劉波 楊麗 蘭長駿 廖萱

散光是一種常見的屈光不正類型，在兒童和成人中患病率分別達(dá)到14.9%和40.4%[1]。自Young[2]關(guān)注到散光的現(xiàn)象以來，可以進(jìn)行角膜曲率和眼前節(jié)參數(shù)檢測的儀器設(shè)備不斷面世，近年來已經(jīng)得到較大的發(fā)展。這些生物測量儀的涉及結(jié)構(gòu)與原理有所不同，如鏡面反射、波前像差、Placido角膜盤、Scanning slit或光學(xué)裂隙掃描、Scheimpflug攝像掃描以及光學(xué)相干等各種不同原理，測量結(jié)果因而也存在一定差異，了解它們的特點(diǎn)有助于更好地進(jìn)行手術(shù)規(guī)劃決策、視覺質(zhì)量優(yōu)化、驗(yàn)光配鏡和眼病診斷等。現(xiàn)筆者對(duì)近年來臨床上用于散光檢測的設(shè)備以及應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行簡要綜述。

1 角膜曲率計(jì)

角膜曲率計(jì)利用角膜的鏡面反射性質(zhì)，測量角膜前表面中央?yún)^(qū)同一主子午線方向上對(duì)稱的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的曲率半徑，采用標(biāo)化的角膜折射率1.3375將其轉(zhuǎn)換成角膜屈光力的K值（Keratometry），包括平坦K值（Flat keratometry，Kf）和陡峭K值（Steep keratometry，Ks）或K1和K2。角膜曲率計(jì)測量角膜前表面中央?yún)^(qū)3～5 mm直徑有限的范圍，結(jié)果不能反映周邊角膜曲率情況；雖然對(duì)于規(guī)則散光的準(zhǔn)確性較高，但是對(duì)過于平坦（通常<40 D）或陡峭（>46 D）以及不規(guī)則角膜的測量結(jié)果仍欠準(zhǔn)確。

1.1 手動(dòng)角膜曲率計(jì)

手動(dòng)角膜曲率計(jì)測量角膜中央2條相互垂直的主子午線的曲率半徑，根據(jù)獲得對(duì)準(zhǔn)像的不同，手動(dòng)角膜曲率計(jì)分為可變雙像法角膜曲率計(jì)及固定雙像法角膜曲率計(jì)。前者固定測量光標(biāo)而改變雙像距離，如Bausch-Lomb角膜曲率計(jì)；后者固定測量雙像而改變光標(biāo)大小，如Javal-Schiotz角膜曲率計(jì)。Mehravaran等[3]研究顯示Javal（瑞士Haag-Streit公司）手動(dòng)角膜曲率計(jì)重復(fù)性好。Dehnavi等[4]報(bào)道Javal與Pentacam（德國Oculus公司）測量角膜曲率有顯著差異，手動(dòng)角膜曲率計(jì)假設(shè)角膜為球形，只能確定球面輪廓且具有固有的終點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)；而Javal與IOLMaster v3.02（德國Carl Zeiss公司）測量的角膜曲率值具有較強(qiáng)相關(guān)性。手動(dòng)角膜曲率計(jì)結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，在臨床實(shí)踐中曾經(jīng)有一定的參考價(jià)值。

1.2 自動(dòng)角膜曲率計(jì)

自動(dòng)角膜曲率計(jì)采用紅外線和電子感應(yīng)等技術(shù)，可以由電腦自動(dòng)完成測量，利用角膜反射圓環(huán)測量角膜曲率，采用視網(wǎng)膜檢影原理測得屈光數(shù)據(jù)，同時(shí)獲得角膜曲率和屈光度值。Galindo等[5]的一項(xiàng)橫斷面研究中，用電腦驗(yàn)光儀（日本Canon R-20公司）篩選散光患者，再用角膜地形圖儀對(duì)散光進(jìn)行分類驗(yàn)證，結(jié)果顯示電腦驗(yàn)光儀篩查散光的靈敏度為78.1%，特異性為76.1%，認(rèn)為電腦驗(yàn)光儀可以作為第一級(jí)方法有效地篩選不規(guī)則角膜散光。自動(dòng)角膜曲率計(jì)測量準(zhǔn)確性受到多種因素影響，角膜疾病以及屈光介質(zhì)透明度等，但由于其操作簡單如快捷，易于掌握，仍是目前臨床上測量角膜曲率的主要方法之一。

