Pentacam與IOL Master測量角膜屈光力的比較

曹建雄，劉 偉，劉 妍，謝梅芬，張映平，常平駿，肖天林

0引言

準確的人工晶狀體度數獲得包括術前生物參數測量及人工晶狀體公式的選擇，生物參數測量的誤差主要來源于眼軸長度、角膜屈光力及前房深度的測量[1-2]。 隨著光學相干生物測量儀IOL Master及浸潤式A超的出現，眼軸長度及前房深度測量已經達到比較精確的程度[3]。角膜屈光力的精確測量仍是難點，尤其是準分子手術后及不規則角膜等白內障患者的測量[4-6]。IOL Master是傳統白內障手術測量角膜屈光力的經典儀器，其測量大部分正常角膜具有較高的準確性，當角膜形態發生改變后則測量存在較大的誤差[4-6]。IOL Master測量角膜屈光力原理與傳統角膜曲率計類似，通過記錄投射在角膜前表面2.3mm直徑對稱分布的6個光點的反射，分析計算出環形的表面曲率半徑。IOL Master只能測量角膜前表面，不能測量角膜后表面，將角膜后表面曲率半徑假定為前表面的82.2%，即角膜前后表面曲率半徑比為1.2，按照標準屈光指數(1.3375)計算角膜屈光力[7]。實際上角膜由兩個表面組成，角膜前表面及后表面均是構成角膜屈光力的重要組成部分，因此這些假定是否完全正確已受到質疑[8-9]。Pentacam是最新一代的三維眼前節分析系統，具有角膜厚度測量、角膜前后表面地形圖分析，角膜像差分析、白內障分析等多種功能[10]。Pentacam與IOL Master測量原理不同，它根據Scheimpflug 光學原理，在少于2s內，從0～180度旋轉掃描,拍攝50張Scheimpflug 圖像，每張照片可獲取500個真實的高度點，最終每個層面產生25 000個真實的高度點，獲得眼前節的三維圖像[11]。既往的研究已經證實了Pentacam測量眼前節參數的準確性[12-13]。Pentacam系統測量角膜屈光力提供以下幾個K值：sim K、true net power及Equivalent K-reading(EKR)。sim K根據角膜中央3mm直徑前表面曲率半徑及1.3375屈光指數計算；true net power:根據角膜前表面，后表面曲率半徑，按照真實的角膜屈光指數(空氣1.000，角膜基質1.376，房水1.336)計算，其結果不能直接用于傳統人工晶狀體計算公式；EKR考慮了角膜前表面曲率半徑，后表面曲率半徑及角膜厚度，主要適用于準分子手術后白內障患者人工晶狀體屈光度計算[13-15]。準分子手術后白內障患者角膜屈光力的測量是目前正在攻克的難題，傳統測量方法往往會導致術后遠視的屈光誤差[4,15]。EKR為準分子手術后白內障患者人工晶狀體屈光度計算提供了較好的方法,因而成為最近幾年國外研究的熱點[14-15]。目前國內報道了Pentacam測量的sim K值與IOL Master測得K值的比較研究[16]，但尚無EKR相關的研究。本研究主要比較在國人角膜正常的白內障患者中，Pentacam提供的三種K值(sim K、true net power及EKR)與IOL Master測量所得K值的差異性、相關性和一致性。不僅為角膜正常屈光力的測量提供更多的選擇，而且可以為準分子手術后及其他不規則角膜等白內障患者人工晶狀體屈光度計算提供參考。

1對象和方法

1.1對象前瞻性臨床研究。選擇2017-01/06擬在我院行超聲乳化白內障摘除聯合人工晶狀體植入手術的患者41例64眼，左眼34只。其中男21例，女20例，年齡49～83(平均69.7±9.14)歲。排除角膜屈光手術史，角膜外傷，角膜瘢痕及其他角膜疾病，無角膜接觸鏡配戴史。所有患者均知情同意。本研究通過醫院倫理委員會審核。

1.2方法選用IOL Master光學相干生物測量儀及Pentacam三維眼前節成像系統(軟件版本6.03r19)分別測量角膜屈光力。每種儀器的測量都由一位熟練操作的技師完成。兩種儀器檢測的間隔時間小于10min,檢查前患者未接受任何眼部藥物。

