眼球突出度測量方法的研究進展

饒晶，劉桂琴

(1.暨南大學第二臨床醫學院，廣東 深圳 518040；2.深圳市眼科醫院/深圳市眼病防治研究所、暨南大學附屬深圳眼科醫院，廣東 深圳 518040)

0 引言

眼球突出度是指眼球在骨性眼眶內的相對位置，是由眼眶容積和骨性眼眶形態之間的關系決定的，并受到眶隔松緊和眼眶內血管壓力的影響。多種眼眶疾病如眼眶急慢性炎癥、腫瘤以及頸動脈海綿竇瘺等均可引起眼球突出，其中以甲狀腺相關性眼病(TAO)最為常見；而眼眶骨折、眼眶靜脈曲張或眶脂肪萎縮等可導致眼球凹陷。眼球突出度測量是診斷眼眶疾病并評價治療效果必不可少的基礎性臨床檢查之一。1867年，Cohn首次提出了眼球突出度測量，隨后陸續出現了各種各樣測量眼球突出度的方法及儀器，本文將眼球突出度測量方法分為眼球突出度計法、傳統計算機斷層掃描(CT)測量法、三維(3D)CT測量法及其他眼球突出度測量法四大類，就眼球突出度測量方法的研究進展做一綜述。

1 眼球突出度計法

1.1 Hertel眼球突出度計

使用最廣泛的眼球突出度計是1905年設計的Hertel眼球突出度計 (oculus international，berlin，germany)，它已經面世116年，它主要由一個帶刻度的平桿和兩個兩面交叉成45°角平面鏡構成的測量器(一個固定于平桿一端，另一個可以在平桿上滑動，以適應不同的眶距)組成。將測量器的切跡處嵌于受檢者顳側眶緣，測量角膜頂點到顳側眶緣的垂直距離，測量的基線是兩側眶外緣皮膚面的連線。該方法價格低廉、簡單、快速、易于操作，但受操作者誤差、患者外側眶緣前軟組織厚度和儀器誤差的影響較大[1-4]，其準確性和重復性很低，而且只能測量眼球相對于眼眶外緣的突出程度，不能測量眼球相對于眼眶上緣和下緣的突出程度，當眼眶外壁形態異常時該指標就失去了意義。

1992年Yeatts等[5]在Hertel眼球突出度計的基礎上進行了改良，將外耳道作為測量眼球突出度的參照點，用于評估面部畸形、外傷、手術或疾病導致無法以外側眶緣為基準測量眼球突出度患者的眼球突出或凹陷程度(圖1A)。這種改良版Hertel眼球突出度計可以有效避免眶骨受損及軟組織腫脹時對測量精確度的影響，也可用于雙眼眼球突出度不對稱患者眼球突出程度的評估；但是不同個體外耳道至角膜頂點的距離存在較大的個體差異，測量的精確度不高。

1994年Kratky等[6]發明了一種可以安裝于Hertel眼球突出計上的適配器，安裝了適配器的Hertel眼球突出計(圖1B)通過兩個前額固定點及一個可調節的鼻梁固定點來固定，用于測量外側眶緣不完整患者的眼球突出度，作為Hertel眼球突出度計的補充。但這項研究的樣本例數較小，且依然無法克服測量誤差較大的問題。

圖1 各類眼球突出度計圖示

1.2 Naugle眼球突出度計

1992年設計的Naugle眼球突出度計[7]是以眼眶上下緣為基準來測量眼球突出度。Cole H P等[8]的研究表明Naugle眼球突出度計測量結果變異度及測量者之間的個體差異均較Hertel眼球突出度計小，且可重復性更高，在測量垂直方向上眼球突出及凹陷明顯的病例上更具優勢，在評價眶緣外側移位眶顴部骨折的眼球內陷程度比Hertel眼球突出度計更可靠，可用于評估眼眶外側壁受損或缺失的患者的眼球突出或凹陷程度。

