白內障術前角膜散光檢查的新進展

廖 珊，劉 可

0 引言

現代屈光性白內障手術以獲得更好的術后視覺質量為臨床追求目標，恢復視力不再是手術的唯一目的。術前角膜散光的評估是屈光性白內障手術設計的重要環節，有研究報道，在60～80歲白內障患者中，超過40%患者角膜散光≥1.0D[1]，而大于0.50D的角膜散光即會顯著降低功能視力[2-3]。隨著近年來角膜屈光近視矯正手術的廣泛開展和屈光性人工晶狀體(IOL)的臨床普及使用，角膜的光學特性被研究得越來越深入。角膜散光不再僅僅局限于單一的一個角膜前表面散光(anterior corneal astigmatism, ACA)數值，角膜后表面散光(posterior corneal astigmatism,PCA)以及綜合角膜全層所得到的全角膜散光(total corneal astigmatism, TCA)對白內障術后視覺質量也有影響，一些病例中后表面散光甚至直接決定是否能使用散光矯正型或多焦點類IOL以及影響散光矯正型IOL的柱鏡度數的選擇。角膜的高階不規則散光反映了角膜更細微的光學不規則性，在臨床中也被認識到影響白內障手術IOL種類的選擇和術后視覺質量，高于0.5μm的角膜高階不規則散光患者不宜植入多焦點類IOL。角膜散光種類的細分離不開各種檢查設備的更新，由傳統的只能測量角膜中央前表面散光的手動/自動角膜曲率測量儀、光學生物測量儀，發展到能測量PCA、TCA和角膜高階不規則散光的各種角膜地形圖儀器。術前對角膜散光的檢查越全面精準，手術規劃越合理，術后視覺質量提高越多。本文就最新的角膜各類散光認識和相應檢查設備展開綜述。

1 ACA

由于眼球內部的不同屈光介質存在不同的折射率，使外界的光線照射入眼球內時發生部分反射，而呈現出反射像，這些像即是Purkinje像。根據Purkinje像的大小計算出角膜前表面的曲率半徑，并利用屈光指數來計算角膜屈光力K值，進一步得出角膜散光。傳統的角膜曲率測量儀是從認識到角膜上物體的反射可以作為一種測量角膜曲率的精確方法開始，只能測量角膜前表面的曲率及散光。術前精準的測量ACA的大小和軸向可以個性化規劃白內障手術方式進行散光處理，例如在透明角膜陡峭軸上做角膜主切口或角膜緣松解切口可以使其所在的子午線變平，并產生耦合效應，使與其垂直的90°軸向角膜曲率變陡，從而減少術后殘留的角膜散光，以求得到更優的視覺質量[4-5]。

2 PCA

光線穿過角膜進入前房時會在角膜后表面發生另一次折射，后表面的弧形結構決定了此平面也會有散光的產生，隨著檢查設備的技術升級，PCA得以直接測量出來。有研究表明，隨著患者年齡的增加，ACA的軸向由順規散光逐漸向逆規散光轉變，而PCA變化小，幾乎始終保持逆規散光，因此導致PCA對角膜總散光的抵消作用隨年齡增大而逐漸減小，隨著ACA的逆規漂移，將轉變為疊加作用[6-7]。Jin等[7]對患者164例211眼的散光情況進行分析，探討PCA對角膜總散光的影響，發現忽略PCA測量得到的TCA值，在逆規散光眼中被低估16%，在順規散光眼中被高估9%，所以應重視PCA，尤其是角膜前表面逆規散光較高者。而既往研究得到平均PCA為-0.26～-0.78D[8]。由此可見對TCA的評估只根據ACA進行，而忽視PCA，可能會影響白內障手術時對角膜散光矯正的準確性。Cheng等[9]的一項研究顯示忽略PCA導致的差異大于0.50D，表明可能會導致部分白內障手術后角膜散光的估計出現偏差，測量PCA可提高對散光程度的預測。Orbscan角膜地形圖是第一個直接采集和分析角膜后表面數據的裂隙光掃描技術設備，開啟了對真實TCA的評估[10]。但由于其為斷面掃描，角膜高度分析是通過角膜前后表面的相對參照獲得，一張圖像的誤差可能會導致整個角膜的三維建模誤差。基于Scheimpflug原理的Pentacam和Galilei等設備消除了裂隙光掃描技術的弊端，利用光線追蹤技術獲得整個角膜屈光力和散光分布情況[11-12]。