IOL Master檢查方法：受檢者下頜置于儀器的下頜托上，囑患者注視儀器中的視標，采用IOL Master分別測量AL、K1、K2、ACD。AL及ACD連續測量5次取平均值，角膜曲率K1、K2(按照1.3375屈光指數計算)連續測量3次取平均值。再計算Km，即Km=(K1+K2)/2。

Pentacam檢查方法：測量在暗室,自然瞳孔狀態下完成，被檢查者下頜置于下頜墊，前額輕貼額帶，囑患者充分瞬目后，注視藍色帶狀指示燈中的光點，檢查者使用操縱桿按屏幕指示進行瞄準和對焦，為了避免檢查者偏倚，選擇自動釋放測量系統模式，即儀器探測到瞳孔中心和邊緣及角膜頂點清晰后即自動開始測量。按要求只接受成像質量(quality specification，QS)顯示OK的檢測結果。連續測量至少3次，取平均值。采集的數據包括sim K、true net power、角膜中央1.0～7.0mm直徑EKR值。

統計學分析：采用SPSS16.0統計學軟件，對Pentacam與IOL Master測量所得數據的差異進行配對樣本t檢驗,兩種儀器所測數據的相關性采用Pearson相關分析并繪制散點圖，P<0.05為差異具有統計學意義。兩種儀器間所測數據的一致性采用MedCalc12.1.4軟件Bland-Altman統計分析[17]，用橫軸x表示兩種方法測量每個對象的平均值,縱軸y表示兩種方法測量每個對象的差值，并計算95%一致性界限(limits of agreement，LoA)作為評價一致性的指標。

2結果

2.1Pentacam測量simK、truenetpower及EKR與IOLMaster測量所得Km的差異與相關性Pentacam測量所得平均sim K及角膜中央4.0mm直徑EKR值分別為44.21±1.238和44.28±1.240D，IOL Master測量所得平均Km為44.24±1.232D，差值均值分別-0.03±0.252和0.04±0.244D，差異無統計學意義(t=-1.018,P=0.313;t=1.461,P=0.149)。Pentacam測量所得 true net power及角膜中央1.0、2.0、3.0、4.5、5.0、6.0、7.0mm直徑EKR與IOL Master測量所得Km差異有統計學意義(均P<0.01)。差值均值最大的為true net power-1.22±0.296D。經Pearson相關分析及散點圖顯示， Pentacam測量所得sim K及角膜中央4.0mm直徑EKR與IOL Master測量所得Km具有最高的相關性(r=0.979、0.981，均P<0.01)。隨著角膜測量直徑的增大，EKR值逐漸增大，小于4.0mm角膜直徑的EKR值比IOL Master測量的Km小;大于4.0mm角膜直徑的EKR值比Km大，見表1和圖1。

圖1Pentacam測量所得simK，turenetpower和4.0mmEKR與IOLMaster測量所得Km值的散點圖A: sim K; B: ture net power; C：4.0mm EKR。

圖2Pentacam測量所得simK、turenetpower及4.0mmEKR與IOLMaster測量所得Km值的Bland-Altman圖A: sim K; B: ture net power; C：4.0mm EKR。

表1Pentacam測量simK、truenetpower及EKR與IOLMaster測量所得Km的差異與相關性

D)

注：EKR= Equivalent K；Km=(K1+K2)/2；K=keratometry。

表2Pentacam測量所得simK、truenetpower及EKR與IOLMaster測量所得Km的一致性D

注：EKR= Equivalent K；Km=(K1+K2)/2；K=keratometry；95%LoA=95%一致性界限。

2.2Pentacam測量所得simK、truenetpower及EKR與IOLMaster測量所得Km的一致性Pentacam測量所得sim K及角膜中央4.0mm直徑EKR值與IOL Master測量所得Km具有最高的一致性，95%一致性界限分別為-0.53～0.46D和-0.43～0.52D。分別有94%(60/64)、94%(60/64)的點落在95%一致性界限內。true net power與IOL Master測量所得Km一致性最低，95%一致性界限為-1.8～-0.64D，有95%(61/64)的點落在95%一致性界限內,見表2和圖2。

