人工晶状体理化稳定性能测试

人工晶状体理化稳定性能测试刘丽;柯林楠;王硕;王迎;陆颂芳【摘要】目的以实验室测试为基础，研究人工晶状体理化稳定性能.方法采用加速方法.水解试验在901水环境下进行164d,光照稳定性试验在8mW/cm2辐照强度下进行35d,Nd-YAG激光照射试验采用5mJ单脉冲能量,脉冲数量50个激光束聚焦在人工晶状体后表面.试验后对每一组试验样品夕卜观、光焦度、调制传递函数(modulationtransferfunction,MTF)进行测试结果水解试验和光照试验后，人工晶状体的夕卜观、光焦度偏差、MTF无明显变化.Nd-YAG激光照射试验后,人工晶状体的表面出现许多近圆形小洞,MTF显著降低而光焦度偏差无明显变化结论激光照射对人工晶状体成像质量有较大影响.在临床上进行Nd-YAG激光晶状体后囊切开术时,应尽可能地将激光照射点控制在直径3mm中心区域外，以保证用于成像的人工晶状体光学区域在激光照射过程中不受到损伤.％ObjectiveTostudythephysicalandchemicalstabilityofintraocularlens(IOL)basedonlaboratorytest.MethodsAcceleratedtestwasapplied.Thehydrolysistestwasoperatedat90°Cfor164days.Illuminationtestwasoperatedat8mW/cm2,andthesampleswereplacedinwaterfor35days.AttheNd-YAGlasertest,theposteriorsurfacesofIOLswereirradiatedfor50times,andeachpulsewas5mJ.TheappearanceoftheIOLswasobservedwithreflectingmicroscope,andthepowerandMTFwereobservedwiththeIOLopticalanalyzer.ResultsTheappearance,thepowerandtheMTFoftheIOLsdidnotchangemuchatthehydrolysistestandilluminationtest.YetattheNd-YAGlasertest,theinjuringoftheIOLswerealmostroundandtherimwerebrokenwhentheywerereservedunderthescanningelectronmicroscopefor40timesmagnification.Thediametersoftheinjuringwerealmost50pm.ObservedwiththeIOLopticalanalyzer,littlechangeofthepowerwasfoundandtheMTFoftheinjuredIOLsreduced.ConclusionsTheMTFoftheIOLsinjuredatNd-YAGlasertestreduced.Inclinicalsurgery,theposteriorsurfaceofIOLsshouldnotbeirradiatedinthecenterof3mmdiameterareatoavoidinjuring.【期刊名称】《北京生物医学工程》【年(卷)，期】2013(032)004【总页数】6页(P336-341)【关键词】人工晶状体;光焦度;成像质量【作者】刘丽;柯林楠;王硕;王迎;陆颂芳【作者单位】中国食品药品检定研究院医疗器械检验中心，北京100050;中国食品药品检定研究院医疗器械检验中心，北京100050;中国食品药品检定研究院医疗器械检验中心,北京100050;中国食品药品检定研究院医疗器械检验中心，北京100050;中国食品药品检定研究院医疗器械检验中心，北京100050【正文语种】中文【中图分类】R318.08人工晶状体(intraocularlens,IOL)，是一种植入眼内的人工透镜，具有取代天然晶状体的作用。自1949年，第一例人工晶状体植入成功后，人工晶状体得到了快速的发展［1-4］。随着人工材料的发展和加工工艺的进步，人工晶状体的应用范围越来越大。目前，人工晶状体不仅用于白内障超声乳化联合人工晶状体植入术治疗白内障，还可用于有晶体眼的人工晶状体植入来矫正高度近视。作为长期植入人眼的高风险医疗器械，人工晶状体的稳定性得到了更多人的关注。