國產(chǎn)與進口Scheimpflug成像技術原理的眼前節(jié)生物分析系統(tǒng)測量中央角膜厚度和角膜曲率的對比分析

王浩 王闖 張波 王樹林 李金 顧宇偉 宋鵬 龐辰久

作者單位：河南省人民醫(yī)院，河南省立眼科醫(yī)院，河南省眼科研究所，鄭州大學人民醫(yī)院，河南大學人民醫(yī)院，鄭州 450003

角膜屈光手術是矯治屈光不正的重要方法，精確的術前檢查對于角膜屈光手術來說至關重要，中央角膜厚度（CCT）和角膜曲率是角膜屈光手術方式選擇的重要參考指標[1]。光學眼前節(jié)分析系統(tǒng)具有方便、快捷、非接觸等特點，一次測量即可獲得包括CCT、角膜曲率、前房深度、角膜白到白直徑等多個眼前節(jié)生物測量值的優(yōu)勢，被廣泛用于角膜屈光術前檢查及手術設計中[2-4]，但幾乎均為國外生產(chǎn)。國內(nèi)自主研發(fā)的新型三維眼前節(jié)分析系統(tǒng)Scansys，采用Scheimpflug成像技術進行眼前節(jié)綜合分析，可覆蓋360°眼前節(jié)數(shù)據(jù)，可為屈光手術術前篩查提供詳細數(shù)據(jù)，目前尚缺乏該設備在臨床中使用可靠性的客觀評價。本研究對Scansys測量CCT和角膜曲率的可重復性進行評估，同時與臨床中廣泛使用的Pentacam（德國Oculus公司）的測量結(jié)果進行比較，為其在臨床的應用提供依據(jù)。

1 對象與方法

1.1 對象

納入標準：①18周歲以上，2年內(nèi)屈光度數(shù)穩(wěn)定，無眼部手術史和外傷史；②無角膜接觸鏡配戴史；③各項檢查排除角膜及其他眼部疾病；④最佳矯正視力>0.8，近視范圍-10.00～-1.00 D，散光在3.00 D 以內(nèi)；⑤淚膜破裂時間大于5 s；⑥Schimer Ⅰ試驗>10 mm/5 min。排除標準：①伴有其他眼部急性、進行性合并癥；②伴有全身系統(tǒng)性疾病；③有眼部感染史及角膜云翳、瘢痕；④有眼部手術史。

選取2020 年6 ─7 月在河南省立眼科醫(yī)院屈光手術中心就診并擬行角膜屈光手術的門診患者共100 例（100 眼）為研究對象，其中男42 例，女58 例，年齡17～35（23.5±5.3）歲，術前等效球鏡度-10.50～-2.00 D?；颊唠p眼均接受檢查，僅取右眼數(shù)據(jù)用于分析。本研究遵照赫爾辛基宣言并經(jīng)河南省立眼科醫(yī)院醫(yī)學倫理審查委員會批準[HNEECKY-2019（5）]，告知被檢者相關檢查流程并且均簽署知情同意書。

1.2 儀器

1.2.1 Scansys眼前節(jié)三維分析儀 Scansys眼前節(jié)三維分析儀（上海美沃公司）采用了Scheimpflug成像，單次拍攝生成28張高清角膜前后表面斷層圖片，1 s采集了107 520個數(shù)據(jù)點，通過分析計算，生成角膜地形圖、角膜厚度圖、高度圖等。

1.2.2 Pentacam眼前節(jié)分析儀 Pentacam眼前節(jié)分析儀（德國Oculus公司）是基于Scheimpflug光學原理的三維眼前節(jié)診斷分析系統(tǒng)，利用475 nm波長的可見光（藍光）進行旋轉(zhuǎn)攝像，采集25或50張眼前節(jié)裂隙圖像，可測量出多達25 000個角膜數(shù)據(jù)點進行三維重建和計算分析。

