角膜地形圖測量工具的比較及其臨床應(yīng)用

1、角膜地形圖測量工具的比較及其臨床應(yīng)用        【摘要】     近年來角膜形態(tài)測量已成為眼視光學(xué)研究和臨床應(yīng)用的重要組成部分。我們重點(diǎn)分析并比較了目前常用的3種角膜地形圖測量系統(tǒng)：Placido盤為基礎(chǔ)的角膜地形圖儀，Orbscan和Pentacam眼前節(jié)測量分析系統(tǒng)，三者的測量優(yōu)勢、局限性及臨床應(yīng)用。     【關(guān)鍵詞】  角膜地形圖；Placido；Orbscan；Pentacam  &

2、#160; Comparison of corneal topography measurement tool and its clinical applicationYi Yin, YanLing Wang, YueGuo ChenDepartment of Ophthalmology, Beijing Friendship Hospital Affiliated to Capital Medical University, Beijing 100050, China; Eye Center of Beijing University, Beijing 100083, ChinaA

3、bstractRecently topography systems have played a more important role in the field of optometry. In our review, we compared the advantages, limitations and clinical applications of Placidobased corneal topography system, Orbscan, and Pentacam anterior segment analysis system.KEYWORDS：topography; Plac

4、ido; Orbscan; Pentacam0引言    近年來，隨著屈光性手術(shù)、角膜移植手術(shù)的廣泛開展，角膜地形圖為研究者提供了大量角膜形態(tài)信息，已成為眼科學(xué)和視光學(xué)必不可少的測量工具。我們根據(jù)近年來的文獻(xiàn)報(bào)道，分析比較了各種常用的角膜地形圖測量系統(tǒng)的優(yōu)勢、局限性及臨床應(yīng)用。1工作原理及測量參數(shù)1.1角膜曲率計(jì)  1856年，由Helmholtz設(shè)計(jì)的角膜曲率計(jì)測量的是相互垂直方向上的角膜曲率半徑及屈光力，測量范圍為角膜中央3mm內(nèi)。它假定角膜為圓柱球形體，應(yīng)用鏡面反射原理，計(jì)算角膜曲率值1。1.2 Placido盤  1880年問世的Pla

5、cido盤是一個(gè)黑白相間的同心圓環(huán)。檢查者需通過盤中的小孔觀察被檢者角膜上的同心環(huán)像。它用環(huán)的寬度表示角膜平坦或陡峭。臨床上Placido盤能夠發(fā)現(xiàn)較大量的角膜變形，如中度圓錐角膜、嚴(yán)重的散光、不規(guī)則散光等1。1.3計(jì)算機(jī)輔助角膜地形分析系統(tǒng)  1980年計(jì)算機(jī)輔助角膜地形分析系統(tǒng)(角膜地形圖儀)問世，它根據(jù)Placido盤原理，將角膜圖像用攝像機(jī)記錄下來，然后用計(jì)算機(jī)分析并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息后重建角膜表面形態(tài)，用顏色編碼得到角膜地形圖。這種類型的機(jī)器有：TMS角膜地形圖系統(tǒng)、Eyesys System 2000角膜地形圖系統(tǒng)等2。角膜地形圖儀同樣是根據(jù)鏡面反射原理：Plaido各環(huán)發(fā)出

6、的光線，經(jīng)過角膜表面反射后所成的虛像由攝像系統(tǒng)接收。我們可以從像的大小計(jì)算出角膜面的曲率。測量參數(shù)34：（1）表面不規(guī)則指數(shù)（SAI）：角膜中央距180°子午線相應(yīng)點(diǎn)的角膜屈光力差的總和。此值越大表示角膜表面越不規(guī)則。（2）表面規(guī)則指數(shù)（SRI）：主要表示角膜光學(xué)區(qū)的光學(xué)質(zhì)量。它與PVA有很好的相關(guān)性。（3）模擬角膜曲率值（Simk）：代表角膜中央?yún)^(qū)7，8，9三環(huán)兩相垂直的子午線角膜曲率，等同于角膜曲率計(jì)讀數(shù)。（4）角膜潛視力（PVA）：是指眼的視網(wǎng)膜、視神經(jīng)及屈光間質(zhì)正常時(shí)，角膜可獲得的視力。通過比較PVA與實(shí)際矯正視力可以分辨出患者視功能障礙是角膜源性還是非角膜源性。（5）角膜下