2 基于波前像差原理的設(shè)備

眼波前像差主要包括低階像差和高階像差，散光實(shí)際上屬于低階像差的范疇。波前像差儀選擇性檢測通過瞳孔的部分光線，與無像差的理想光線進(jìn)行比較，進(jìn)而以數(shù)學(xué)函數(shù)來量化波前像差和評(píng)估視覺質(zhì)量，可以同時(shí)測量離焦和散光等低階像差以及彗差和球差等高階像差。波前像差儀種類繁多、原理各異，如Hartmann-Shack原理的KR-1W（日本Topcon公司）、光路追跡Ray-tracing的iTrace（美國Tracey Technologies公司）、視網(wǎng)膜檢影鏡雙程技術(shù)Tscherning的OPD（日本NIDEK公司）等，導(dǎo)致測量結(jié)果可能有所不同。目前波前像差儀臨床應(yīng)用廣泛，如白內(nèi)障患者散光矯正型人工晶狀體植入前后，利用像差儀進(jìn)行散光屈光度及軸位的測定和視覺質(zhì)量評(píng)估[6]；在佩戴硬性透氣性角膜接觸鏡前后，通過測量和分析人眼像差的變化，幫助評(píng)估佩戴效果，可以為臨床散光矯正提供指導(dǎo)[7]。

Hua等[8]證實(shí)了iTrace波前像差儀測量角膜曲率的重復(fù)性及再現(xiàn)性，但在與像差儀KR-1W測量角膜散光比較時(shí)仍有差異，可能是由于iTrace為內(nèi)向型波前像差儀，而KR-1W為外向型波前像差儀且分辨率及敏感度受顯微透鏡陣列影響。近年來，基于Hartmann-Shack原理的波前驗(yàn)光儀i.Profiler（德國Carl Zeiss公司）開始應(yīng)用于臨床，集波前像差儀、角膜地形圖儀、自動(dòng)驗(yàn)光儀和角膜曲率計(jì)為一體。Ommani等[9]證實(shí)了在不同瞳孔直徑下，i.Profiler均能準(zhǔn)確測量高階與低階像差。Lebow等[10]對(duì)i.Profiler驗(yàn)光結(jié)果與主觀屈光結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)i.Profiler與主觀屈光結(jié)果的散光度數(shù)平均差值為0.02 D，95%一致性限（Limit of agreement，LoA）為0.49～0.75 D，一致性較好；Putnam等[11]研究也證實(shí)其能精確測量患者的散光及球鏡度數(shù)，可用于驗(yàn)光配鏡等臨床應(yīng)用。

3 基于角膜地形圖原理的設(shè)備

角膜地形圖將角膜表面作為一個(gè)局部地勢，利用地質(zhì)學(xué)概念對(duì)角膜進(jìn)行記錄和分析，以不同的顏色和數(shù)值直觀顯示角膜曲率。基于角膜地形圖的設(shè)備測量區(qū)域大，受角膜病變影響小；對(duì)平坦或陡峭的角膜均可較準(zhǔn)確地測量其屈光力，但對(duì)周邊角膜的測量仍欠敏感。當(dāng)非球性成分增加時(shí)，測量準(zhǔn)確性降低，且易受眼眶高度及眼球內(nèi)陷程度的影響。

3.1 基于Placido盤投射系統(tǒng)的角膜地形圖儀

1880年，Plácido[12]首先將繪有數(shù)個(gè)同心圓環(huán)的Placido盤用于散光的測量，至今仍被角膜地形圖系統(tǒng)沿用。為了精確分析，將投射于角膜表面的每一圓環(huán)分為許多點(diǎn)，利用圖像監(jiān)測和處理系統(tǒng)對(duì)數(shù)千個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行分析處理，顯示角膜形態(tài)等特征。基于此原理的角膜地形圖可以顯示角膜前表面曲率，但缺少角膜后表面曲率和高度地形圖，如EyeSys系統(tǒng)（美國EyeSys公司）。

3.2 基于裂隙掃描原理的角膜地形圖儀

采用裂隙光帶投射至角膜并進(jìn)行連續(xù)掃描，獲取的裂隙切面不僅包含了角膜前表面形態(tài)的數(shù)據(jù)，還包含角膜后表面數(shù)據(jù)。結(jié)合Placido盤，可以提供角膜前后表面曲率、高度地形圖、角膜厚度、前房深度、晶狀體厚度及Kappa角等多種信息。Orbscan II（美國Bausch &Lomb公司）每次掃描就可以獲得40張不同的裂隙照片，每個(gè)裂隙切面上含有240個(gè)數(shù)據(jù)，使得每個(gè)斷層面上有9 000多個(gè)信息點(diǎn)，用于計(jì)算機(jī)分析重建眼前節(jié)三維立體圖像。

