意外發現：現代激光矯視手術的誕生故事

By Roshni Printer

 

 

一些重要的科學發現往往出於偶然。獲頒2022年金鵝獎的醫學界發明正正出於一件意外，最終啟發科學家開創「無刀雷射屈光角膜層狀重塑術」（bladeless laser-assisted in situ keratomileusis），亦是街知巷聞的「無刀LASIK」激光矯視手術。

甚麼是LASIK？

LASIK是一種矯視手術，透過使用激光重塑角膜形狀來治療一系列的視力問題，例如近視、遠視和散光 [1]。近視患者由於眼球過長或晶體曲率過大，導致影像在視網膜前方形成，使患者難以看清遠物。相反，遠視患者能看清遠物而非近物，這是由於眼球過短或晶體曲率不足，導致影像在視網膜後方形成。另一種常見屈光不正的類型是散光，它是由於角膜或晶體形狀不規則造成。在這三種情況，影像皆無法清晰聚焦在視網膜上，導致視力模糊。矯視手術是透過精確切除角膜內層（角膜基質）的部分組織來改變角膜的形狀，使光線能正確折射到視網膜上。

 

技術上，重塑基質前必先移除表層角膜，這得用上手術刀 — 直到一次看似無關的實驗室意外 [2, 3]。

從實驗室意外到成功的初創企業

1985年，物理學家Gérard Mourou和Donna Strickland發明了一種名為「啁啾脈衝放大」的突破性光學技術，製造出短至飛秒（10-15秒），但強度前所未有地高的超短激光脈衝 [4]。Mourou其後在密歇根大學創立了超快光學科學中心（Center for Ultrafast Optical Science），利用這項技術研究化學反應 [3]。

 

1993年，Mourou的研究生杜德濤在一次實驗意外中被激光所傷 [3]。他憶述當晚「肯定是太累」，所以不慎移除了護目鏡，結果被一束飛秒激光的雜散光（幸好不是主光束）擊傷視網膜，造成了圓形的燒傷。經大學眼科中心值班醫生Ron Kurtz的檢查後，發現燒傷的形狀是完美的圓形，而且精確得很，絲毫沒有破壞周邊組織。杜德濤和Kurtz都為這種完美的激光切割特性所著迷，因此決定合作對此進一步研究。

 

杜德濤和Kurtz在一次光學會議上匯報發現，二人在此遇見Mourou實驗室的前成員Tibor Juhasz，後者剛好正尋找飛秒激光在眼科上的應用。他們一拍即合，為無刀LASIK的發展揭開序幕。他們共同創立了一家成功的初創公司，將無刀LASIK技術推出市場。該公司最終於十年後的2007年以8.08億美元被高價收購。另一方面，為故事畫龍點晴的是Mourou和Strickland亦因「研發出製造高強度超短光脈衝的方法」於2018年獲得諾貝爾物理學獎。

LASIK與SMILE

無刀LASIK是發展成熟的技術，超過95%的患者對手術結果感到滿意 [1]。手術中，醫生會使用飛秒激光在角膜表層切出一個薄的圓形角膜瓣，然後使用準分子雷射（excimer laser）重塑底層基質組織的形狀 [5]。準分子激光發出的紫外線能量（經大幅增強的紫外光）能打破基質組織中的有機分子鍵而不造成任何燒傷 [6]。在精確打磨基質組織後，角膜瓣會被掀回原位，允許角膜自然癒合。

 

近年，名為「小切口透鏡切除術」（small incision lenticule extraction / SMILE）的新型激光矯視手術自2016年引入以來也受到廣泛關注 [7]，這種微創手術利用飛秒激光在角膜基質中刻出一個透鏡狀的組織，然後從同樣由飛秒激光切割出的微細切口將組織取出，從而調整角膜的屈光能力 [8]。

 