7、方與上方平均屈光力的差值(IS值)：在距角膜中央3mm的圓周上以相同的間隔各自取5個(gè)數(shù)值求平均值，代表角膜下方與上方平均屈光力，然后求其差值。1.4根據(jù)三角測量技術(shù)的Orbscan角膜地形圖系統(tǒng)  1997年Orbtek 公司（美國）生產(chǎn)的Orbscan應(yīng)用于臨床及科研。它分別從左右兩邊發(fā)射20條裂隙光以45°投射于角膜進(jìn)行水平掃描。共拍攝到40 個(gè)裂隙切面，每個(gè)切面得到240 個(gè)數(shù)據(jù)，共9 600個(gè)數(shù)據(jù)，最后計(jì)算出全角膜前、后表面的高度、角膜前表面屈光力地形圖及全角膜厚度圖。此外，它還可檢測前房深度、晶狀體厚度等參數(shù)。這個(gè)系統(tǒng)和鏡面反射無關(guān)，它根據(jù)光線透過角膜組織發(fā)生散射

8、的圖像，通過三角測量得出相對(duì)于參考平面的角膜前后表面高度值。這個(gè)系統(tǒng)的幾何原理和rastersterography或者fringe projection（條紋投照方法）相似5。在Orbscan中，由Orbscan系統(tǒng)加Placido盤組成，同時(shí)結(jié)合了Placido盤鏡面反射測量的角膜表面坡度，得到角膜曲率。測量對(duì)象和參數(shù)：（1）高度：角膜的高度地形彩色編碼圖顯示角膜與一參考平面的相對(duì)高度。（2）Diff值： Diff值是每個(gè)角膜實(shí)際測得的后表面頂點(diǎn)距理想?yún)⒖记蛎婊鶞?zhǔn)值兩者之間的差值。（3）曲率：結(jié)合了Placido盤鏡面反射測量的角膜表面坡度，得到角膜曲率。（4）厚度：全角膜的厚度是根據(jù)角膜前

9、后表面的高度差而獲得的。軟件同時(shí)也能夠辨別角膜的最薄點(diǎn)及它的定位。（5)前房深度和晶狀體厚度。1.5 Pentacam眼前節(jié)測量及分析系統(tǒng)  德國Oculus公司生產(chǎn)的Pentacam眼前節(jié)測量分析系統(tǒng)集3D前房分析、角膜測厚、角膜地形圖、白內(nèi)障分析于一體，是世界上第一臺(tái)根據(jù)Scheimpflug成像原理進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掃描三維測量的眼科儀器。根據(jù)Scheimpflug定律：移動(dòng)三個(gè)平面，如被攝圖像平面、鏡頭平面和膠片平面彼此相交于一條線或一個(gè)點(diǎn)，便可獲得更大的焦深（圖1）。因此Scheimpflug相機(jī)比普通相機(jī)聚焦景深更大，圖像更清晰。Pentacam內(nèi)置的Scheimpflug攝像機(jī)，

10、在2s內(nèi)，通過旋轉(zhuǎn)掃描得到共軸的50幅裂隙圖像，每張圖像包含500個(gè)點(diǎn)，最終每個(gè)層面產(chǎn)生25000個(gè)真實(shí)的高度點(diǎn)，它的中心還有一臺(tái)攝像機(jī)用于監(jiān)視眼球的運(yùn)動(dòng)并進(jìn)行內(nèi)部校正69。測量對(duì)象和參數(shù)：（1）角膜前后表面高度；（2）角膜厚度：由前后表面高度差得到；（3）角膜曲率：由高度圖推導(dǎo)出，結(jié)果唯一；（4）前房分析參數(shù)：前房角、前房容積、晶狀體密度等。2測量優(yōu)勢及局限性比較2.1角膜曲率計(jì)  可同時(shí)得到角膜曲率值和屈光度值。有測量快捷、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，特別適于檢查規(guī)則角膜，是臨床上測量角膜曲率的重要方法。但是有以下局限：（1）測量范圍小：角膜中央3mm內(nèi)。（2）對(duì)于正常規(guī)則的角膜，角膜曲率計(jì)