3.3 基于Scheimpflug攝像掃描原理的角膜地形圖儀

Scheimpflug技術(shù)主要用于移動(dòng)拍攝，可以使被攝物體、鏡頭、成像三個(gè)平面相交于同一條直線或者一個(gè)點(diǎn)上，很大程度上提高成像的景深，減小圖像畸變，使得掃描圖像更加清晰。Pentacam（德國Oculus公司）聯(lián)合了裂隙掃描以及Scheimpflug斷層掃描技術(shù)，內(nèi)置高速旋轉(zhuǎn)的相機(jī)在2 s內(nèi)可捕獲數(shù)十幀眼前節(jié)圖像及25 000～138 000個(gè)角膜高度點(diǎn)，可以同時(shí)提供角膜前后表面的各項(xiàng)Zernike函數(shù)，因而能顯著提高散光檢測的精準(zhǔn)性[13]。Sirius（意大利CSO公司）和Galilei G2（瑞士Ziemer公司）分別在Placido盤基礎(chǔ)上結(jié)合了單和雙Scheimpflug成像。這些設(shè)備均可獲得從角膜前表面到晶狀體后表面的生物結(jié)構(gòu)參數(shù)，并衍生出三維角膜地形圖、視覺質(zhì)量分析、眼壓校正、前房及晶狀體評(píng)估等，在圓錐角膜的篩查和分級(jí)、白內(nèi)障手術(shù)散光規(guī)劃等方面表現(xiàn)出優(yōu)勢。新一代Pentacam AXL測量儀結(jié)合了Scheimpflug及部分相干光干涉原理，臨床上應(yīng)用更具優(yōu)勢[14-15]。

Lang等[16]使用Orbscan II和Pentacam比較51眼進(jìn)行性圓錐角膜交聯(lián)后的角膜曲率，發(fā)現(xiàn)2種測量設(shè)備之間雖然具有相關(guān)性，但二者不能互換使用。Savini等[17]回顧性地分析了Sirius與Pentacam測量全角膜散光（Total corneal astigmatism，TCA）的一致性，矢量分析及非矢量分析均顯示兩設(shè)備僅有中度一致性，Sirius獲得的平均TCA高于Pentacam，差異在不規(guī)則性散光中更高（P=0.0009）；20.8%的被檢者TCA度數(shù)差異大于0.5 D，45.4% TCA軸向差異大于10°。Hashemi等[18]運(yùn)用Pentacam和Lenstar測量了6～12歲正視、近視或遠(yuǎn)視兒童的散光，研究顯示2種設(shè)備結(jié)果相似，散光及散光矢量分量在遠(yuǎn)視患兒低于近視和正視患兒，提示在本年齡段調(diào)節(jié)可能影響角膜曲率，尤其在遠(yuǎn)視兒童中影響最大。

4 基于光學(xué)相干原理的設(shè)備

光學(xué)相干生物測量儀將同一光源發(fā)出的2束光分別進(jìn)入被測眼球和參照系統(tǒng)。這2束光來自同一個(gè)光源，因此滿足頻率相同、振動(dòng)方向一致且相位差恒定的干涉條件。在此基礎(chǔ)上，如果2個(gè)光路的光程差與光源的相干波長相匹配，就會(huì)產(chǎn)生干涉，接收干涉信號(hào)進(jìn)行分析后得出角膜到視網(wǎng)膜的生物測量數(shù)據(jù)，具有很好的定位精度。而光學(xué)相干生物測量儀獲取角膜曲率則是利用投射在角膜前表面中央?yún)^(qū)的環(huán)形反射光點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的。