3討論

Pentacam與IOL Master采用不同的測量原理，其潛在優點是可以測量角膜前后表面，計算真實的角膜屈光力。目前能夠測量角膜后表面的儀器主要有OrbscanⅡ及Pentacam，已有研究證實OrbscanⅡ測量后表面存在較大的誤差[18]。本研究主要評價在角膜正常的白內障患者，Pentacam 測量所得K值與IOL Master測量所得K值的一致性以及EKR哪個范圍的K值才是中國人最佳的K值。

Pentacam所測sim K根據角膜中央3mm直徑前表面曲率半徑及標準屈光指數(1.3375)，按照薄透鏡高斯光學公式計算，sim K=(1.3375-1)×1000/r，其計算原理與傳統角膜地形圖sim K一致。為了減少系統誤差，IOL Master所測Km計算亦采用標準屈光指數(1.3375)。我們的研究結果顯示Pentacam 測量所得平均sim K比IOL Master測量所得平均Km小(-0.03±0.252D)，差異無統計學意義，這可能跟測量直徑有關。IOL Master測量角膜前表面中央2.3mm直徑，Pentacam測量角膜前表面中央3mm直徑，越往角膜中央區角膜屈光力越陡峭。兩者之間具有較高的相關性(r=0.979)，且95%一致性界限的范圍比較窄-0.53～0.46D，具有較高的一致性。Elbaz等[19]研究結果表明兩者相差為-0.47D，潘虹等[16]研究結果顯示兩者相差-0.49D，差異具有統計學意義。以上結果的差異可能是由于采用不同的屈光指數計算得來。IOL Master系統有1.3315及1.3375等多個屈光指數可供選擇，而作者均沒有公布 IOL Master計算角膜屈光力的屈光指數。Reuland等[20]用Pentacam與IOL Master對82眼測量角膜曲率半徑進行對比研究，結果表明兩種儀器具有較高的測量準確性，測量結果差異無統計學意義。

True net power根據角膜前后表面曲率半徑及真實的角膜屈光指數(空氣1.000，角膜基質1.376，房水1.336)，按照厚透鏡高斯光學公式計算。

公式如下[9]：true net power=(1.376-1.000)/ram×1000+(1.336-1.376)/rpm×1000，ram為角膜前表面曲率半徑，rpm為角膜后表面曲率半徑。本研究結果顯示，平均true net power為43.02±1.258D,比IOL Master測量所得Km小(-1.22±0.296D)，這跟Symes等[21]的研究結果一致(差值為-1.43D)。雖然true net power是最接近角膜真實的屈光力，但目前人工晶狀體屈光力計算公式是在傳統角膜曲率計測量結果的基礎上通過回歸分析得出來的，因此不能用于目前人工晶狀體計算公式[15,21]。

為了使Pentacam測量所得K值適用于傳統人工晶狀體計算公式，2006年Oculus公司聯合Holladay開發了Pentacam用于準分子手術后白內障患者角膜屈光力測量的軟件Holladay報告，公式如下[15]：

nc為角膜基質屈光指數1.376；nk為標準角膜屈光指數1.3375；ram為角膜前表面曲率半徑；rpm為角膜后表面曲率半徑；RATbf為角膜正常后表面曲率半徑與前表面曲率半徑的比值0.822；RATkc為標準角膜屈光指數與角膜基質屈光指數計算角膜屈光力的比值0.8976，即：(1.3375-1.000)/(1.376-1.000)=0.8976。EKR考慮了角膜前后表面及角膜厚度。系統默認角膜中央4.5mm直徑的EKR值計算人工晶狀體屈光度，Pentacam并提供1.0～7.0mm的EKR分布值。

本研究結果顯示，sim K及角膜中央4.0mm直徑 EKR與IOL Master測量所得 Km差值最小，差值均值分別為-0.03±0.252和0.04±0.244D，且一致性最高，95%一致性界限分別為-0.53～0.46D和-0.43～0.52D。由于1.0D角膜屈光力測量誤差會導致人工晶狀體屈光度計算時1.0D的誤差，平均人工晶狀體屈光度計算誤差分別為-0.03±0.252和0.04±0.244D；95%的誤差范圍分布在-0.53～0.46和-0.43～0.52D。臨床上0.5D之內的誤差是可以接受的，并且人工晶狀體按照每0.5D之差進行生產。因此Pentacam 所測的sim K及4.0mm EKR值均可以用于人工晶狀體計算公式。Symes等[21]對Pentacam與IOL Master測量63眼角膜正常的白內障患者所得K值進行了對比研究，結果顯示角膜直徑4.5mm EKR值與IOL Master測量所得Km差值均值最小(0.02D)，其在4.0mm EKR值與IOL Master 測量所得Km的差值均值為-0.18D。分析我們的研究結果與Symes等結果的差異可能由于不同的研究人群所致。Pentacam系統默認4.5mm EKR值計算人工晶狀體屈光度是基于國外人群資料的研究結果，對于國人來說不一定是最佳的，因此有必要建立我們國人的研究資料。Woodmass等[22]建議采用較小的中央光學區直徑EKR值計算人工晶狀體度數可能更合適，因而在他們的研究中采用4.0mm EKR值，這與我們的研究相一致。

