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(zhǔn)確的人工晶狀體度數(shù)獲得包括術(shù)前生物參數(shù)測量及人工晶狀體公式的選擇，生物參數(shù)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(xué)相干生物測量儀IOL Master及浸潤式A超的出現(xiàn)，眼軸長度及前房深度測量已經(jīng)達(dá)到比較精確的程度[3]。角膜屈光力的精確測量仍是難點(diǎn)，尤其是準(zhǔn)分子手術(shù)后及不規(guī)則角膜等白內(nèi)障患者的測量[4-6]。IOL Master是傳統(tǒng)白內(nèi)障手術(shù)測量角膜屈光力的經(jīng)典儀器，其測量大部分正常角膜具有較高的準(zhǔn)確性，當(dāng)角膜形態(tài)發(fā)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(tǒng)角膜曲率計(jì)類似，通過記錄投射在角膜前表面2.3mm直徑對(duì)稱分布的6個(gè)光點(diǎn)的反射，分析計(jì)算出環(huán)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(biāo)準(zhǔn)屈光指數(shù)(1.3375)計(jì)算角膜屈光力[7]。實(shí)際上角膜由兩個(gè)表面組成，角膜前表面及后表面均是構(gòu)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(zhì)疑[8-9]。Pentacam是最新一代的三維眼前節(jié)分析系統(tǒng)，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(nèi)障分析等多種功能[10]。Pentacam與IOL Master測量原理不同，它根據(jù)Scheimpflug 光學(xué)原理，在少于2s內(nèi)，從0～180度旋轉(zhuǎn)掃描,拍攝50張Scheimpflug 圖像，每張照片可獲取500個(gè)真實(shí)的高度點(diǎn)，最終每個(gè)層面產(chǎn)生25 000個(gè)真實(shí)的高度點(diǎn)，獲得眼前節(jié)的三維圖像[11]。既往的研究已經(jīng)證實(shí)了Pentacam測量眼前節(jié)參數(shù)的準(zhǔn)確性[12-13]。Pentacam系統(tǒng)測量角膜屈光力提供以下幾個(gè)K值：sim K、true net power及Equivalent K-reading(EKR)。sim K根據(jù)角膜中央3mm直徑前表面曲率半徑及1.3375屈光指數(shù)計(jì)算；true net power:根據(jù)角膜前表面，后表面曲率半徑，按照真實(shí)的角膜屈光指數(shù)(空氣1.000，角膜基質(zhì)1.376，房水1.336)計(jì)算，其結(jié)果不能直接用于傳統(tǒng)人工晶狀體計(jì)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(zhǔn)分子手術(shù)后白內(nèi)障患者人工晶狀體屈光度計(jì)算[13-15]。準(zhǔn)分子手術(shù)后白內(nèi)障患者角膜屈光力的測量是目前正在攻克的難題，傳統(tǒng)測量方法往往會(huì)導(dǎo)致術(shù)后遠(yuǎn)視的屈光誤差[4,15]。EKR為準(zhǔn)分子手術(shù)后白內(nèi)障患者人工晶狀體屈光度計(jì)算提供了較好的方法,因而成為最近幾年國外研究的熱點(diǎn)[14-15]。目前國內(nèi)報(bào)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(guān)的研究。本研究主要比較在國人角膜正常的白內(nèi)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(guān)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(zhǔn)分子手術(shù)后及其他不規(guī)則角膜等白內(nèi)障患者人工晶狀體屈光度計(jì)算提供參考。

1對(duì)象和方法

1.1對(duì)象前瞻性臨床研究。選擇2017-01/06擬在我院行超聲乳化白內(nèi)障摘除聯(lián)合人工晶狀體植入手術(shù)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(shù)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(yī)院倫理委員會(huì)審核。

1.2方法選用IOL Master光學(xué)相干生物測量儀及Pentacam三維眼前節(jié)成像系統(tǒng)(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(shí)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(biāo)，采用IOL Master分別測量AL、K1、K2、ACD。AL及ACD連續(xù)測量5次取平均值，角膜曲率K1、K2(按照1.3375屈光指數(shù)計(jì)算)連續(xù)測量3次取平均值。再計(jì)算Km，即Km=(K1+K2)/2。

