白内障手术新手最具挑战性的步骤之一。飞秒激光在这一步中的目标是实现更对称和可重复的撕囊术,考虑到撕囊术在确定有效晶状体位置(effective lens position,ELP)中的作用,这在植入多焦点或toric IOL的情况下尤为重要。如果撕囊口太小,则可能导致远视漂移;当撕囊口太大时,则可能导致近视漂移和IOL偏心[9]。如果出现术中负压丢失,这一步应通过截囊针完成撕囊。与常规超声乳化相比,不同学者对于FLACS的囊膜强度有不同的看法。Palanker等[18]提出,飞秒激光似乎使囊膜切开强度增加了一倍,并且与手动操作相比,使撕囊口大小和形状的准确性增加了五倍。然而Serrao等[19]发现飞秒激光进行的撕囊口的边缘不规则,这在手动撕囊中没有发现,他们认为这会降低囊膜的延展性,导致前囊撕裂的风险增加。然而,不可否认的是,飞秒激光在大小、居中和圆度方面增加了撕囊的可预测性和可重复性。
白内障手术中飞秒激光的下一步是晶状体碎核。晶状体碎核有不同的模式,可以根据白内障的类型、眼解剖特征或外科医生的喜好进行定制。晶状体碎核模式由不同数量的圆柱体、楔体和网格多种组合组成。图2描述了LenSx平台上可用的不同碎片模式。关于不同碎核模式对手术结果的影响,已发表的研究数量有限,但可以假设不同的碎核模式对某些类型的病例是有用的。Conrad-Hengerer等[20]已经证明更小的碎核模式(即更小的网格)可以导致有效超声乳化时间(effective phacoemulsification time,EPT)的减少。来自德国的一个研究小组已经表明,对于密度较低的晶状体,与饼图切割模式相比,网格碎片导致EPT降低,但是对于密度较高的晶状体,饼图切割模式导致EPT低于网格碎片[21]。他们说,这是因为饼状切割模式有助于较密晶状体的碎裂,可能是由于协助晶状体开裂和切割,因此需要进一步的研究来阐明各种类型白内障理想的碎核模式。然而,FLACS是一个多功能的工具,因为它可以适应外科医生的喜好。飞秒激光可用于白内障手术中透明角膜切口(clear corneal incision,CCI)和侧切口的制作。手动制作CCIs[22]时,很难控制切口的长度和结构。飞秒激光制作的切口始终是三平面和方形的,理论上可以降低渗漏的风险,从而降低包括眼内炎在内的并发症风险。Masket等[23]的研究表明,飞秒激光在尸体眼中制造的角膜切口可在不同眼压下抵抗变形和渗漏。Grewal和Basti[22]发现,飞秒激光CCI组与手动CCI组相比,内皮缝隙、内皮错位和后弹力膜脱离的发生率较低。
FLACS最后一步是创建部分厚度的弧形角膜切口或散光角膜切开术(astigmatic keratotomy,AK)。AK被用于治疗各种原因引起的轻度至中度散光(最多1.5D),如外伤或角膜移植后以及白内障手术时的散光[24],这些切口可以用机械角膜刀或飞秒激光进行。角膜缘松弛切口(Limbal relaxing incision,LRI)为AK的一种方法,但其特点是切口位于周围。手动AK和LRI通常使用预设深度的金刚石刀[25]制作,矫形过度、矫形不足和角膜穿孔是人工切口的并发症。飞秒激光在图像引导下创建弧形切口可以减少上述风险。飞秒弓形切口可以在不同的深度创建。一些外科医生喜欢进行前穿透,而另一些则喜欢间质内切口。小的弧形切口也可用作曲面标记。在白内障手术期间或术后1个月内,可以手工打开前穿透间质切口,以提高疗效。有时在残余误差最小的情况下,并不需要打开。弧形切口的默认设置为角膜缘深度的80%,这是基于手动切口的标准图[5]。为了优化这一过程,需要建立飞秒激光弧形切口的新nomogram图。飞秒激光可以根据弧长、方向和深度定制这些参数。考虑到之前执行这些参数的困难,nomogram的建立为主要步骤,消除了手动测量的需要和刀片可变性的问题。
虽然关于飞秒角膜切开术与手动角膜切开术优点比较的文献有限,但据报道,外科医生使用激光切割比手动切割更精确[26]。Hoffart等[27]认为飞秒弓形切口比机械化角膜刀的散光减少更大,错位更少。穿透性角膜移植术后出现高度散光的患者也可以受益于飞秒激光辅助弧形角膜切开术,这已被证明是安全有效的[28]。
目前,有四种主要的FLACS平台:LenSx、Catalys、LENSAR和Victus。表1比较了这些不同平台的特性。
Full table
飞秒激光与实时眼前节成像系统的结合为白内障手术提供了新的前景。不同飞秒激光平台的图像获取技术不同。Catalys、LenSx和Victus使用3D OCT,LENSAR使用3D光线跟踪共焦结构照明(confocal structural illumination,CSI),类似于为角膜地形图开发的Scheimpflug成像[5]。这些图像提供了一个三维地图,使人们能够识别角膜、晶状体和晶状体囊的前后表面,使白内障手术成为一个更加直观的过程。图3显示了术中OCT成像捕获的晶状体厚度和位置的变化。
