角膜地形圖儀的原理及選購

王英麗 趙國平

精準測量角膜形態(tài)，對于保障視覺質(zhì)量及醫(yī)學檢測結(jié)果的準確性都具有重要意義。目前臨床上評估和測量角膜形態(tài)最常用的設備是角膜地形圖儀，本文圍繞角膜地形圖儀的概念、結(jié)構(gòu)、測量原理以及應用領域等相關知識作出介紹，并通過分析其性能指標及參數(shù)，對其選購方法進行分析與指導。

1 角膜的形態(tài)

1.1 角膜形態(tài)

角膜是位于眼球壁前端1/6處的無血管的透明纖維膜，正常角膜高度透明、表面光滑、前凸后凹，形如凸凹透鏡，邊緣與鞏膜表殼相接。角膜的前表面形態(tài)和山的形態(tài)相似，中央約3mm左右為球面形，周邊曲率半徑逐漸增大，呈非球面形。

1.2 角膜形態(tài)測量的意義

角膜的形態(tài)與人的身體發(fā)育息息相關，人一生中，角膜形態(tài)會隨著正視化進程的發(fā)展發(fā)生變化。嬰兒期，角膜更近似于球形。隨著年齡增長，角膜曲率半徑逐漸變大，屈光力逐漸下降，最終穩(wěn)定在約43D左右，并且表現(xiàn)出順規(guī)性散光，即垂直方向屈光力大于水平方向。到了老年，由于眼瞼松弛壓迫角膜力量減輕，呈現(xiàn)逆規(guī)性散光，即水平方向屈光力大于垂直方向。

另外，人的自然生理周期中，角膜形態(tài)也會發(fā)生細小變化。睡眠期間，眼瞼的閉合會引起角膜曲率和厚度的變化。在夜間，由于淚液的蒸發(fā)減少及滲透壓的改變可使角膜增厚3%～8%，眼瞼睜開后2小時內(nèi)可恢復正常。睡眠時眼瞼的壓力可導致角膜中央變扁平，在白天則可逐漸恢復。女性在月經(jīng)周期，角膜也會發(fā)生一些小的改變，雌激素水平增高可使角膜的含水量增高，導致角膜變扁平，厚度增加。所有這些變化都是較微小的，在臨床上沒有明顯表現(xiàn)。

角膜的形態(tài)分析對角膜病癥的診斷具有非常重要的指導性意義，例如圓錐角膜是以角膜擴張、中央變薄向前凸出，呈圓錐形的一種眼病。角膜屈光手術需要通過角膜形態(tài)分析來進行精準的術前檢查和術后評價。

目前角膜形態(tài)測量主要由角膜地形圖儀來完成。

2 角膜地形圖儀

2.1 角膜地形圖儀的概念

角膜地形圖儀是一款通過電腦輔助，從而呈現(xiàn)角膜表面曲率映像的高精度新型設備。角膜地形圖的全稱是計算機輔助的角膜地形圖，是通過計算機圖像處理系統(tǒng)將角膜形態(tài)進行數(shù)碼化分析，并將所獲得的信息以不同特征的彩色圖來表現(xiàn)，因其貌似地理學中地形表面高低起伏的狀態(tài)，故稱為角膜地形圖。角膜地形圖儀能夠精確測量、分析全角膜前表面任意點的曲率，檢測角膜屈光力，是研究角膜前表面形態(tài)的一種系統(tǒng)而全面的定量分析手段。角膜地形圖儀能夠精確地分析整個角膜表面的形態(tài)和曲率的變化，使系統(tǒng)、客觀、精確地分析角膜性狀成為可能。

2.2 角膜地形圖儀的結(jié)構(gòu)

角膜地形圖儀的結(jié)構(gòu)如圖所示，它主要由3部分組成：Placido氏盤投射系統(tǒng)、實時圖像監(jiān)測系統(tǒng)、計算機圖像處理系統(tǒng)。它的附件結(jié)構(gòu)包括：額托、Placido環(huán)、機身、手柄、頜托及高度調(diào)整手柄。