Pentacam檢查方法：測量在暗室,自然瞳孔狀態(tài)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(lán)色帶狀指示燈中的光點(diǎn)，檢查者使用操縱桿按屏幕指示進(jìn)行瞄準(zhǔn)和對(duì)焦，為了避免檢查者偏倚，選擇自動(dòng)釋放測量系統(tǒng)模式，即儀器探測到瞳孔中心和邊緣及角膜頂點(diǎn)清晰后即自動(dòng)開始測量。按要求只接受成像質(zhì)量(quality specification，QS)顯示OK的檢測結(jié)果。連續(xù)測量至少3次，取平均值。采集的數(shù)據(jù)包括sim K、true net power、角膜中央1.0～7.0mm直徑EKR值。

統(tǒng)計(jì)學(xué)分析：采用SPSS16.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件，對(duì)Pentacam與IOL Master測量所得數(shù)據(jù)的差異進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn),兩種儀器所測數(shù)據(jù)的相關(guān)性采用Pearson相關(guān)分析并繪制散點(diǎn)圖，P<0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。兩種儀器間所測數(shù)據(jù)的一致性采用MedCalc12.1.4軟件Bland-Altman統(tǒng)計(jì)分析[17]，用橫軸x表示兩種方法測量每個(gè)對(duì)象的平均值,縱軸y表示兩種方法測量每個(gè)對(duì)象的差值，并計(jì)算95%一致性界限(limits of agreement，LoA)作為評(píng)價(jià)一致性的指標(biāo)。

2結(jié)果

2.1Pentacam測量simK、truenetpower及EKR與IOLMaster測量所得Km的差異與相關(guān)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(tǒng)計(jì)學(xué)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(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.01)。差值均值最大的為true net power-1.22±0.296D。經(jīng)Pearson相關(guān)分析及散點(diǎn)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(guān)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(diǎn)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(guān)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(diǎn)落在95%一致性界限內(nèi)。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(diǎn)落在95%一致性界限內(nèi),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(yōu)點(diǎn)是可以測量角膜前后表面，計(jì)算真實(shí)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(shí)OrbscanⅡ測量后表面存在較大的誤差[18]。本研究主要評(píng)價(jià)在角膜正常的白內(nèi)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(gè)范圍的K值才是中國人最佳的K值。

Pentacam所測sim K根據(jù)角膜中央3mm直徑前表面曲率半徑及標(biāo)準(zhǔn)屈光指數(shù)(1.3375)，按照薄透鏡高斯光學(xué)公式計(jì)算，sim K=(1.3375-1)×1000/r，其計(jì)算原理與傳統(tǒng)角膜地形圖sim K一致。為了減少系統(tǒng)誤差，IOL Master所測Km計(jì)算亦采用標(biāo)準(zhǔn)屈光指數(shù)(1.3375)。我們的研究結(jié)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(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這可能跟測量直徑有關(guān)。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?yún)^(qū)角膜屈光力越陡峭。兩者之間具有較高的相關(guān)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(jié)果表明兩者相差為-0.47D，潘虹等[16]研究結(jié)果顯示兩者相差-0.49D，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。以上結(jié)果的差異可能是由于采用不同的屈光指數(shù)計(jì)算得來。IOL Master系統(tǒng)有1.3315及1.3375等多個(gè)屈光指數(shù)可供選擇，而作者均沒有公布 IOL Master計(jì)算角膜屈光力的屈光指數(shù)。Reuland等[20]用Pentacam與IOL Master對(duì)82眼測量角膜曲率半徑進(jìn)行對(duì)比研究，結(jié)果表明兩種儀器具有較高的測量準(zhǔn)確性，測量結(jié)果差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

True net power根據(jù)角膜前后表面曲率半徑及真實(shí)的角膜屈光指數(shù)(空氣1.000，角膜基質(zhì)1.376，房水1.336)，按照厚透鏡高斯光學(xué)公式計(jì)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(jié)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(jié)果一致(差值為-1.43D)。雖然true net power是最接近角膜真實(shí)的屈光力，但目前人工晶狀體屈光力計(jì)算公式是在傳統(tǒng)角膜曲率計(jì)測量結(jié)果的基礎(chǔ)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(jì)算公式[15,21]。