需要注意的是，盡管我們的研究結果顯示Pentacam測量所得sim K及4.0mm EKR值與IOL Master測量所得Km一致性最高，其差值均值較小且95%一致性界限均較窄。然而95%一致性界限上下限絕對值的最大差值分別為0.52和0.53D，超過了臨床允許的0.5D之內的誤差范圍，而且均有6%(4/64)的點落在95%一致性界限外。Woodmass等[23]研究結果顯示Pentacam測量所得sim K及 4.0mm EKR值與IOL Master測量所得Km的95%一致界限分別為-0.81～0.11和-1.06～0.61D。Symes等[21]發現Pentacam測量所得sim K及 4.5mm EKR值與IOL Master測量所得Km的95%一致界限分別為-1.15～0.93和-0.91～0.95D。以上兩位學者所得結果比我們的研究結果均高，因此應該警惕少數屈光誤差較大的情況出現。

從1.0～7.0mm角膜直徑EKR值的分布趨勢來看，隨著測量直徑的增大，EKR值逐漸增大。小于4.0mm角膜直徑的EKR值比IOL Master測量所得Km小;大于4.0mm角膜直徑的EKR值比Km大。根據Holladay[23]的解釋，如果角膜為一個完整的球面，那么角膜中央到周邊每一點的屈光力應該相等。因為存在球差，角膜并非理想球面而是一個中央較陡峭，周邊較平坦的非球面。EKR計算時根據折射定律，考慮了球差，因此 1.0～7.0mm直徑EKR值逐漸增大。而IOL Master測量所得Km選擇固定的角膜中央2.3mm直徑，根據單球面公式計算得到，未考慮球差。因此對大部分正?；颊邅碚f，IOL Master測量誤差不大，但對角膜中央到周邊變化趨勢較大的患者(如角膜特別陡峭或特別平坦者)來說，IOL Master可能存在較大的誤差。Pentacam提供了1.0～7.0mm的EKR值分布范圍，對于這部分特殊角膜患者，其人工晶狀體度數計算采用的角膜屈光力范圍有待進一步研究。Symes等[21]研究結果顯示，1.0～7.0mm角膜直徑EKR值之差為-2.15D，比我們的研究結果(-1.23D)大，這可能跟研究人群不同有關。角膜中央區角膜屈光力變化較小，相對較規則，近似球形，而旁中央區角膜屈光力變化較大，非球面性變化明顯，因此我們的研究結果比較相符。

本研究存在的不足在于采用IOL Master作為對照，IOL Master本身并非測量角膜屈光力的金標準，只是可以使90%的眼測量精確到±1.0D之內[24]，因而可能存在系統誤差，而且我們只進行了K值的比較，需要進一步代入人工晶狀體計算公式，分別計算每種K值的屈光誤差，進而得出屈光誤差最小的K值，用于提高人工晶狀體度數計算的準確性。

隨著準分子手術后白內障患者的不斷增多，Toric人工晶狀體，多焦點人工晶狀體等功能性人工晶狀體的不斷發展，及患者對手術效果的期望不斷增高，角膜屈光力精確的測量顯得尤其重要。Pentacam理論上應該具有更高的精確性，但由于目前人工晶狀體計算公式是基于傳統角膜曲率計得出來的回歸公式。我們進一步需要研究的方向是針對Pentacam測量的K值進行校正，或是開發適合Pentacam的新的計算公式。從而進一步提高角膜屈光力測量的精確性，對準分子手術后及不規則角膜等白內障患者具有更大的意義。