1.3 Oculus眼球突出度計

1995年有學者設計了以4個點固定在眼部上下眶緣來測量眼球突出度的Oculus眼球突出度計法[9]，在測量結果上增加2.7mm將測量值轉換為“Hertel等效值”，用來測量來眼眶外側壁受損或缺失的患者的眼球突出度。該研究的樣本量較小，后續也未見相關研究證明這種方法的可靠性。

1.4 Mourits眼球突出度計

2015年Mourits等[10]設計的Mourits眼球突出度計(圖1C)的測量器是由棱鏡構成的。Delmas等[11]的研究發現Mourits眼球突出度計精確度較Hertel眼球突出度計高。

2 傳統計算機斷層掃描(CT)測量法

鑒于Hertel眼球突出度計測量受皮膚和軟組織厚度、腳板放置位置的影響，可重復性及可靠性均較低，出現了利用CT影像測量以獲得更精的確眼球突出度的測量方法。

2.1 在CT圖像中直接測量眼球突出度

隨著新一代的計算機斷層掃描(CT)儀器的出現，可以實現在CT掃描的基礎上實現重建冠狀面、矢狀面和斜軸平面，1983年Marsh等[12]發現在經過眼眶頂點和角膜中心點連線的斜軸平面上，可在按比例重建的圖像上直接測量術前、術后眼球突出度(圖2A)。但是這種方法在對比不同個體的突出度上沒有明顯優勢。

圖2 傳統計算機斷層掃描(CT)測量眼球突出度圖示

1984年Gibson等[13]提出了在CT圖像中測量眼球突出度更為直觀的新方法：在二維 CT水平掃描視神經與晶狀體同時出現的最大層面圖像上，用CT自帶軟件測量角膜前表面到兩側眶外緣連線的垂直距離，測量的基線是兩側眶外緣顴突的連線。(圖2B)與眼球突出計測量法相比，CT測量準確、 CT 數據可存儲而且可以從不同的視角同時分析，此法不受檢查者的經驗和外側眶緣前軟組織厚度的影響，但必須保證測量時患者睜眼、直視前方，當患者歪頭、眼位偏斜尤其是大角度斜視，在外傷性眼眶骨折、病源性或醫源性眼眶外壁缺損或變形時，測量精度下降。

2001年Kim等[14]提出連接眼眶內側緣和外側緣，測量角膜后表面至內外側眶緣連線的垂線距離來表示眼球突出度；Kim等同時提出用角膜頂點到內外眶緣連線的距離(D)/眼眶外側緣與眼眶內側緣的距離(C) 作(圖2 C)為眼球突出度評估的指標，他們的研究表明D/C值在兒童和成人沒有差異[14]，可用于評估兒童及成人的眼球突出度。2019年Heller等[15]提出用眼球突出指數(EI，雙眼眼球前緣與雙側顴骨額突前緣連線之間的直線距離之比)來衡量腫瘤相關的雙側不對稱的眼球突出度(圖2 D)。

有眶側壁手術史的患者面臨眶壁缺損或移位的問題，導致以雙側眶外緣連線為參考測量眼球突出度的常規方法并不適用。2018年Park等提出在矢狀位CT中測量眼球突出度的新方法[16]：在矢狀面上連接上眶緣、下眶緣之間，自角膜后表面作上下眶緣連線最長的垂線，測垂線的長度來表示眼球突出度(圖2E)。2018年Afanasyeva等提出以左右側顳骨莖突頂點的連線為參考線，分別測量雙側角膜頂點到參考線的垂線距離作為眼球突出度(圖2 F)[17,18]，2020年Tiong等提出以后鞍突為參照點，作為傳統CT測量眼球突出度的替代方法(圖2G)[19]；這些方法可用于外側眶緣不完整或缺如、移位的情況下在CT中眼球突出度的測量，但需要更大規模的研究數據驗證其準確性。