1.3 測量方法

1.3.1 測量步驟 首先對患者進行常規(guī)檢查，包括裸眼視力、裂隙燈顯微鏡、驗光、最佳矯正視力等。接著每位患者依次接受Scansys和Pentacam檢查以測量CCT和角膜曲率。為避免外來光源干擾圖像，檢查均在暗室、自然瞳孔狀態(tài)下完成，所有操作均由同一位技術熟練的醫(yī)師實施，測量時間限定在20 min以內(nèi)，雙眼依次測量，每次重復測量之間間隔15 s，2種儀器測量間隔時間為5 min。實驗時間在10∶00～17∶00，所有被檢者在睡醒睜眼至少3 h后接受檢查，以減少生理節(jié)律對眼部的影響，尤其是睡眠閉眼缺氧對CCT的影響[5，6]。

1.3.2 Scansys檢查方法 在暗室環(huán)境下，令患者下頜置于下頜托，額部緊貼額托，雙眼平視正前方，調(diào)整位置使患者外眥與儀器水平標線保持同一高度。囑患者睜大雙眼，注視藍色裂隙燈顯微鏡中的圓形固視點。對焦成功后會自動觸發(fā)Scansys拍攝程序，儀器在2 s內(nèi)完成掃描拍攝28張Scheimpflug圖像，每次測量結(jié)束后患者頭部離開托架。頭部再次放在托架上進行再次測量。僅接受成像質(zhì)量（Auality specification，QS）顯示為OK的3次檢查結(jié)果，并在5 min內(nèi)完成雙眼檢查。

1.3.3 Pentacam檢查方法 與Scansys檢查操作類似。患者坐位，頭位固定，調(diào)整好位置后，囑患者睜大雙眼，注視旋轉(zhuǎn)軸中心—藍色光帶中間的紅色圓形目標，檢查者按儀器操作軟件提示調(diào)整對焦，Scheimpflug三維成像系統(tǒng)在2 s內(nèi)完成360°掃描，拍攝25張圖像。同Scansys檢查和選擇結(jié)果的標準類似，每次測量結(jié)束后患者頭部離開托架。頭部再次放在托架上進行再次測量。只接受機器顯示QS為通過的3次掃描結(jié)果，上述雙眼檢查同樣控制在5 min內(nèi)完成。

1.4 統(tǒng)計學方法

系列病例研究。采用SPSS 25.0 和MedCalc 19.0.7 統(tǒng)計軟件進行分析。對2 種儀器測量的CCT和角膜曲率進行描述性統(tǒng)計，計量資料采用Shapiro-Wilk檢驗進行正態(tài)性檢驗，如符合正態(tài)分布則以均數(shù)±標準差表示。對重復性的檢測由同一檢查者重復測量的組內(nèi)標準差（Within-subject standard deviation，Sw）表示，采用單因素方差分析進行比較。重復性定義為1.96Sw，也就是2.77Sw，表示在重復性的條件下，2次測試結(jié)果絕對差小于或等于此數(shù)值的概率為95%。組內(nèi)變異系數(shù)（Coefficient of variation，CoV）定義為Sw與總體均值的比值，CoV越低，重復性越高[7]。此外我們還通過組內(nèi)相關系數(shù)（Intraclass correlation coefficient，ICC）、Bland-Altman分析法及重復測量方差分析（Repeated measures analysis of variance，RMANOVA）評估2種儀器測量參數(shù)的重復性[8，9]，如ICC>0.9 則表示可重復性較好。2 種儀器CCT和角膜曲率測量值的差異性比較采用配對t檢驗，相關性分析采用Pearson相關性分析法，一致性分析采用“金標準”Bland-Altman檢驗[10]，以95%一致性界限（Limits of agreement，LoA）進行一致性描述。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 Scansys和Pentacam測量CCT的重復性