4.1 基于部分相干光干涉原理

1999年Haigis[19]通過改良部分相干光干涉技術(shù)，推出了可以測量眼軸、曲率和前房深度的光學(xué)生物測量儀。IOLMaster 500（德國Carl Zeiss公司）使用780 nm波長的近紅外激光光源，通過測量角膜前表面2.3 mm直徑范圍呈六角形對(duì)稱分布的6個(gè)反光點(diǎn)的反射像大小來獲得曲率半徑值，計(jì)算出角膜屈光力K值；對(duì)于規(guī)則角膜散光的曲率測量結(jié)果精確可靠，但不能反映整個(gè)角膜表面的曲率和形態(tài)信息，且屈光介質(zhì)明顯混濁及不能固視者的測量結(jié)果不準(zhǔn)確。AL-Scan（日本Nidek公司）結(jié)合了部分相干光干涉和Scheimpflug原理，分析從角膜前表面反射的2個(gè)Mires環(huán)的圖像獲得直徑2.4 mm和3.3 mm的K值，并具有三維自動(dòng)追蹤功能。

4.2 基于光學(xué)低相干反射原理

2009年Buckhurs等[20]報(bào)道了光學(xué)生物測量儀Lenstar在白內(nèi)障患者生物測量中的應(yīng)用，并且與IOLMaster進(jìn)行了比較。Lenstar LS900（瑞士Haag-Streit AG公司）基于具有820 nm超發(fā)光二極管的光學(xué)低相干反射原理進(jìn)行光學(xué)生物測定，通過測量投射在角膜前表面2個(gè)不同直徑（分別為1.65 mm和2.30 mm）同心圓的32個(gè)角膜反光點(diǎn)，計(jì)算出角膜的屈光力并獲得K值，實(shí)際上也并非全角膜曲率。對(duì)于屈光介質(zhì)混濁明顯的患者，測量結(jié)果仍欠準(zhǔn)確。

4.3 基于掃頻光相干斷層成像技術(shù)

近年來基于掃頻光相干斷層成像（Swept-source optical coherence tomography，SS-OCT）技術(shù)的生物測量儀開始應(yīng)用于臨床，使用快速可調(diào)諧激光器實(shí)現(xiàn)干涉光譜信號(hào)探測，成像速度和信噪比均有極大提高。目前臨床應(yīng)用的主要是IOLMaster 700（德國Carl Zeiss公司）及OA-2000（日本Tomey公司），掃頻光源波長分別為1 055 nm和1 060 nm。IOLMaster 700測量角膜曲率采用遠(yuǎn)心光學(xué)技術(shù)，不受操作時(shí)對(duì)焦準(zhǔn)確性的影響，采集18個(gè)角膜映光點(diǎn)，分布于1.5 mm、2.5 mm、3.5 mm直徑的三個(gè)環(huán)上。OA-2000結(jié)合了Placido盤，能夠測量直徑2.5 mm及3.0 mm處的角膜曲率，并且擬畫出中央5.0 mm處的角膜形態(tài)。黃斑區(qū)固視或B超實(shí)時(shí)眼位監(jiān)測進(jìn)一步提高了測量準(zhǔn)確性和一致性。Argos（美國Movo公司）采用1 060 nm波長掃頻光并結(jié)合環(huán)形發(fā)光二極管與二維OCT信息獲得角膜前表面曲率[21]。

對(duì)于上述不同類型的光學(xué)相干原理的設(shè)備，研究顯示均能夠獲得較為準(zhǔn)確的散光參數(shù)。Ortiz等[22]運(yùn)用IOLMaster 500、Lenstar LS 900和Aladdin三種設(shè)備測量Km的平均差異值為-0.1～0.06 D（P<0.05），結(jié)果顯示3種設(shè)備測量散光的差異較小。Ha等[23]比較了IOLMaster 500與AL-Scan在2.4 mm處K1和K2值差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（K1=0.11±0.39 D，P=0.105；K2=0.08±0.39 D，P=0.239），2種設(shè)備均可用于常規(guī)臨床實(shí)踐。Hoffer和Savini[24]認(rèn)為IOLMaster 500和AL-Scan的一致性雖好，但在2.4 mm區(qū)域后者K值比前者更大，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，在計(jì)算人工晶狀體度數(shù)時(shí)需要進(jìn)行不斷優(yōu)化。

SS-OCT在臨床上的應(yīng)用日益廣泛。Huang等[25]發(fā)現(xiàn)OA-2000與IOLMaster 500測量K值差異較小，并認(rèn)為差異的原因可能與校準(zhǔn)模式和角膜表面重建算法以及淚膜變化有關(guān)。LaHood和Goggin[26]應(yīng)用IOLMaster 700調(diào)查1 098例角膜前后表面散光的大小和方向，并分析其相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)當(dāng)角膜前表面散光的陡軸為垂直向時(shí)，角膜前表面散光和后表面散光度之間的相關(guān)性最大（r=0.68，P<0.0001），且隨著年齡增加，角膜后表面散光的陡峭軸多位于垂直方向，IOLMaster 700能夠?yàn)閭€(gè)體化手術(shù)計(jì)劃提供較好的生物特征測量。