圖1 角膜地形圖儀器

2.3 角膜地形圖儀的測量原理

角膜地形圖的設計原理與地質(zhì)學中的等高線原理相同。等高線是地面上高度相等的相鄰點連接而成的閉合曲線，地形圖利用了等高線測量法，在成像后的圖中，較平坦的地方等高線環(huán)間隔較大，較陡峭的地方等高線環(huán)間隔較小。角膜地形圖則是通過Placido氏盤投射系統(tǒng)將28或32個圓環(huán)從中心到周邊均勻地投射到角膜表面上，使整個角膜均處于投射分析范圍之內(nèi)。其中每一投射環(huán)上均有256個點計入處理系統(tǒng)，因此整個角膜就有約7000多個數(shù)據(jù)點進入分析系統(tǒng)。之后計算機通過實時圖像監(jiān)測系統(tǒng)進行實時圖像觀察、監(jiān)測和調(diào)整等，使角膜圖像處于最佳狀態(tài)下進行攝影。角膜上不同曲率半徑采用不同的顏色，暖色代表屈光力強的部位，冷色則代表屈光力弱的部位，這使得角膜地形圖儀顯示的結(jié)果十分直觀醒目。計算機隨后將其儲存，以備分析。最后，通過圖像處理系統(tǒng)將儲存的圖像數(shù)字化，應用已設定的計算公式和程序進行分析，再將分析的結(jié)果用不同的彩色圖像顯示在熒光屏上，同時，數(shù)字化的統(tǒng)計結(jié)果也一起顯示出來。角膜地形圖儀具有系統(tǒng)性、準確性、精確性以及直觀性，是詳細了解角膜表面形態(tài)的最佳設備。

角膜地形圖儀在臨床應用中主要有以下幾點:

a.角膜規(guī)則散光和不規(guī)則散光分析；

b.圓錐角膜的診斷和治療評判；

c.角膜接觸鏡的配適評估；

d.角膜屈光手術的術前/后角膜形態(tài)評估；

e.角膜移植以及外傷手術等眼病治療前后的角膜形態(tài)評估。

2.4 角膜地形圖儀的優(yōu)缺點

角膜地形圖儀作為新出現(xiàn)的角膜分析系統(tǒng)，與以往的角膜前表面分析方法相比有著十分明顯的優(yōu)點，當然也有其缺點。

優(yōu)點:

a.測量區(qū)域大，獲得的信息量大；角膜曲率計僅能測量角膜總面積的8%，而角膜地形圖儀可以觀測范圍達95%以上。

b.屈光力測量范圍廣；對過于平坦或過于陡峭的角膜，均可準確測量其屈光力。

c.精確度高、誤差??；角膜8.0mm范圍內(nèi)精確度達0～0.07D，且即時數(shù)碼視頻技術使得成像時間僅為1/30秒，避免了瞬目和心跳造成的影響。

d.易于建立數(shù)學模型；由于采用光柵攝影測量技術，在解釋角膜表面變化時，以相對和絕對高度標志的球面減數(shù)圖以及角膜子午線曲率標志圖是采用的高度點而非曲率，所以更加易于建立數(shù)學模型。

e.受角膜病變影響?。ㄅc角膜曲率計相比）；最新的角膜地形圖儀如PAR和CTS，不僅可以對上皮缺損、潰瘍及瘢痕的角膜進行檢查，而且其檢查結(jié)果很少受角膜病變的影響，因此檢查結(jié)果參考價值高。

f.結(jié)果直觀；由于采用了彩色，對角膜上不同曲率半徑采用不同的顏色，暖色代表屈光力強的部位，冷色代表屈光力弱的部位，使角膜地形圖顯示的結(jié)果直觀醒目。

g.一機多用；目前先進的角膜地形圖儀還具有自動角膜曲率計、角膜鏡、淚膜質(zhì)量評估、RGP熒光素模擬評估的功能，新型的角膜地形圖儀還可以測量明視場和暗視場下瞳孔直徑、角膜直徑等；其軟件的功能也有很大改進，如通過設定的函數(shù)換算，可以得到角膜像差的資料等。

