角膜地形图测量工具的比较及其临床应用_尹奕.pdf

文献综述 角膜地形图测量工具的比较及其临床应用 尹 奕 1 王艳玲1 陈跃国2 作者单位 1 100050 中国北京市 首都医科大学附属北京友谊 医院眼科 2 100083 中国北京市 北京大学第三医院眼科 北京 大学眼科中心 作者简介 尹奕 毕业于北京大学 硕士研究生 住院医师 通讯作者 陈跃国 医学博士 主任医师 北京大学眼科中心准分 子激光主任 在国内外核心期刊中发表论著 30余篇 参与编写 专著 4部 研究方向 眼视光学 chenyueguo 263 net 收稿日期 2009 11 20 修回日期 2009 11 27 Comparison of corneal topography m eas ure ment tool and its clinical application Yi Yin 1 Yan LingW ang 1 Yue Guo Chen2 1Department ofOphthal mology BeijingFriendshipHospital A ffiliated to CapitalM edicalUniversity Beijing 100050 China 2 Eye Center ofBeijingUniversity Beijing 100083 China Correspondenceto Yue GuoChen EyeCenterof Beijing University Beijing 100083 China chenyueguo 263 net Received 2009 11 20 A ccepted 2009 11 27 Abstract Recentlytopo g raphysystem shaveplayedam o re m ipo rtant ro le in the fie ld o fo ptom etry I n o ur rev iew w e com paredtheadvantages lm iitationsandclinica l app lica tio ns o f Placido based co rneal topo g raphy system Orbscan and Pentacam anterio r segm ent analysis system KEY W O RDS to pog raphy P lacido O rbscan Pentacam Y in Y W ang YL Chen YG Comparison of corneal topography measurement tool and its clinical application Int J Ophthalmol Guoji YankeZazhi 2009 9 12 2357 2359 摘要 近年来角膜形态测量已成为眼视光学研究和临床应用的 重要组成部分 我们重点分析并比较了目前常用的 3种 角膜地形图测量系统 Placido盘为基础的角膜地形图仪 O rbscan和 Pentacam眼前节测量分析系统 三者的测量优 势 局限性及临床应用 关键词 角膜地形图 Placido Orbscan Pentaca m DOI 10 3969 j issn 1672 5123 2009 12 031 尹奕 王艳玲 陈跃国 角膜地形图测量工具的比较及其临床应 用 国际眼科杂志 2009 9 12 2357 2359 0引言 近年来 随着屈光性手术 角膜移植手术的广泛开展 角膜地形图为研究者提供了大量角膜形态信息 已成为眼 科学和视光学必不可少的测量工具 我们根据近年来的 文献报道 分析比较了各种常用的角膜地形图测量系统的 优势 局限性及临床应用 1工作原理及测量参数 1 1角膜曲率计 1856年 由 Hel mholtz设计的角膜曲率 计测量的是相互垂直方向上的角膜曲率半径及屈光力 测 量范围为角膜中央 3mm 内 它假定角膜为圆柱球形体 应用镜面反射原理 计算角膜曲率值 1 1 2 P l acido盘 1880年问世的 Placido盘是一个黑白相 间的同心圆环 检查者需通过盘中的小孔观察被检者角 膜上的同心环像 它用环的宽度表示角膜平坦或陡峭 临床上 Placido盘能够发现较大量的角膜变形 如中度圆 锥角膜 严重的散光 不规则散光等 1 1 3计算机辅助角膜地形分析系统 1980年计算机辅助 角膜地形分析系统 角膜地形图仪 问世 它根据 Placido 盘原理 将角膜图像用摄像机记录下来 然后用计算机分 析并转化为数字信息后重建角膜表面形态 用颜色编码得 到角膜地形图 这种类型的机器有 