影响人工晶状体稳定性的因素主要有以下几个方面：①人工晶状体长期处于人眼内35°C水环境中，长期处于此环境中，人工晶状体材料可能会发生水解现象；②太阳光通过瞳孔照射到人工晶状体，其中紫外波段光线长期照射会使人工晶状体材料出现老化；③白内障超声乳化联合人工晶状体植入术后最常见的并发症就是后发性白内障，目前主要的治疗方法就是Nd-YAG后囊膜切开术，术中，激光损伤人工晶状体的事件时有发生［5-7］。鉴于上述几种可能性，本研究设计了3个试验，即水解稳定性试验、光照稳定性试验、激光稳定性试验，验证人工晶状体理化稳定性能。国际标准ISO11979-5-2006中对人工晶状体材料的理化稳定性能进行了严格要求，主要针对稳定性试验后材料成分的测试。但作为天然晶状体的替代产品，工晶状体的主要功能是其光学性能，因此，文章采用ISO标准中水解稳定性、光照稳定性、激光照射稳定性试验测试条件，对试验后的人工晶状体光学性能进行测试，对理化稳定性试验后人工晶状体光学性能的评价。1.1试验材料取同一规格人工晶状体(PMMA)20片，将其分为4组，每组人工晶状体5片。第—组作为对照样品，第二组进行水解试验，第三组进行光照试验，第四组进行激光照射试验。1.2试验仪器Nd-YAG眼科激光治疗仪：VisuLasYAGHplus。反射显微镜：SZ4045TRPT。⑶人工晶状体光学分析仪：OLAMFD。⑷恒温恒湿试验箱：HS-100。⑸氙灯环境试验箱：SN-66。1.3试验方法1.3.1水解稳定性试验模拟条件水解稳定性试验中，模拟环境为35°C水环境，模拟时间20年。根据试验浸泡时间(模拟时间)为实际研究时间乘以系数F:式中，Ta为加速老化温度；To为眼内温度(35C)。因此，试验为水环境：温度90C;时间164d。测试方法样品预处理：按10g试验样品100mL0.9%生理盐水的比例，将试验样品放入玻璃瓶中，充分地摇晃玻璃瓶，确保试验样品的各个表面都能够被浸提，将玻璃瓶密封，在90C的恒温恒湿箱中培养164d。试验样品的分析：将水解稳定性试验后的样品与对照样品均在反射显微镜10倍放大率下检查并对比，分析材料表面的变化。将水解稳定性试验后的样品与对照样品在人工晶状体光学分析仪是测量其光焦度和像质，给出其光焦度偏差和调制传递函数(MTF)。1.3.2光照稳定性试验模拟条件模拟环境：辐照强度I1=0.3mW/cm2；日照射时间(太阳光)t=3h;模拟眼内照射时间T1=20年；强度因子n=1(最大强度)；环境为水环境。根据实际照射时间T2的计算公式：试验环境：辐照强度I2=8mW/cm2；照射时间T2=35d；环境为水环境。测试方法①样品预处理：将5片试验样品分别浸泡在装有2mL0.9%生理盐水的试管内，将其放置在氙灯环境试验箱中，调节辐照强度为8mW/cm2，温度35C每天进行观察，避免在照射过程中试管内有微生物生长，防止微生物污染。②试验样品的分析：将光照稳定性试验后的样品与对照样品均在反射显微镜10倍放大率下检查，分析材料表面的变化。将光照稳定性试验后的样品与对照样品均用人工晶状体光学分析仪测量其光焦度和像质，给出其光焦度偏差和调制传递函数(MTF)。1.3.3激光稳定性模拟条件模拟极端激光照射手术条件，环境为水环境；Nd-YAG激光单脉冲能量5mJ；脉冲数量为50个，激光束聚焦在人工晶状体后表面。测试方法样品预处理：将5片试验样品分别浸入在装有2mL0.9%生理盐水的特定装置内，用Nd-YAG激光50个能量为5mJ单脉冲照射，激光聚焦在人工晶状体的后表面，每一脉冲均对人工晶状体在不同位置重新聚焦，使其平均地分布在人工晶状体光学区中央的3mm范围内。试验样品的分析：将激光稳定性试验后的样品与对照样品均在反射显微镜10倍放大率下检查，分析材料表面的变化。将激光稳定性试验后的样品与对照样品均在人工晶状体光学分析仪是测量其光焦度和像质，给出其光焦度偏差和调制传递函数(MTF)。2.1水解稳定性试验2.1.1水解稳定性试验后人工晶状体表面的变化将水解稳定性试验后的样品与对照样品均在反射显微镜10倍放大率下检查并对比，人工晶状体表面没有明显的改变，未产生气泡、树枝晶、裂纹等缺陷，见图1。2.1.2水解稳定性试验前后人工晶状体光焦度的变化将水解稳定性试验样品和对照组样品在人工晶状体光学分析仪下测试其光焦度，与样品光焦度标志值进行对比，给出样品光焦度偏差。分别计算水解组和对照组样品光焦度偏差算数平均值和标准偏差，见表1。对照组样品光焦度偏差平均值为0.12D，标准偏差为0.02D;水解组样品光焦度偏差平均值为0.10D，标准偏差为0.02D。