缺點:

a.價格較昂貴；

b.對周邊角膜欠敏感；

c.當非球性成分增加時準確性降低；

d.易受眼眶高度及眼球內(nèi)陷程度的影響；

e.檢查參數(shù)過多時，較為費時。

3 角膜地形圖儀的選購

在現(xiàn)代眼科檢查過程中，角膜地形圖儀在各大眼科檢查場所使用已經(jīng)相當普及，角膜地形圖儀作為當前測量角膜形態(tài)設備的主流產(chǎn)品，以其較高的測量精度，受到越來越人的青睞。關于如何進行角膜地形圖儀的技術參數(shù)分析從而進行選購，可以從以下幾點考慮：

a.測量角膜直徑范圍：一般角膜地形圖儀此值約為11mm左右，部分設備具有復合地形圖測量功能，能適當擴大角膜地形測量范圍。復合角膜地形測量是指將周邊的角膜地形圖與中央的角膜地形圖融合，達到擴大角膜地形測量范圍的一種測量方式；

b.測量角膜屈光力范圍：最小10D左右，最大為100D左右，因為角膜地形圖的形態(tài)直接反應角膜的屈光力大小，對于接觸鏡基弧的選擇，屈光手術前期測量、術后評估都具有指導性意義；

c.Placido氏盤的尺寸：角膜地形圖儀根據(jù)配備的Placido氏盤的尺寸，分為大盤和小盤兩種，如下圖所示：大盤測量距離較遠，對眼形沒有要求，但在測量時會受到睫毛及眼瞼的影響，角膜不能完成暴露，導致測量不全面，數(shù)據(jù)不準，小盤測量距離很小，測量精準，但對于眼窩比較深邃的人來說，在測量過程中會碰到眼表導致測量不方便；綜合看來，小盤更好。

圖2 Placido氏盤尺寸

d.測量環(huán)：Placido氏盤上一圈一圈的圓環(huán)就是測量環(huán)，測量環(huán)的數(shù)量一般為28個左右，有的也能達到32個，環(huán)數(shù)越多測量范圍越大，精度越高，測量值越準確。

e.測量點：Placido氏盤每一個投射環(huán)上均有將近256個測量點，因此，一臺角膜地形圖儀整個角膜可有7000～8000個數(shù)據(jù)點，有的還可以達到上萬個數(shù)據(jù)點，點數(shù)越多，精度越高，測量值越準確。

f.視力焦點距離：指設備提供的視標所模擬的眼前有限距離的大小，一般為60mm左右。

g.軟件的優(yōu)化程度：指不同廠家對角膜地形圖數(shù)據(jù)處理的功能，不同廠家的數(shù)據(jù)處理功能各有特點，一般的都能夠?qū)崿F(xiàn)如圓錐角膜分析、波前像差分析、軸向圖、切線圖、高度圖、靜態(tài)地形圖等，廠家特有的功能包括：復合地形圖、白到白測量、RGP鏡片庫、淚膜質(zhì)量分析等。

h.操作方式：指在使用角膜地形圖儀進行測量時候完成測量的動作方式，主要有手動測量和自動測量兩種，目前，絕大多數(shù)角膜地形圖儀都是通過自動方式完成測量的,或者聯(lián)合手動測量滿足更多工作需求，自動測量方式高效便捷，重復性高，應用更為普遍。

i.單機是否可以完成測量：指機器在測量時是否需要并聯(lián)電腦完成顯示、數(shù)據(jù)采集、處理與分析的工作，如下圖所示圖3為單機型設備，圖4為非單機型。單機型設備集成度更高、更為便攜；非單機型設備并聯(lián)電腦后通過軟件均會具有更好的軟件分析性能，兩者價格相近，用戶可根據(jù)使用場合及空間情況進行選擇。

圖3 為單機型設備

圖4 為非單機型設備

j.機身尺寸：小機身設計方便測量時，檢查者對被檢者進行提拉眼瞼的動作；市面上國內(nèi)外角膜地形圖儀品牌眾多、規(guī)格參數(shù)也不盡相同，購買者應根據(jù)應用場合、資金預算等綜合考慮以上技術參數(shù)，擇優(yōu)購買。

希望本文能為廣大購買者提供參考和啟發(fā)。