TMS角膜地形图系 统 Eyesys System 2000角膜地形图系统等 2 角膜地形 图仪同样是根据镜面反射原理 Plaido各环发出的光线 经过角膜表面反射后所成的虚像由摄像系统接收 我们 可以从像的大小计算出角膜面的曲率 测量参数 3 4 1 表面不规则指数 SA I 角膜中央距 180 子午线相应点的 角膜屈光力差的总和 此值越大表示角膜表面越不规 则 2 表面规则指数 SR I 主要表示角膜光学区的光 学质量 它与 PVA 有很好的相关性 3 模拟角膜曲率 值 S m i k 代表角膜中央区 7 8 9三环两相垂直的子午线 角膜曲率 等同于角膜曲率计读数 4 角膜潜视力 PVA 是指眼的视网膜 视神经及屈光间质正常时 角膜可获得 的视力 通过比较 PVA与实际矫正视力可以分辨出患者 视功能障碍是角膜源性还是非角膜源性 5 角膜下方 与上方平均屈光力的差值 I S值 在距角膜中央 3mm 的 圆周上以相同的间隔各自取 5个数值求平均值 代表角膜 下方与上方平均屈光力 然后求其差值 1 4根据三角测量技术的 Orbscan角膜地形图系统 1997 年 Orbtek公司 美国 生产的 O rbscan应用于临床及科研 它分别从左右两边发射 20条裂隙光以 45 投射于角膜进 行水平扫描 共拍摄到 40 个裂隙切面 每个切面得到 240个数据 共 9 600个数据 最后计算出全角膜前 后表 面的高度 角膜前表面屈光力地形图及全角膜厚度图 此 外 它还可检测前房深度 晶状体厚度等参数 这个系统 和镜面反射无关 它根据光线透过角膜组织发生散射的图 像 通过三角测量得出相对于参考平面的角膜前后表面高 度值 这个系统的几何原理和 rastersterography或者 fringe projection 条纹投照方法 相似 5 在 Orbscan 中 由 O rbscan系统加 Placido盘组成 同时结合了 Placido盘镜面 反射测量的角膜表面坡度 得到角膜曲率 测量对象和参 数 1 高度 角膜的高度地形彩色编码图显示角膜与一 参考平面的相对高度 2 D iff值 Diff值是每个角膜实 际测得的后表面顶点距理想参考球面基准值两者之间的 差值 3 曲率 结合了 Placido盘镜面反射测量的角膜表 面坡度 得到角膜曲率 4 厚度 全角膜的厚度是根据 角膜前后表面的高度差而获得的 软件同时也能够辨别 2357 Int J Ophthalmo l Vo l 9 No 12 Dec 2009 www IJO cn Te l 029 82245172 83085628 Em ai l IJO 2000 163 com 角膜的最薄点及它的定位 5 前房深度和晶状体厚度 1 5 Pentacam眼前节测量及分析系统 德国 Oculus公 司生产的 Pentacam眼前节测量分析系统集 3D前房分析 角膜测厚 角膜地形图 白内障分析于一体 是世界上第一 台根据 Schem i pflug成像原理进行旋转扫描三维测量的眼 科仪器 根据 Schem i pflug定律 移动三个平面 如被摄图 像平面 镜头平面和胶片平面彼此相交于一条线或一个 点 便可获得更大的焦深 图 1 因此 Schem i pflug相机比 普通相机聚焦景深更大 图像更清晰 Pentaca m 内置的 Schem i pflug摄像机 在 2s内 通过旋转扫描得到共轴的 50 幅裂隙图像 每张图像包含 500个点 最终每个层面产生 25000个真实的高度点 它的中心还有一台摄像机用于监 视眼球的运动并进行内部校正 6 9 测量对象和参数 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 由高度图推导出 结果唯一 4 前房分 析参数 前房角 前房容积 晶状体密度等 2测量优势及局限性比较 2 1角膜曲率计 可同时得到角膜曲率值和屈光度值 有测量快捷 价格低廉等优点 特别适于检查规则角膜 是 临床上测量角膜曲率的重要方法 但是有以下局限 1 测量范围小 角膜中央 3mm 内 2 对于正常规则的角 膜 角膜曲率计具有高度准确性和可重复性 1 但人的角 膜并不是完全规则的球面 3 它只能测量角膜中央相 互垂直的子午线变陡和变平度数 但角膜变陡既可提示圆 锥角膜 也可由高度规则散光造成 有些不规则散光并没 有角膜中央的明显变陡 所以它并不能测量出更细微的 角膜变化及全角膜形态 因此在临床工作中受到限制 2 2以 Plac i do盘为基础的角膜地形图仪 Placido盘相比 角膜曲率计测量范围大 更能全面的表现角膜形态 局限 性 1 不能发现角膜细小变化 只能对角膜形态进行粗 略的定性描述 如 大致看到圆锥角膜的局部解剖变化 