FLACS应用已经得到了很好的研究,然而FLACS在美国眼科住院医师项目中的作用还需要进一步研究。在不同的住院医师计划中,从没有使用积极执行飞秒程序的所有步骤,FLACS的使用有很大的差异。研究生医学教育认证委员会(ACGME)要求眼科住院医师作为主治医师至少要做86次白内障手术才能毕业。然而,对于较新的技术,如囊稳定工具、复曲面和多焦点人工晶体以及飞秒激光,还没有很好的要求。此外,白内障手术的教学没有普遍要求的课程,这导致了教学方法的不同和接触各种技术的不同,如FLACS、术中像差测量和多焦点IOL[29]。
为住院医师讲授白内障手术
学习如何进行白内障手术是眼科住院医师培训的重要组成部分。由于各种原因,教授住院医师白内障手术是一项具有挑战性的任务[30,31]。一个原因是显微手术通常只允许一个人在任何给定的时间执行关键的手术步骤。目前的手术模拟机无法取代在活体病人身上进行手术的经验,因此,新手外科医生需要在活体病人身上进行尚未掌握的手术操作。此外,白内障手术中涉及组织的精细结构(例如,后囊膜厚度小于5微米的区域)导致了很小的容错边界,这意味着一个失误可能会导致术中的严重反应[31]。最后,在大多数白内障手术(通常在麻醉监护下进行)中,患者处于清醒状态并能够听到对话,这会限制指导医生及时和有效的反馈[30,31]。
不足为奇的是,多项研究表明,与学习曲线后期进行的白内障手术相比,住院医师早期进行的白内障手术有更大的玻璃体丢失风险[30,32]。
如前所述,因为没有全国性的白内障手术教学标准化课程,这导致了白内障手术教学方式的多样性。各种住院医师项目都在努力使白内障手术课程标准化。例如,IOWA大学的白内障手术课程于2004年实施,该课程在住院医师的第一年和第二年进行,其中包括第一年的结构化湿实验室和模拟训练,协助第一年的资深住院医师的训练。在住院医师的第二年,进行了10-20次白内障手术的某些部分(在早期手术期间有大量的教员协助),在带教医生即时反馈后,在具有丰富手术经验的医生指导下,在活体手术中进行了50-80次撕囊术。
Rokes等[33]表明,在IOWA大学白内障外科课程实施后,住院医师进行的白内障手术中后囊破裂和(或)玻璃体损失率明显低于实施前的比率。前面提到的组织统计了其附属VA医院中住院医师所进行的白内障手术,包括课程实施前5年(n=823)和实施后4年(n=1009)。研究人员将住院医师所进行的白内障手术分为学年早期和学年后期的病例,他们发现后囊破裂和(或)玻璃体丢失的发生率从课程变更前的7.17%下降到课程变更后的3.77%。同样,Massachusetts Eye and Ear Infirmary的Borboli和Gerogiannis等[34]研究显示,在他们自己三年的白内障手术课程开始后,住院医师白内障手术中后囊破裂和(或)玻璃体丢失的发生率降低,与IOWA大学的结果相似。
教育工作者提出了各种方法,让住院医师了解白内障手术的步骤。IOWA大学提倡一种“后退”的方法,在这种方法中,住院医师首先执行最后的手术步骤,然后最终进入撕囊部分,即许多人认为白内障手术最具挑战性的部分之一。他们提倡这种方法,因为在手术的后期步骤所犯的错误比早期步骤中的错误更容易产生视力威胁,例如撕囊或劈核[33]步骤。同样,Utah大学Moran眼科中心也采用了这种后退的教学技术[30]。除了提高患者安全外,教育工作者指出,这种后退的教学方法还通过允许新手外科医生开始执行更可能成功的步骤来提高住院医师的自信。
ACGME要求眼科住院医师项目必须有一个湿实验室或外科模拟器。眼科湿实验室通常以猪眼球和Kitaro白内障训练系统(Kitaro干实验室套件,FCI眼科公司)为住院医师[34]提供训练。
Bascom Palmer的Staropoli等研究[35]显示,在住院医师中使用Eyesi(VRmagic Holding AG)外科模拟器,在2014年强制其住院医师在进行活体手术前使用模拟器,白内障手术并发症发生率降低了50%。Roohipoor等[36]在Massachusetts Eye and Ear Infirmary发现,Eyesi评分可以帮助早期识别需要更多帮助的住院医师。他们显示,住院医师早期的Eyesi训练模块评分与后期手术表现相关。
住院医师培训中的FLACS