為了使Pentacam測量所得K值適用于傳統(tǒng)人工晶狀體計(jì)算公式，2006年Oculus公司聯(lián)合Holladay開發(fā)了Pentacam用于準(zhǔn)分子手術(shù)后白內(nèi)障患者角膜屈光力測量的軟件Holladay報(bào)告，公式如下[15]：

nc為角膜基質(zhì)屈光指數(shù)1.376；nk為標(biāo)準(zhǔn)角膜屈光指數(shù)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(biāo)準(zhǔn)角膜屈光指數(shù)與角膜基質(zhì)屈光指數(shù)計(jì)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(tǒng)默認(rèn)角膜中央4.5mm直徑的EKR值計(jì)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(jié)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(huì)導(dǎo)致人工晶狀體屈光度計(jì)算時(shí)1.0D的誤差，平均人工晶狀體屈光度計(jì)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(nèi)的誤差是可以接受的，并且人工晶狀體按照每0.5D之差進(jìn)行生產(chǎn)。因此Pentacam 所測的sim K及4.0mm EKR值均可以用于人工晶狀體計(jì)算公式。Symes等[21]對(duì)Pentacam與IOL Master測量63眼角膜正常的白內(nèi)障患者所得K值進(jìn)行了對(duì)比研究，結(jié)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(jié)果與Symes等結(jié)果的差異可能由于不同的研究人群所致。Pentacam系統(tǒng)默認(rèn)4.5mm EKR值計(jì)算人工晶狀體屈光度是基于國外人群資料的研究結(jié)果，對(duì)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(xué)區(qū)直徑EKR值計(jì)算人工晶狀體度數(shù)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(jié)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(duì)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(nèi)的誤差范圍，而且均有6%(4/64)的點(diǎn)落在95%一致性界限外。Woodmass等[23]研究結(jié)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(fā)現(xiàn)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(xué)者所得結(jié)果比我們的研究結(jié)果均高，因此應(yīng)該警惕少數(shù)屈光誤差較大的情況出現(xiàn)。

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(jù)Holladay[23]的解釋，如果角膜為一個(gè)完整的球面，那么角膜中央到周邊每一點(diǎn)的屈光力應(yīng)該相等。因?yàn)榇嬖谇虿睿悄げ⒎抢硐肭蛎娑且粋€(gè)中央較陡峭，周邊較平坦的非球面。EKR計(jì)算時(shí)根據(jù)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(jù)單球面公式計(jì)算得到，未考慮球差。因此對(duì)大部分正常患者來說，IOL Master測量誤差不大，但對(duì)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(duì)于這部分特殊角膜患者，其人工晶狀體度數(shù)計(jì)算采用的角膜屈光力范圍有待進(jìn)一步研究。Symes等[21]研究結(jié)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(jié)果(-1.23D)大，這可能跟研究人群不同有關(guān)。角膜中央?yún)^(qū)角膜屈光力變化較小，相對(duì)較規(guī)則，近似球形，而旁中央?yún)^(qū)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(jié)果比較相符。

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

隨著準(zhǔn)分子手術(shù)后白內(nèi)障患者的不斷增多，Toric人工晶狀體，多焦點(diǎn)人工晶狀體等功能性人工晶狀體的不斷發(fā)展，及患者對(duì)手術(shù)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(yīng)該具有更高的精確性，但由于目前人工晶狀體計(jì)算公式是基于傳統(tǒng)角膜曲率計(jì)得出來的回歸公式。我們進(jìn)一步需要研究的方向是針對(duì)Pentacam測量的K值進(jìn)行校正，或是開發(fā)適合Pentacam的新的計(jì)算公式。從而進(jìn)一步提高角膜屈光力測量的精確性，對(duì)準(zhǔn)分子手術(shù)后及不規(guī)則角膜等白內(nèi)障患者具有更大的意義。