2 测量范围受限 在检查时要将 Placido盘移近角膜或增加 盘的直径才能显示出角膜周边部 但这样会使鼻 眼睑在 角膜表面形成阴影 遮挡影像 由于光轴处光线不反射 因此缺乏中央角膜信息 相比 O rbscan和 Pentacam则可 测量包括角膜缘的全角膜范围 3 当角膜上皮缺损 基 质溃疡时不能成像 4 当角膜存在高度不规则改变时 Placido盘的影像经常交织在一起 难以从量上进行描述 5 Placido盘检查的可重复性较差 10 以 Placido盘为基础 的角膜地形图仪是用计算机分析 Placido盘的反射图像并 转化成数字信息 它可以定量分析角膜表面 比 Placido盘 的定性分析有着质的飞跃 但是它们都是基于 Placido盘 反射原理 有着相似的局限性 另外 Placido盘镜面反射 方法假设角膜的光轴和成像系统的光轴在一条直线上 它 对光 轴上的 移位非 常敏 感 因此 容易 产生误 差 11 12 O rbscan和 Pentacam则不需要非常精确的对位于角膜中 心 在测量角膜高度时也不会造成错位误差 5 更重要 是 角膜地形图仪是通过拍摄 Placido盘的反射图像后 测 量每一环上各点的角度并进行数学重建 因此得到的角膜 地形图只是角膜表面屈光力图 不是真正的角膜地形 4 屈光手术的进步 将更多地有赖于真实角膜形态的精确分 析 不能通过曲率分析确定真实的角膜形态 另外 基于 Placido盘的角膜地形图测量的曲率大小也取决于参照面 参照点或观察角度的改变将导致曲率改变 图 2 任何角膜 手术后或角膜形状的改变 参照点均可发生改变 2 3根据三角测量技术的 Or bscan角膜地形图系统 Orbscan 的优势是根据三角测量技术得到包括角膜厚度和角膜前 图 1 A 普通照相机 缺点 被摄平面 镜头平面及胶片平面平 行 焦深有限 B Schei mpflug 照相机 优点 被摄平面 镜头平面 及胶片平面相交于一点可获得较大焦深 图 2 参照点不同或者观察角度不同导致曲率改变 后表面高度的地形图 但是其角膜前表面曲率不是由高 度推算出的 仍根据 Placido盘镜面反射像计算出角膜曲 率图 2 3 1角膜地形及角膜屈光力方面 刘祖国等 13 研究用 O rbscan获取 Sm iK值与 Bogan等 14 报道的应用 TM S 1角 膜地形图仪的结 果相符 散光 度数也与 Bogan等 14 及 Naufal等 15 应用 PAR系统 的结果相符 所得的角膜高 度地形图图形及角膜曲率图图形构成比与应用 PAR 及 TMS 1系统所得结果相似 说明 Orbscan在检测角膜曲率 及地形图图形方面 其精确性及准确度与 PAR及 TMS 1 角膜地形图仪基本相同 目前用于研究角膜地形及屈光 力方面的方法及仪器很多 比如 角膜地形图仪 角膜曲率 计等 但各自的应用局限性也是非常显著的 它们只能对 角膜前表面地形图及屈光力进行分析 表达也并不是真正 的角膜地形 研究已证实角膜后表面地形同前表面一样 对角膜屈光力的影响较大 Orbscan可以测量整个角膜前 后表面的地形 因此具有较高的临床实用价值 2 3 2角膜厚度方面 当前测量角膜厚度较常用的有裂 隙灯光学测厚仪 超声测厚仪 超声生物显微镜 UBM 共焦显微镜测量法等 16 临床上这些方法各有其优缺 点 O rbscan测量结果的准确性与较常用的超声方法相 当 其优势在于 可以获得全角膜的厚度 非接触性 测量 时间短 不受组织水合作用影响 可测量角膜任意点 不对 角膜造成压力 而超声的准确性受探头是否垂直角膜表 面影响 定位点不易标准化 有报道 17 18 两者对角膜测 厚结果有一定差异 Yayali等 17 认为 Orbscan测量角膜 厚度更有价值 其测量值大于超声测量值 23 28 m 差 异的原因可能是超声波测定法探头接触角膜 而 Orbscan 测量的角膜厚度还包括覆盖角膜表面的一层 7 40 m 厚 的泪膜 19 在临床应用时应予注意 2 3 3 Orbscan还可以测量前房深度和晶状体厚度 2 3 4测量范围 比起角膜曲率计只能测量角膜中心 2358 国际眼科杂志 2009年 12月 第 9卷 第 12期 www I JO cn 电话 029 82245172 83085628 电子信箱 I JO 2000 163 com 3mm 角膜地形仪测量角膜中心 7mm来讲 Orbscan可以 测量包括角膜缘范围的全角膜表面形态 2 3 5测量轴位 不像 Placido盘 要求角膜光轴和成像 系统 光轴在一 条直线上 对光轴 上的移位 非常敏感 O rbscan通过三角测量方法不需要非常精确的对位于角膜 中心 因此在测量时也不会造成错位误差 