3 TCA

TCA由ACA和PCA綜合疊加形成。由于檢查設備的局限性、缺乏理論認識和臨床證據，傳統的角膜曲率測量儀器，如角膜曲率測量儀、光學生物測量儀和基于Placido盤成像的角膜地形圖儀等，不能直接采集角膜后表面的信息。在以往角膜屈光力的評估中，多采用模擬角膜散光來代替和估計真實的TCA，通過不同原理和方法先測量得到角膜前表面曲率半徑，并根據假定的屈光指數(傳統標準角膜曲率指數為1.3375)來計算出模擬角膜屈光力SimK(Simulated K)，進一步得出模擬角膜散光[13]。研究表明這些傳統角膜曲率測量儀在臨床中常常高估了總角膜屈光力[14-15]。目前，由于實現了對角膜后表面曲率半徑的直接測量，考慮了真實的前后表面曲率，總角膜屈光力引起了更多的關注，也反映了真實的角膜厚度和角膜非球面值。Visser等[16]發現將角膜后表面曲率納入角膜曲率計算的結果與SimK顯著不同。雖然早期的Orbscan設備可以采集和分析角膜后表面數據，但其原理是通過假設穿過角膜后表面的為平行光線，對角膜后表面的信息進行采集，并單純的將ACA和PCA的測量結果直接做矢量疊加來得到TCA，忽略了角膜厚度對最終結果的影響，可靠性和重復性相對較差。隨著檢查設備的不斷迭代，直接或間接采集和分析角膜后表面信息的能力日趨精進，通過不斷優化升級，提升了PCA和TCA測量的重復性和可靠性[17]。

4 高階不規則散光

散光是一個具有大小和方向的矢量，但在屈光性白內障手術中，單純分析低階散光的大小和軸向是不夠的。由于光學特性，角膜的表面形態出現局部的不規則或是折射率的改變會使這部分的屈光力與全角膜的屈光力不同，產生高階不規則散光，引起物像的畸變。在像差系統中不規則散光與高階像差對應，即Zernike多項式中三階以上像差。與包括離焦或散光在內的低階像差相比，高階像差不能通過球鏡或柱鏡來全部矯正，影響白內障術后視覺質量[18]，并且限制術中散光型IOL(Toric IOL)和多焦類IOL(MIOL)的使用。2019年中國多焦點IOL臨床應用專家共識[19]提出，術前建議進行角膜像差分析以明確高階像差，角膜中央直徑4mm區域總高階像差(Total HOA)，即角膜高階不規則散光，<0.3μm的患者可推薦植入MIOL，超出此范圍的患者謹慎植人，>0.5μm不建議植入MIOL。

5 術前散光的檢查方法

臨床上角膜散光的常用檢測方法包括自動角膜曲率計檢查法和手動角膜曲率計檢查法、光學測量儀檢查法(如IOL Master、OA2000和Lenstar等)、角膜地形圖儀檢查法(如Itrace、OPD、Orbscan、Pentacam、Galilei等)等。各種方法測量的結果客觀可靠、可重復性高，其適用范圍和原理有所不同，測量結果可互相參考比較，但不可隨意替換，需根據臨床需求做出選擇[11,20-21]。

5.1手動及自動角膜曲率測量儀屈光白內障手術中角膜曲率和散光的測量是角膜曲率測量儀最重要的臨床應用之一。最初在18世紀，為了研究調節過程中角膜曲率的變化，一種原始形式的角膜測量儀被發明出來，之后在其設計和工作原理上進行了一些修改和改進，現代角膜測量儀誕生的基礎是利用光學反射的原理[22]。手動角膜曲率測量儀測量的是角膜中心3mm以內的散光，根據物體在角膜上反射所產生的Purkinje像的大小以及形狀，首先測量出角膜前表面的曲率半徑，再將其轉換為角膜曲率值，從而得到散光值。為了適應客觀數據的數字化測量，各種自動角膜曲率計被引入臨床中。自動角膜曲率測量儀是在手動角膜曲率測量儀的基礎上加上電腦操作完成，過去已有研究報道多種自動角膜測量儀的可靠性，Sheppard等[23]研究證明無論是水平還是垂直子午線上的測量，Grand Seiko自動角膜曲率測量儀(WAM-5500)與Javal-Schiotz手動角膜測量相似，具有準確性、可重復性。也有研究證明與手動型相比，自動角膜曲率測量儀具有準確、可靠、易于使用的優點[24]。但角膜曲率測量儀是基于一些假設參數而得出的數值，只有在角膜正常的患者中才能得出正確的測量值，而在一些角膜疾病或屈光手術后的特殊患者應用中，得到的結果可信度較低。

5.2光學生物測量儀IOL Master 500部分相干光學生物測量儀是利用偏振光學相干干涉的原理(particalcoherence interferometry，PCI)測量眼前節參數的新型非接觸式儀器，其中評估角膜曲率功能是使用自動角膜曲率計集成到電腦中完成，它以六角形陣列投射六個映光點，并分析角膜前表面的反射，測量角膜前表面直徑2.3mm的曲率,利用屈光指數1.3375計算得到散光值。Lenstar LS900低相干光學生物測量儀是一種基于低相干光反射原理的設備，是一種雙區自動角膜曲率計，它采用光學低相干技術和波長950nm的掃描光束，測量的是角膜前表面1.65mm和2.30mm直徑范圍的曲率，利用屈光指數1.3320計算得到角膜散光[16]。光學相干斷層成像技術(optical coherence tomography，OCT)是基于低相干干涉的原理，紅外光從眼前節反射，通過比較反射之間的時間延遲來計算和分析角膜整體情況[25]。IOL Master 700是臨床上應用的掃頻OCT，其不需要縱向掃描，直接采集兩側反射光的干涉光譜，經過傅里葉變換后得到角膜信息，因此具有更快的采集時間，可減少眼球運動引起的偽影、降低信噪比和提供更好的分辨率，其投射18個光點，測量角膜前表面直徑1.5、2.5、3.5mm的曲率，進而得到散光值。LaHood等[26]首次報道了IOL Master 700對角膜后表面散光的測量，結果表明與其他設備的研究數據基本一致，但該設備對PCA的測量尚未納入界面選項和輸出。最近新一代IOL Master 700 TK將遠心光學技術與掃頻OCT成像技術相結合，實現了角膜后表面曲率及全角膜曲率的直接測量，其應用于臨床的可靠性及重復性有待進一步驗證。