Yen和Ramanathan[29]在2016-2017年对全美眼科住院医师项目负责人进行了调查,发现44%的项目中,住院医师进行了FLACS;在25.4%的项目中,他们只见习;35.6%的学生只接受过讲解训练;22%的人没有接触。Shah和Sullivan[37]在2014年进行的一项较老的调查报告称,只有21%的美国住院医师项目向其住院医师教授FLACS。因此,根据这些调查结果,住院医师接触FLACS的人数在2-3年内增加了20%以上。
几项研究表明,住院医师实施FLACS不会对患者造成任何伤害,因此可以安全地纳入住院医师课程[38]。例如,Brunin等[39]进行了一项回顾性研究,比较了三年级住院医师施行的人工白内障手术和FLACS手术的并发症发生率和屈光效果,所有手术都在其附属的VA医院进行,结果发现两组的并发症发生率相似,术后一个月和一年的视力结果相同。FLACS组的累积耗散能(Cumulative Dissipated Energy,CDE)明显降低。
芝加哥Loyola大学的Pitter和Sullivan[40]发表了一份类似的回顾性研究,调查了在其附属VA医院住院FLACS患者的预后。他们的研究还表明,在FLACS和常规手术中并发症发生率相似。然而,FLACS患者的手术时间比常规手术时间长,总手术时间平均为7.4分钟。在这家VA医院,飞秒激光机与手术显微镜位于同一房间,而其他医院和门诊手术中心的情况则不同,即手术中心的激光设备位于单独的房间。本研究的作者将FLACS组的手术时间增加归因于FLACS的住院医师学习曲线。
我们在芝加哥Illinois大学的研究小组在2015年发表了一项研究,这也表明FLACS的并发症发生率没有高于在住院医师和研究员进行人工白内障手术时的并发症率[41]。此外,FLACS组超声乳化时间、总手术室时间(不包括飞秒激光使用时间)、累积耗散能和冲洗液使用量均较低。
FLACS可有效地融入白内障手术的逐步教学中。例如,FLACS可以用于在缺乏经验的外科医生中执行白内障手术中最困难的步骤。这种方法允许新手在没有飞秒激光[38]的情况下,在开始更具挑战性的步骤之前,在湿实验室和外科模拟器上磨练技能。Taravella等[42]报告的一个病例系列表明,核的拆分/切除和撕囊是实习外科医生掌握的最具挑战性的步骤之一。FLACS有助于完成这些更具挑战性的白内障手术步骤,甚至允许新手外科医生在复杂情况下进行安全的手术。同样,Cowan和Kloek[7]也建议,FLACS可以作为指导住院医师白内障手术的有用辅助手段,因为它允许新手外科医生在培训初期绕过更困难的手术步骤。
FLACS在进行复杂白内障手术的住院医师培训中发挥着重要作用,例如黑核白内障、白色白内障和合并角膜带状病变的手术,在这些情况下,经验丰富的外科医生也发现FLACS特别有用。Blomquist等[43]的一项研究表明,住院医师白内障手术中玻璃体丢失的危险因素包括上述所有类型的复杂白内障。因此,我们建议,如果住院医师在训练初期就面临复杂的白内障,FLACS有助于教会住院医师如何在术中处理困难的病例,同时增加手术成功的机会。
在我们机构进行的一项研究表明,使用飞秒激光进行复杂白内障手术的住院患者,并发症发生率位于复杂白内障总体报告并发症发生率的低端。据报道,由经验丰富的外科医生实施的复杂病例的白内障并发症发生率为7%~13%[44,45]。在我们的研究中,69例复杂的白内障由住院医师和研究员使用FLACS治疗,并发症发生率为7.25%(n=4)[46]。这些复杂的白内障包括先前存在的带状病变、Fuchs内皮营养不良和过熟期白内障。这项研究表明,接受FLACS手术的受训者在复杂的白内障手术中是安全的,并且不会导致比有经验的外科医生更高的并发症发生率。
一些人认为FLACS引入了另一种手术元素(例如,将患者固定在激光平台上,学习如何调整激光设置),它有自己的学习曲线[47]。其他人也假设FLACS会导致住院医师手术技能的丧失,因为它会自动完成白内障手术中最具挑战性的几个步骤[7]。关于后一点,FLACS必须结合传统的白内障手术方法作为辅助手段来教授,而不是取代初出茅庐的外科医生。图4说明了如何将飞秒激光整合到白内障手术教学的课程中。
结论
FLACS在住院医师培训中的作用在不断发展,目前的研究表明,在白内障手术中使用飞秒激光对患者和外科医生都有好处,特别是在复杂白内障的情况下。在住院医师中接触这项技术为受训者提供了全面的现代外科经验,并为他们在职业中可能使用这项技术做好了准备。未来几年,随着越来越多的住院医师获得飞秒激光治疗机,FLACS将可能成为住院医师项目中一个更加突出的参与者。
Acknowledgments
Funding: None.
Footnote