比 Placido盘 重复性和精确度要高 5 2 4 Pentacam眼前节测量及分析系统 Pentacam和 Orbscan 同样都可以测量角膜前后表面高度及角膜厚度 都是角膜 地形图测量上的飞跃 Pentaca m是以 Schem i pflug光学原 理为基础 不但比传统角膜地形图测量仪精确性更高 20 在筛查临床前期圆锥角膜时 还可以补充更有意义的角膜 后表面参数 21 22 其优势表现有以下几点 2 4 1测量范围 可以完整描述从角膜缘到角膜缘的全 角膜形态 2 4 2角膜曲率和角膜前后表面高度 Pentaca m的测量 方向和参考点的轴位无关 得到的曲率更加精确 Placido 盘原理的角膜地形图仪得到的曲率大小取决于参照面 同 一位点角膜曲率可能由于测量方向和参考点的位置不同 而不同 导致曲率地形图不是唯一 如 2 2述 Obscan前 表面曲率图也不是从高度图推导的 具有相同局限性 而 Pentaca m测量的角膜表面高度图表示角膜真实形态 与 轴 方位无关 其他所有图形 包括曲率图 均可从精确的 高度数据推导出 其曲率是从属的 是高度的推导值 一 个精确的高度数据仅产生一个曲率图 相反 具有相同 曲率 的两个物体 高度 却可以不同 根据 Pentacam 测量的角膜后表面高度 可以在屈光手术前有效地筛查临 床前期圆锥角膜及确诊临床期圆锥角膜 23 2 4 3角膜中心 Pentacam的旋转扫描在角膜中心点得 到更多数据 Placido摄像机在中心 中心点反光最弱 中 央测量值是推测出来的 可能为旁中心测量 7 2 4 4对位 Pentacam实时监视眼球运动并进行内部校 正 定位准确 Orbscan不能监测被检眼是否追踪裂隙灯 光 因此角膜后表面的测量常不够准确 24 25 2 4 5共轴图像获取 Pentaca m旋转扫描角膜 每个层面 产生 25 000个真实的高度点 这种共轴图像获取的方法更 精确 而 Orbscan则为水平扫描 每个角膜获取 9600个 数据 由于 Orbscan从一个方位获图像且均匀分布测量点 因此一个方向的一张图像错误可能会影响整个的三维模型 26 2 4 6角膜厚度 定位准确 可重复性好 有人认为 Pentacam 与超声测厚相当 因为应用 Schem i pflug图像 Pentaca m比 其它裂隙图像系统有和超声测厚更好的相关性 但还需进 一步证实 27 2 4 7景深 Pentaca m的 Schem i pflug图像景深大 图像非 常清晰 Orbscan受景深限制 扫描不出高质量的图像 结 果有时有问题 所以需联合使用 Placido系统 2 4 8其他临床应用 Pentacam三维眼前节分析可测量 并显示前房角 计算前房容量 前房深度 瞳孔直径和晶状 体厚度 同时具有手动测量功能 也可以进行白内障分析 O rbscan只计算前房深度不能产生前房深度图 也不能对 白内障进行评估和重现 局限性 Pentacam不能测量眼 轴 不能透过角膜白斑或角膜云翳进行测量 由于虹膜遮 挡无法测量睫状沟到睫状沟的距离 但由于多角度拍摄 图像 通常可获取不透明组织后的部分数据 综上所述 角膜地形图作为眼科必不可少的测量工具 应受到广大临床科研工作者的重视 在临床工作中应根据 需要选择应用不同类型的角膜地形图工具 参考文献 1陈洁 瞿佳 角膜地形图的应用和分析 第 1 讲 眼视光学杂志 2000 2 1 56 58 2 Bogan SJ WaringGO 3d Ibrah m i O et al C lassification of nor m al corneal topography based on co mputer assisted videokeratography Arch Ophthal m ol1990 108 945 949 3周跃华 李志辉 安伟丽 圆锥角膜与近视眼角膜地形图比较 中国 实用眼科杂志 1997 15 5 297 299 4刘祖国 林跃生 角膜地形图学 广东 广东科技出版社 2001 5 Mej a Barbosa Y M alacara Hern ndez D A review ofm ethods for m easuring corneal topography Opto m VisSci 2001 78 4 240 253 6 Lackner B Schm idinger G Skorp ik C Validity and repeatability of anterior cha mber depth measure ments w ith Pentaca m and Orbscan Opto m Vis