Scansys重復測量CCT的3 次數(shù)值均符合正態(tài)分布，3 次測量值分別為（538.36±33.94）μm，（538.72±34.90）μm，（539.07±34.36）μm。3次重復測量CCT的ICC為0.990，Sw為2.12，2.77Sw為5.87，CoV為0.39%。Scansys 3次測量CCT結(jié)果經(jīng)重復測量方差分析顯示總體差異無統(tǒng)計學意義（F=0.011，P=0.989），見表1。進一步的Bonferroni矯正結(jié)果顯示第1次與第2次測量的差值為（-0.36±4.87）μm（P=1.0）；第1次與第3次測量的差值為（-0.71±4.87）μm（P=1.0）；第2 次與第3 次測量的差值為（-0.35±4.87）μm（P=1.0），任意2次測量結(jié)果比較差異均無統(tǒng)計學意義。見表2。

表1.Scansys與Pentacam測量CCT和角膜曲率的重復性對比Table 1.Comparison of repeatability of CCT and corneal curvature measured by Scansys and Pentacam

表2.Scansys與Pentacam測量CCT和角膜曲率的重復性對比Table 2.Comparison of repeatability of CCT and corneal curvature measured by Scansys and Pentacam

Pentacam重復測量CCT的3次數(shù)值經(jīng)Shapiro-Wilk 檢驗均同樣符合正態(tài)分布，3 次測量值分別為（541.32±34.26）μm，（542.42±34.54）μm，（542.92±34.67）μm。Pentacam 3次重復測量CCT的ICC為0.996，Sw為3.44，2.77Sw為9.53，CoV為0.63%。Pentacam 3次測量CCT結(jié)果經(jīng)重復測量方差分析顯示總體差異無統(tǒng)計學意義（F=0.056，P=0.945），見表1。進一步的Bonferroni矯正結(jié)果顯示第1次與第2次測量的差值為（-1.10±4.88）μm（P=1.0 0）；第1 次與第3 次測量的差值為（-1.60±4.88）μm（P=1.00）；第1次與第2次測量的差值為（-0.50±4.88）μm（P=1.00），任意2次測量結(jié)果比較差異均無統(tǒng)計學意義。見表2。

2.2 Scansys與Pentacam測量CCT的差異性、相關性及一致性

Scansys測得的CCT值比Pentacam?。?.50±2.80）μm，差異無統(tǒng)計學意義（t=1.25，P=0.21）。2 種儀器檢測CCT 的結(jié)果分析呈正線性相關（r=0.989，P<0.001），見表3。Scansys與Pentacam測量CCT的95%LoA為-4.26～11.26 μm，范圍較窄，Scansys與Pentacam的CCT測量值有4.0%（4/100）的點位于95%可信區(qū)間外，說明2種儀器測量CCT的結(jié)果一致性較好（見圖1）。

圖1.Scansys與Pentacam測量CCT和角膜曲率一致性的Bland-Altman圖（100眼）A：Scansys與Pentacam測量CCT一致性的散點圖；B：Scansys與Pentacam測量K1一致性的散點圖；C：Scansys與Pentacam測量K2一致性的散點圖；D：Scansys與Pentacam測量Km一致性的散點圖。實線表示差值的均值，虛線表示95%一致性界限。CCT，中央角膜厚度；K1，平坦角膜曲率；K2，陡峭角膜曲率；Km，平均角膜曲率Figure 1.Bland-Altman plot of CCT and corneal curvature consistency measured by Scansys and Pentacam (100 eyes).A:Scatter diagram of CCT consistency measured by Scansys and Pentacam;B:Scatter diagram of K1 consistency measured by Scansys and Pentacam;C:Scatter diagram of K2 consistency measured by Scansys and Pentacam;D:Scatter diagram of Km consistency measured by Scansys and Pentacam.The solid line represents the mean of the difference,and the dashed line represents the 95% consistency limit.CCT,central corneal thickness;K1,flat corneal curvature;K2,steep corneal curvature;Km,mean corneal curvature.