5.3角膜地形圖角膜地形圖已經成為識別散光大小和軸向的關鍵工具，它可以評估整個角膜情況，并可以檢測不規則散光。OPD-Scan Ⅲ視功能分析儀中以Placido盤成像原理測量得到的角膜地形圖[27]，Placido環總共含有33環、11880個測量點藍色測量光源，獲得角膜3mm直徑范圍的角膜曲率半徑、角膜散光大小以及陡峭軸的軸向。Orbscan 及Orbscan Ⅱ是以裂隙光帶掃描為原理的眼前節分析儀，它能夠在1.5s內采集角膜前后表面約9000個數據點，獲得從鼻側和顳側45°角投射在角膜上的裂隙光束反射的圖像信息，同時結合Placido盤反射影像，呈現出三維角膜地形圖，包括角膜前后表面曲率、高度和厚度圖，進而得出角膜前后表面參數[28]。由于角膜的非平面形狀會導致周邊角膜數據采集困難和不可靠，Scheimpflug原理的引入使得周邊角膜數據的測量更具可靠性。Pentacam是利用Scheimpflug原理來測量角膜前后表面參數的眼前節分析儀，由一個旋轉Scheimpflug攝像機組成，在2s內從0°～180°的角度拍攝25～50張裂隙圖像，每張圖像顯示角膜前后表面的500個真實的高度點，拍攝重建形成三維圖像，可以測量角膜前表面半徑和角膜后表面半徑，獲得全角膜前后表面角膜曲率和厚度等參數[29]。而Galilei、Sirius等角膜分析儀是將雙旋轉Scheimpflug攝像機與Placido盤相結合，在角膜散光測量中具有良好的可重復性[30-31]。有研究表明，當要了解整個角膜曲率或后表面等數據，以及角膜屈光手術術后角膜表面形態有所變化時，如角膜表面不規則、角膜平坦及角膜陡峭，角膜地形圖系統的角膜測量范圍可擴大到90%以上，可以了解中央區域到周邊區域的變化，準確測量不規則散光以及非球面狀態的角膜，測量精度更客觀[32]。所以，對于角膜屈光手術后的白內障手術術前角膜散光的測量，為了準確評估角膜情況并進行手術干預，需要對其形態有精確的了解，角膜地形圖更具優勢。

6 小結與展望

隨著白內障手術技術的不斷發展，屈光性白內障手術在盡可能提高患者術后裸眼視力的同時，也要滿足患者術后清晰、舒適的視覺質量需求，術前精準地測量和評估角膜散光是白內障術前規劃的一個重要環節。PCA的直接測量、TCA的認識和角膜高階不規則散光的客觀測量使白內障術前散光檢查逐步完善。各種角膜地形圖檢查設備是光學生物測量儀器的有效補充。目前角膜地形圖的檢查以非接觸性測量為主，對患者安全無創，但要求被檢查者在要求時間內盡量保持眼球不動，若眼球頻繁轉動會產生測量誤差。對于Scheimpflug設備，當攝像機圍繞眼球旋轉掃描過程中可能會出現潛在的眼球運動，而雙旋轉Scheimpflug攝像機對測量值進行平均并最大限度地減少偏心[33]。使用旋轉攝像機的Scheimpflug設備可以對高度不規則的角膜進行精確測量，而基于Placido的反射系統很難精確表示這些角膜，但傳統的Placido盤地形圖提供的是角膜即時圖像，可能提供角膜表面最真實的投影。目前，隨著光學技術的快速發展，其顯示出更快的掃描速度和更可靠的跟蹤系統，目前的趨勢是多種技術相結合測量評估角膜，例如通過添加部分相干干涉測量SLED二極管，光學生物測量技術已被添加到新型角膜地形圖設備中(Pentacam AXL)。

綜上所述，術前聯合多種角膜地形圖儀和角膜曲率測量儀準確地測量和評估角膜散光情況是屈光性白內障手術中重要的一步，無論是對患者個性化選擇手術方式、IOL類型，還是預測術后效果都起關鍵性作用，可最大程度上減少術后TCA，幫助白內障手術患者獲得術后最佳視覺質量。