11、具有高度準(zhǔn)確性和可重復(fù)性1。但人的角膜并不是完全規(guī)則的球面。（3）它只能測量角膜中央相互垂直的子午線變陡和變平度數(shù)，但角膜變陡既可提示圓錐角膜，也可由高度規(guī)則散光造成，有些不規(guī)則散光并沒有角膜中央的明顯變陡。所以它并不能測量出更細(xì)微的角膜變化及全角膜形態(tài)，因此在臨床工作中受到限制。2.2以Placido盤為基礎(chǔ)的角膜地形圖儀  Placido盤相比角膜曲率計(jì)測量范圍大，更能全面的表現(xiàn)角膜形態(tài)。局限性：（1）不能發(fā)現(xiàn)角膜細(xì)小變化，只能對(duì)角膜形態(tài)進(jìn)行粗略的定性描述。如，大致看到圓錐角膜的局部解剖變化；（2）測量范圍受限：在檢查時(shí)要將Placido盤移近角膜或增加盤的直徑才能顯示出角膜周邊

12、部，但這樣會(huì)使鼻、眼瞼在角膜表面形成陰影，遮擋影像。由于光軸處光線不反射，因此缺乏中央角膜信息。相比，Orbscan和Pentacam則可測量包括角膜緣的全角膜范圍；（3）當(dāng)角膜上皮缺損、基質(zhì)潰瘍時(shí)不能成像；（4）當(dāng)角膜存在高度不規(guī)則改變時(shí)，Placido盤的影像經(jīng)常交織在一起，難以從量上進(jìn)行描述；（5）Placido盤檢查的可重復(fù)性較差10。以Placido盤為基礎(chǔ)的角膜地形圖儀是用計(jì)算機(jī)分析Placido盤的反射圖像并轉(zhuǎn)化成數(shù)字信息，它可以定量分析角膜表面，比Placido盤的定性分析有著質(zhì)的飛躍，但是它們都是基于Placido盤反射原理，有著相似的局限性。另外，Placido盤鏡面反射方

13、法假設(shè)角膜的光軸和成像系統(tǒng)的光軸在一條直線上，它對(duì)光軸上的移位非常敏感，因此容易產(chǎn)生誤差11，12。Orbscan和Pentacam則不需要非常精確的對(duì)位于角膜中心，在測量角膜高度時(shí)也不會(huì)造成錯(cuò)位誤差5。更重要是，角膜地形圖儀是通過拍攝Placido盤的反射圖像后，測量每一環(huán)上各點(diǎn)的角度并進(jìn)行數(shù)學(xué)重建，因此得到的角膜地形圖只是角膜表面屈光力圖，不是真正的角膜地形4。屈光手術(shù)的進(jìn)步，將更多地有賴于真實(shí)角膜形態(tài)的精確分析，不能通過曲率分析確定真實(shí)的角膜形態(tài)。另外，基于Placido盤的角膜地形圖測量的曲率大小也取決于參照面，參照點(diǎn)或觀察角度的改變將導(dǎo)致曲率改變（圖2）。任何角膜手術(shù)后或角膜形狀的改變，參照點(diǎn)均可發(fā)生改變。2.3根據(jù)三角測量技術(shù)的Orbscan角膜地形圖系統(tǒng)   Orbscan的優(yōu)勢是根據(jù)三角測量技術(shù)得到包括角膜厚度和角膜前后表面高度的地形圖。但是其角膜前表面曲率不是由高度推算出的，仍根據(jù)Placido盤鏡面反射像計(jì)算出角膜曲率圖。圖1  A:普通照相機(jī)，缺點(diǎn)：被攝平面、鏡頭平面及膠片平面平行，焦深有限；B:Scheimpflug 照相機(jī)，優(yōu)點(diǎn)：被攝平面、鏡頭平面及膠片平面相交于一點(diǎn)可獲得較大焦深。（略）圖2參照點(diǎn)不同或者觀察角度不同導(dǎo)致曲率改變。（略）2.4 Pentacam