两组数值无明显差异，说明水解稳定性试验前后，人工晶状体光焦度无明显变化。人工晶状体光焦度分布见图2。由图2可以看出，水解稳定性试验前后，人工晶状体光焦度分布大致相同，水解前，人工晶状体光焦度分布在21.56-23.86D范围内，水解后，人工晶状体光焦度分布在21.20~23.18D范围内，试验前后，人工晶状体分布基本相同。2.1.3水解前后人工晶状体调制传递函数(modulationtransferfunction,MTF)将水解稳定性试验样品和对照组样品在人工晶状体光学分析仪下测试MTF，结果见表2。由表2可以看出，对照组5片样品MTF平均值0.49，标准偏差0.01,水解稳定性试验5片样品MTF平均值0.48，标准偏差0.01。说明水解稳定性试验后，人工晶状体MTF没有显著变化，光学成像质量没有受到影响。2.2光照稳定性2.2.1光照稳定性试验后人工晶状体表面的变化将光照稳定性试验后的样品与对照样品均在反射显微镜10倍放大率下检查并对比，人工晶状体表面没有明显的改变，未产生气泡、树枝晶、裂纹等缺陷，见图3。2.2.2光照稳定性试验前后人工晶状体光焦度的变化将光照稳定性试验样品和对照组样品在人工晶状体光学分析仪下测试其光焦度，与样品光焦度标识值进行对比，给出样品光焦度偏差。分别计算光照组和对照组样品光焦度偏差算数平均值和标准偏差，见表2。对照组样品光焦度偏差平均值为0.12D，标准偏差为0.02D，水解组样品光焦度偏差平均值为0.12D，标准偏差为0.03D。两组数值无明显差异，说明光照稳定性试验前后，人工晶状体光焦度无明显变化。人工晶状体光焦度分布见图4。由图4可以看出，光照稳定性试验前后，人工晶状体光焦度分布大致相同，光照前，人工晶状体光焦度分布在21.50-23.80D范围内，光照后，人工晶状体光焦度分布在21.38-23.12D范围内，试验前后，人工晶状体分布基本相同。2.2.3光照前后人工晶状体调制传递函数将光照稳定性试验样品和对照组样品在人工晶状体光学分析仪下测试MTF，结果见表4。由表4可以看出，对照组5片样品MTF平均值0.49，标准偏差0.01,光照稳定性试验5片样品MTF平均值0.48，标准偏差0.01。说明光照稳定性试验后，人工晶状体MTF没有显著变化，光学成像质量没有受到影响。2.3激光照射稳定性2.3.1激光照射前后人工晶状体外观的变化将激光照射试验后的样品在反射显微镜下检查并对比，激光照射后样品表面有近圆形小洞产生。将经Nd-YAG损伤的人工晶体后表面镀金，放在场发射扫描电子显微镜镜下观察，扫描电镜下放大40倍观察，人工晶体表面有许多近圆形小孔，应为激光Nd-YAG激光击射留下的损伤痕迹，扫描电子显微镜图片见图5。2.3.2激光照射前后人工晶状体光焦度的变化将激光照射试验样品和对照组样品在人工晶状体光学分析仪下测试其光焦度，与样品光焦度标志值进行对比，给出样品光焦度偏差。分别计算光照组和对照组样品光焦度偏差算数平均值和标准偏差，见表5。对照组样品光焦度偏差平均值为0.12D,标准偏差为0.02D，水解组样品光焦度偏差平均值为0.12D，标准偏差为0.02D。两组数值无明显差异，说明激光照射试验前后，人工晶状体光焦度无明显变化。人工晶状体光焦度分布见图6。由图6可以看出，光照稳定性试验前后，人工晶状体光焦度分布大致相同，对照样品光焦度分布在21.61~22.60D范围内，激光照射试验后，人工晶状体光焦度分布在21.56~22.60D范围内，试验前后，人工晶状体分布基本相同。2.3.3激光照射前后人工晶状体调制传递函数的变化将激光照射试验样品和对照组样品在人工晶状体光学分析仪下测试MTF，结果见表6。由表6可以看出，对照组5片样品MTF平均值0.49，标准偏差0.01，激光照射试验5片样品MTF平均值0.43，标准偏差0.01。说明激光照射试验后，人工晶状体MTF显著降低，光学成像质量受到了明显影响。但是，仍然满足行业标准中关于人工晶状体成像质量的要求［8］。人工晶状体作为眼内长期植入物，其理化稳定性能至关重要。目前国内外的相关研究主要集中在人工晶状体材料稳定性，对于长期水解、光照、激光照射下人工晶状体的光学性能的研究未见报道。作为天然晶体的替代品，人工晶状体的主要功能是光学成像，因此，成像质量的好坏是衡量其质量的主要指标。文章采用ISO标准中水解稳定性、光照稳定性、激光照射稳定性试验测试条件，对试验后的人工晶状体光学性能进行测试、评价。模拟眼内水环境20年的水解稳定性试验、光照稳定性试验后，人工晶状体的外观、光焦度偏差、光学成像质量(MTF)未发生明显改变。