2.2 在CT圖像中計算面積比表示眼球突出度

2013年Campi等[20]人介紹了一種用二維-CT圖像計算眼球突出程度的新方法：他們人工選定一個可見晶狀體層面的水平位CT圖像，標記外側顴骨前突、篩骨板內側壁以及視神經的起點并連成三角形計算面積記為眼眶面積(OA)；大致根據眼環輪廓擬合一個圓形，計算圓與三角形相交的眶內部分面積為眼球面積(CA)，計算CA/OA比值用以量化Graves眼病(GO)患者的軸向眼球突出程度(圖3 A)。這種方法需要通過復雜的幾何計算，因此Choi等[21]人在Campi等測量眼球突出度的方法的基礎上，應用ImageJ 基本工具來繪制三角形眶區(OA)以及擬合后鞏膜的圓圈，自動計算相交部分眶內眼球區域的面積(GA)以及眶內眼球區域的面積與眶區面積的比值(GA/OA)(圖3 B)，解決了數學計算復雜的問題。這兩種方法測量時不要求患者睜眼，該比值受患者頭位的影響不大，但是當高度近視后鞏膜擴張眼球前后徑拉長時眼環變成近似橢圓形而不是近似圓形，使測量的眼球突出程度比實際突出程度變小，另外眼位偏斜尤其是大角度斜視和眼眶外側壁高度對該面積比的影響也較大，使測量精度下降。

圖3 在CT圖像中計算面積比表示眼球突出度圖示

3 三維(3D)CT測量法

隨著3D重建技術現世，學者們陸續提出了通過3D-CT來測量眼球突出度的各種方法。

3.1 在3D-CT中計算體積比量化眶減壓手術可后退范圍

2010年Kamer等應用三維重建技術在CT骨窗用CT標準化視圖標記眼眶前后邊界的方法計算眼眶體積(OV)，在CT軟組織窗測量眼球體積(GA)(圖4 A)，計算GA/OV的比值，與不同形態眼眶的參考數據對比，可量化眶減壓手術可后退的范圍[22]。但在較薄骨壁處軟件不能自動識別，需要人工標記，且這種軟件設定的三維重建存在較大誤差，也不能直觀地表示出眼球突出的程度。

圖4 三維(3D)CT測量眼球突出度圖示

3.2 三維重建面部輪廓測量眼球突出度

2017年Shin等[23]將CT數據進行面部輪廓的三維重建，測量眶上下緣軟組織表面連線到眼瞼最突出點距離作為眼球突出度(圖4 B)，但這種方法受軟組織厚度的影響，不適用于肥胖患者的測量，也影響測量結果的精確度。

3.3 重建三維CT測量角膜前表面到各解剖標志的矢狀方向距離

2017年Abramson等[24]人提出在重建的三維CT中，以矢狀方向上角膜前表面中央頂點到定義的冠狀平面的距離為參考，分別用各面部、眼眶解剖標志到冠狀平面的矢狀方向距離減去參考距離得到角膜前表面中央頂點到各個解剖標記點的矢狀方向距離來反映眼球與眼眶的關系。這種測量方法可不受頭位的影響，但耗時長，不利于臨床推廣。

3.4 基于CT半自動化重建眼球測量眼球突出度

2020年Huh等[25]人開發了一種基于CT的三維重建軟件來測量眼球突出的程度的新方法：1)對眼球半自動化分割進行三維重建(圖4 C)，2)通過3個自定義參考點確定三維空間中顴間平面，3)測量三維空間中眼球表面頂點到顴間平面的垂直距離作為眼球突出度。這種通過逐層分割重建眼球的方法較精確，所測眼球突出度觀察者間的可靠性較CT測量法高。但測量的距離仍為點到面的絕對距離，不能排除不同個體眼球大小差異的影響。

3.5 重建三維CT建立三維坐標系

2018年我國學者郭潔等[26]提出在三維重建影像中建立參考坐標系，定義角膜頂點為C點，利用CAD(計算機輔助設計)功能建立一個在軸位、矢狀面和冠狀面圖像上與眼球壁重疊的球體，定義球心為E點；用三維矢量EC表示該球體在參考坐標系中的位置。這種方法可用于描述斜視患者的眼球位置，但不能直觀的反映眼球突出度，因此他們在此基礎上進行了改進：在三維重建影像中建立三個互相垂直的平面：眶耳平面、中矢狀面、眶緣平面，測量角膜頂點到眶緣平面投影線的垂直距離以及共同圓心到眶緣平面投影線的垂直距離來表示眼球突出度[27](圖4D)。此方法可降低掃描時不同頭部位置帶來的偏差，在評估重度斜視患者眼球突出度有一定的優勢。