SMILE的主要優勢來自其微細的切口大小。LASIK需要切割長達20毫米的270度圓形角膜瓣 [7]，但SMILE僅需要二至四毫米的切口 [7, 9]，這樣能避免大量切斷角膜神經，有效減少手術後眼乾的情況 [8]。另外如果患者熱衷於身體接觸較多的運動，例如足球或武術等，SMILE會更為適合，因為過程中不需要切出角膜瓣，所以角膜瓣不會在運動中被意外掀開 [8, 10]。此外，SMILE在近視度數較高的情況下也能維持更穩定的效果 [8]。

 

至於缺點，LASIK允許在手術後數年進行輕微修正以調整視力，但SMILE則不支援後續微調 [7]。如果接受SMILE後需要進一步調整視力，選擇只有接受LASIK手術，或在SMILE的結構上進行第一代的PRK手術（註一）。此外，SMILE在美國尚未獲得批准治療遠視，因此LASIK目前仍是遠視患者的唯一選擇 [8]。

 

儘管SMILE和LASIK的療效和安全性均被認可，但最終選擇何者取決於患者意願及其眼部狀況。如果有意進行矯視手術，請諮詢眼科醫生以獲取專業意見。

總結

雖然這個偶然的發現已成為了現代眼科最受歡迎的醫療程序之一，但包括Kurtz和Juhasz在內許多研究人員仍在探索飛秒激光於青光眼和白內障等眼科疾病中的嶄新應用 [3]。這個故事展示了始料不及的意外也能為科學發展帶來深遠影響，證明了改變人類生活的發現隨時都可能發生 — 所以請細心留意周遭一切！

  1. PRK：屈光角膜切除術（photorefractive keratectomy / PRK）是一種較舊的技術，當中表層角膜會被完全移除（而不是切出一個稍後會被掀回原位的角膜瓣），然後等待組織重新生長，但癒合過程可以長達數週 [11]。

參考資料

[1] Kates, M. M., & Tuli, S. (2020). What Is LASIK Eye Surgery?. JAMA, 324(8), 815. https://doi.org/10.1001/jama.2020.1286

[2] Barraquer, J. I. (1996). The History and Evolution of Keratomileusis. International Ophthalmology Clinics, 36(4), 1–7. https://doi.org/10.1097/00004397-199603640-00003

[3] Asbury, M. (n.d.). How a Lab Incident Led to Better Eye Surgery for Millions of People. The Golden Goose Award. https://www.goldengooseaward.org/01awardees/lasik

[4] Rose, J. (n.d.). The Nobel Prize in Physics 2018 - Popular science background: Tools made of light. The Nobel Prize. https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2018/popular-information/

[5] Department of Ophthalmology, Hong Kong Sanatorium & Hospital. (n.d.). Laser-assisted In-situ Keratomileusis (LASIK). https://www.hksh-hospital.com/oph/en/our-services/lasik.php

[6] Trokel, S. L., Srinivasan, R., & Braren, B. (1983). Excimer Laser Surgery of the Cornea. American Journal of Ophthalmology, 96(6), 710–715. https://doi.org/10.1016/s0002-9394(14)71911-7

[7] Stephenson, M. (2021, April 15). The Current State of SMILE vs. LASIK. Review of Ophthalmology. https://www.reviewofophthalmology.com/article/the-current-state-of-smile-vs-lasik

[8] Shah, R. (2019). History and Results; Indications and Contraindications of SMILE Compared With LASIK. Asia-Pacific Journal of Ophthalmology, 8(5), 371–376. https://doi.org/10.1097/01.APO.0000580132.98159.fa

[9] Moshirfar, M., Somani, S. N., & Patel, B. C. (2024, February 26). Small Incision Lenticule Extraction. StatPearls. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK549896/

[10] Cleveland Clinic. (2024, February 5). LASIK vs. SMILE: Which Is Right for You? https://health.clevelandclinic.org/lasik-vs-smile

[11] Oliver, B. (2024, January 31). LASIK vs. PRK: Which Laser Eye Surgery Is Right for You? John F. Hardesty, MD, Department of Ophthalmology & Visual Sciences. https://ophthalmology.wustl.edu/lasik-vs-prk-which-laser-eye-surgery-is-right-for-you/