Sci2005 82 9 858 861 7Holladay JT BelinMW ChayetAS etal Nex tgeneration technology for the cataractand refractive surgery CatRef Surg Today Suppl 2005 1 1 11 8 KentC The anterior cha mber from every angle Rev Ophthal m ol 2005 12 6 33 38 9 GardnerBG TaubMB Ne w diagnostic devices in Eye care Rev Optom 2004 15 79 85 10张丽云 邹留河 圆锥角膜的研究进展 中华眼科杂志 2003 39 10 634 637 11 Roberts C Characterization of the inherent error in a spherically biased corneal topography syste m in mapping a radially aspheric surface J RefractCorneal Surg 1994 10 2 103 111 12 Belin MW Khachik ian SS H ighlights of Ophthal m ology C ity of Kno w ledge Am J Oph thal mol 2007 143 3 500 503 13刘祖国 谢玉环 张梅 等 正常人角膜前后表面地形及全角膜厚 度的研究 眼科杂志 2001 37 2 125 128 14 Bogan SJ Waring GO 3d Ibrahm i O et al C lassification of nor m al corneal topography based on co mputer assisted videokeratography Arch Ophthal m ol1990 108 7 945 949 15Naufal SC Hess JS FriedlanderMH et al Rasterstereography based classification ofnor malcorneas J CataractR efractSurg1997 23 2 222 230 16H itzenbergerCK Bau m gartnerA DrexlerW etal Interfero metric m easure m entofcornealthickness w ithm icrometer precision Am J Ophthal mol1994 118 4 468 476 17 Yayali V Kauf m anSC Tho mpson HW Cornealthickness m easure ments w iththe Orbscan Topography Systemand u ltrasonic pachy m etry J CataractRefratSurg 1997 23 9 1345 1350 18张莉 克麦尔 艾则孜 姚巧莲 Orbscan II角膜地形图仪与超声 角膜测厚仪角膜测厚结果的对比分析 国际眼科杂志 2008 8 5 1027 1028 19 Prydal JI A rtalP W oonH et al Study of human precorneal tear fil m thickness and structure using laser interfero m etry InvestOphthalmol Vis Sci1992 33 6 2006 2011 20 Mejia Barbosa Yoban i Malacara Hernandez et al A revie w of methods formeasuring corneal topography Opto m Vis Sci 2001 78 240 253 21 Fa m HB Lm i KL Cornealelevation ind ices in nor maland keratoconic eyes J CataractR efractSurg2006 32 8 1281 1287 22 Son mez B DoanMP Ha m ilton DR Identification of scann i ng sli t bea m topographic para meters m i portant in distingu ishing nor m