2020年Willaert等[28]人描述了一種不依賴于參考眶骨及角膜頂點等解剖標志來測量眼球在水平面、冠狀面及矢狀面上的位置的方法：在三維重建的CT中設立X、Y、Z坐標系，并確定眼球的球心坐標，對合兩次三維CT的顱底，根據球心的坐標的變化確定眼球在眼眶位置的變化。這種方法能準確、可靠地反映眼球的三維位置變化，可用于判斷眼球突出、眼球內陷、眼球上、下移位情況，甚至在有斜視和眶骨缺損的情況下也適用。

4 其他眼球突出度測量法

4.1 光學三維成像測量眼球突出度

2004年Nkenke等[29]提出用光學3D傳感器采集的面部表面數據生成的光學三維圖像，將其應用于測量眼球突出度，認為可以將三維光學成像與CT數據結合起來優先應用于復雜病例的眼球突出度測量中。

4.2 基于數字化攝影照片測量眼球突出度

有學者提出可以在標準正面、側面數字化攝影照片中測量角膜到眶外緣的距離表示眼球突出度(圖5A)。但Bingham等[30]進行的一項國際性多中心觀察性研究發現與CT測量值對比這種方法的測量并不準確，甚至與CT測量值的相關性以及測量準確度均不如臨床Hertel眼球突出度計[31]。

圖5 其他眼球突出度測量法圖示

4.3 用裂隙燈測量眼球突出度

2014年Almog等[32]描述了一種簡易的非接觸式裂隙燈眼球突出度測量方法：將毫米坐標紙固定于在裂隙燈桌上，裂隙燈首先聚焦于角膜中心標記此時顯微鏡的位置(沿裂隙燈底座后面的輪廓在毫米坐標紙上畫線)；裂隙燈聚焦在外側眶緣畫出第二條標記線(圖5B)。測量坐標紙上兩條弧線切線之間的垂直距離為眼球突出度。通過裂隙燈測量出眼球突出度是一種簡單、便捷的粗略測量方法。

4.4 用海倫公式、簡單勾股定理計算眼球突出度

2020年我國學者章偉利等提出了用一種由超聲探頭和圓規組成的工具，通過測量角膜頂點分別到雙側眶外緣的距離以及雙側眶外緣連線的距離，用海倫公式(利用三角形的三條邊的邊長直接求三角形面積的公式)計算眼球突出度[33]、通過勾股定理計算眼球突出度[34](圖5C)。該方法成本低，但測量過程需接觸患者角膜。

5 結語

目前，以上各類眼球突出度的測量方法都有各自的優勢和局限性。眼球突出度計操作簡單但測量誤差較大且測量者間存在個體差異；CT測量較眼球突出度計準確但患者需要受輻射損傷；眼球突出計和CT檢測方法大多以兩側眶外緣的連線或同側眶內外緣的連線作為參考線通過測量角膜頂點到該參考線的距離評價眼球突出的程度，當受檢者頭歪、眼球偏斜時雙眼不在CT掃描的同一個層面，導致檢測結果偏差較大，另外由于眶外緣的權重較大，當眶外緣異常時，無法檢測；利用三維重建技術的測量準確度高，在一些特殊情況下如頭位不正、斜視等也可使用，但測量方法較復雜且耗時長。因此，在設計新的測量方法時應將測量精確度、測量方法的難易程度以及測量時參考基線的參考價值(如將上下內外眶緣均作為參考基線)考慮在內，在人工智能技術高速發展的今天，借助于新興的技術探索出操作簡便、測量精確度高且適用范圍廣的眼球突出度測量方法勢在必行。