Provenance and Peer Review: This article was commissioned by the Guest Editors (Joann Kang, Viral Juthani and Roy S. Chuck) for the series “Refractive Surgery” published in Annals of Eye Science. The article has undergone external peer review.
Conflicts of Interest: All authors have completed the ICMJE uniform disclosure form (available at http://dx.doi.org/10.21037/aes.2018.12.01). The series “Refractive Surgery” was commissioned by the editorial office without any funding or sponsorship. Dr. de la Cruz is a consultant for Alcon Laboratories, Inc., Fort Worth, TX. The authors have no other conflicts of interest to declare.
Ethical Statement: The authors are accountable for all aspects of the work in ensuring that questions related to the accuracy or integrity of any part of the work are appropriately investigated and resolved.
Open Access Statement: This is an Open Access article distributed in accordance with the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivs 4.0 International License (CC BY-NC-ND 4.0), which permits the non-commercial replication and distribution of the article with the strict proviso that no changes or edits are made and the original work is properly cited (including links to both the formal publication through the relevant DOI and the license). See: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/.
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曹晓光
北京大学人民医院。医学博士,副主任医师,中华医学会眼科学分会会员。2007年获北京大学临床医学眼科学博士学位,2008-2010年赴美国国立健康研究所(NIH)眼科研究所(NEI)访问学者。取得了大型医用设备上岗证(眼科准分子激光治疗装置(PRK/LASIK)医师)和验光员资格。2007年参加并协助指导北京大学人民医院住院电子病历系统,2011年起参加并协助指导北京大学人民医院眼科门诊电子病历系统。2011年至今多次参加卫生部组织的“健康快车”白内障扶贫工作,时任中华健康快车医疗部主任。2015年《我国眼科手术管理、感染控制、消毒灭菌指南》指定委员会起草工作组成员。现为《眼科学报》、《中华生物医学工程杂志》等中青年编委,围手术期眼科专委会白内障组委员,中国医学装备协会眼科专业委员会眼科创新诊疗技术与装备学组委员。专业方向为白内障手术、视光学及屈光手术,擅长各种白内障、屈光不正的手术治疗,包括各类白内障、晶状体和屈光手术(ICL、SMILE、LASIK),专注于白内障和屈光不正的临床和基础研究,以及儿童屈光不正,特别是近视预防和控制。(更新时间:2021/7/28)
(本译文仅供学术交流,实际内容请以英文原文为准。)
Cite this article as: Park J, Bueno CS, de la Cruz J. Femtosecond laser-assisted cataract surgery (FLACS) in resident training. Ann Eye Sci 2018;3:60.