5 各類設(shè)備的特點(diǎn)

前述各類儀器設(shè)備的原理有所不同，因而測量結(jié)果也存在一定差異，充分了解其特點(diǎn)有助于臨床應(yīng)用?；诮悄ょR面反射性質(zhì)的角膜曲率計(jì)，通過測量同一主子午線上的2個(gè)相應(yīng)點(diǎn)來估算出該子午線方向的角膜曲率半徑，實(shí)際上并不能完全反映中央?yún)^(qū)角膜曲率的情況，更忽略了周邊區(qū)角膜曲率的分布情況；對(duì)于角膜過平、過陡以及角膜形態(tài)不規(guī)則，即使是輕微的表面不規(guī)則，也可以導(dǎo)致映像變形，從而失去結(jié)果的準(zhǔn)確性。對(duì)于正常屈光力范圍的規(guī)則角膜散光，角膜曲率計(jì)結(jié)果仍然是較可靠的。基于角膜地形圖原理的設(shè)備可以獲得分析角膜表面95%以上面積的高度信息，因而受角膜潰瘍或瘢痕等病變的影響較小，通過幾萬個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)信息的獲取量大且精確度高，易于建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析；部分角膜地形圖儀可以通過裂隙光帶連續(xù)掃描或Scheimpflug移動(dòng)攝像技術(shù)，同時(shí)獲得角膜前表面和后表面曲率以及角膜厚度，更能夠反映出角膜的真實(shí)屈光狀態(tài)，并衍生出更多的功能。但是角膜非球性成分的增加會(huì)降低這一類設(shè)備測量的準(zhǔn)確性。波前像差儀不僅能測量散光等低階像差，還能測量球差、彗差、三葉草等高階像差，并且可以分離出角膜像差、眼內(nèi)像差和全眼像差成分，通過對(duì)像差測量數(shù)據(jù)綜合分析獲得眼的屈光狀態(tài)。與傳統(tǒng)的自動(dòng)驗(yàn)光儀不同，波前自動(dòng)驗(yàn)光儀測量范圍不僅僅只局限于瞳孔中央?yún)^(qū)域，除了可以提供合理的屈光度值，還可以提供整個(gè)視覺系統(tǒng)的波前模式的總像差和屈光力的變化?；诠鈱W(xué)相干原理的光學(xué)生物測量設(shè)備利用投射在角膜前表面中央?yún)^(qū)的環(huán)形或多邊形光點(diǎn)反射，來實(shí)現(xiàn)角膜屈光力及曲率值計(jì)算，測量精確度與反光點(diǎn)的數(shù)量和分布有關(guān)；由于測量范圍仍然有限，無法獲得周邊部角膜信息。近年來，掃頻光相干斷層掃描生物測量儀開始在臨床應(yīng)用，增加了實(shí)時(shí)監(jiān)測眼位和固視的功能，因而提高了測量結(jié)果的可靠性。另外，結(jié)合不同原理進(jìn)行設(shè)計(jì)的新一代測量儀也在不斷涌現(xiàn)，滿足臨床不同需要并且優(yōu)勢更加凸顯。

6 小結(jié)

臨床上角膜生物學(xué)參數(shù)的準(zhǔn)確測量至關(guān)重要。目前用于角膜曲率和散光軸向測量的生物測量儀器種類眾多，在充分了解儀器的原理及特性的基礎(chǔ)上，才能更好地進(jìn)行運(yùn)用。在實(shí)踐工作中，如果能夠綜合不同的生物測量設(shè)備進(jìn)行測量和分析，對(duì)于提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確性、改善患者的視覺質(zhì)量、輔助疾病的早期診斷、手術(shù)規(guī)劃決策以及眼鏡科學(xué)驗(yàn)配等都將具有重要的臨床意義。

利益沖突申明本研究無任何利益沖突

作者貢獻(xiàn)聲明劉波：撰寫論文，根據(jù)編輯部的修改意見進(jìn)行修改。楊麗：參與資料的收集。蘭長駿：參與論文修改。廖萱：參與選題、設(shè)計(jì)、資料的分析和解釋，修改論文中關(guān)鍵性結(jié)果、結(jié)論，根據(jù)編輯部的修改意見進(jìn)行核修