模拟眼内激光照射50脉冲的试验后，人工晶状体的表面出现许多近圆形小洞，人工晶状体光焦度偏差没有明显的改变，但光学成像质量(MTF)显著降低，说明激光照射对人工晶状体成像质量有很大的影响。目前，白内障超声乳化联合人工晶状体植入术是目前公认的最安全、最有效、最快捷的复明手术［9-11］。但是，人工晶状体植入术后最常见的并发症就是后发性白内障即后囊膜浑浊，这也是影响术后视力恢复的最主要因素。针对后发性白内障，目前主要采用的治疗方法就是Nd-YAG激光晶状体后囊膜切开术。目前国内外的相关研究主要集中在两方面。一方面是激光对人工晶状体损伤形状的研究［12-15］。例如人工晶状体在不同能量激光下损伤的概率，凿痕的形状、大小等。另一方面是对临床上适应症患者数据的统计分析［16-20］，没有针对激光损伤对人工晶状体光学性能影响的研究。由激光照射试验可知，Nd-YAG激光会对人工晶状体产生损伤，严重影响人工晶状体的光学成像质量。因此，后续研究主要集中在激光照射对人工晶状体损伤的研究上，针对不同材质的人工晶状体，加以不同单脉冲能量的激光照射，研究人工晶状体的抗激光损伤性能。试验结果表明，在临床上进行Nd-YAG激光晶状体后囊切开术时，应尽可能地将激光激射点控制在直径3mm中心区域外，以保证用于成像的人工晶状体光学区域在激光击射过程中不受到损伤。【相关文献】ThomasKohnen.MultifocalIOLtechnology:asuccessfulsteponthejourneytowardpresbyopiatreatment.JCRS，2008，34(12):2005.KeatesRH，SallKN，KreterJK.EffectoftheNd:YAGlaseronphlymethymethacrylate，HEMAcopolymer，andsiliconein2traocularmaterials[J].JCataractRefratSurg，1987,13:4012409FrancisA.Ophthalmiclasers[M].StLouis:Mosby，1989.李一壮.老年性白内障治疗的新进展[J].实用老年医学,2008,22(5):324-326.TrinavaratA，AtchaneeyasakulL，UdompunturakS.Neodymium:YAGlaserdamagethresholdoffoldableintraocularlenses[J].CataractRefractSurg，2001，27(5):775-780.谢立信.IOL植入学[M].2版北京:人民卫生出版社，1997:243-244王又冬，张劲松,张洋.Nd:YAG激光对不同材料IOL损伤作用的实验研究[J].中华眼科杂志，1998，34(2):103-104.WangYoudong，ZhangJingsong，ZhangYang.TheexperimentalstudyofNd:YAGlaserinjuringeffectsonintraocularlensesmadebydifferentmaterials[J].ChineseJournalofOphthalmology，1998，34(2):103-104.YY0290.2-2009眼科光学人工晶状体第2部分光学性能及试验方法[S].伍继光.小切口白内障手术联合人工晶状体植入疗效分析[J].中国当代医药，2011，18(1):189-190.罗湘蒙，贾松柏.单纯超声乳化白内障吸除术联合人工晶状体植入术治疗闭角型青光眼的临床观察[J].中国医药导报，2012，9(29):158-159.[11]王晓霞.不同手术方法治疗葡萄膜炎的疗效观察[J].中国医药科学，2012,2(11):166-167.[12]孙伟，张劲松，赵江月.Nd-YAG激光对蓝光阻断折叠式人工晶状体损伤作用的研究[J].眼科研究，2008,26(5):351-354.SunWei,ZhangJingsong,ZhaoJiangyue.EffectsofbluelightlaserinterdictionfoldableintraocularlensontheinjuryinducedbyNd:YAGlaser[J].ChineseOphthalmicResearch，2008，26(5):351-354.何守志，李晓陵，郝燕霞，等.人工晶体激光损伤阈值的实验研究[J].中华眼科杂志，1994，30:1