2.3 Scansys和Pentacam測量角膜曲率的重復性

Scansys重復測量角膜曲率（K1、K2、Km）的3 次數(shù)值經(jīng)Shapiro-Wilk檢驗均符合正態(tài)分布。3 次重復測量K1 的ICC為0.995，3 次重復測量K2的ICC為0.985，3 次重復測量Km的ICC為0.997。重復測量方差分析結(jié)果顯示Scansys重復測量3 次角膜曲率的總體差異無統(tǒng)計學意義（FK1=0.013，PK1=0.987；FK2=0.011，PK2=0.989；FKm=0.002，PKm=0.998）。Scansys重復3次測量K1、K2、Km的Sw、2.77Sw均較小，Cov均小于1%，提示Scansys測量角膜曲率的重復性較好，見表1。RMANOVA進一步的Bonferroni矯正結(jié)果以及Bland-Altman分析結(jié)果提示任意2 次結(jié)果比較差異無統(tǒng)計學意義（均P>0.05），見表2。

Pentacam重復測量角膜曲率（K1、K2、Km）的3次數(shù)值經(jīng)Shapiro-Wilk檢驗同樣都符合正態(tài)分布。3次重復測量K1的ICC為0.994，3次重復測量K2的ICC為0.992，3次重復測量Km的ICC為0.995。重復測量方差分析結(jié)果顯示Pentacam重復測量3次角膜曲率（K1、K2、Km）的總體差異無統(tǒng)計學意義（FK1=0.014，PK1=0.986；FK2=0.012，PK2=0.988；FKm=0.01，PKm=0.990）。Pentacam重復3次測量K1、K2、Km的Sw、2.77Sw均較小，Cov也均小于1%，提示Pentacam測量角膜曲率的重復性良好，見表1。RMANOVA進一步的Bonferroni矯正結(jié)果顯示任意2次結(jié)果比較差異沒有統(tǒng)計學意義（均P>0.05），見表2。

2.4 Scansys與Pentacam測量角膜曲率的差異性、相關性及一致性

Scansys和Pentacam測量K1、K2、Km的結(jié)果差異沒有統(tǒng)計學意義（K1：t=0.28，P=0.77；Km：t=0.50，P=0.62；K2：t=0.63，P=0.53），2種儀器K1、K2、Km測量結(jié)果均呈正線性相關（r=0.983～0.989，均P<0.05），見表3。

表3.Scansys與Pentacam測量CCT及角膜曲率的相關性、一致性和差異性Table 3.Correlation,consistency and difference of CCT and corneal curvature measured by Scansys and Pentacam

Scansys 與Pentacam 測量K1、K2、Km 的95%LoA分別為-0.48～0.55 D、-0.52～0.69 D、-0.45～0.57 D，范圍均較窄，Scansys與Pentacam的K1、K2、Km測量值分別只有1.0%（1/100）、3.0%（3/100）、2.0%（2/100）的點位于95%可信區(qū)間外，說明2種儀器測量角膜曲率的結(jié)果一致性較好，見圖1。

3 討論

角膜屈光手術的發(fā)展日新月異，安全性越來越高，個性化的手術方式使手術后視覺質(zhì)量越來越好，這些都離不開手術前檢查的精確性。眼部參數(shù)，特別是眼前節(jié)參數(shù)檢查分析是手術后安全的重要保證。其中CCT和角膜曲率是角膜屈光手術方式選擇及安全厚度預留的重要參考依據(jù)[1]，其測量值的精確性對評估屈光術后發(fā)生角膜膨隆、圓錐角膜等并發(fā)癥的風險具有重要意義[11，12]。眼前節(jié)檢查分析系統(tǒng)1次測量可獲取包括角膜厚度、角膜曲率、前房深度、角膜直徑等多種眼前節(jié)參數(shù)，是目前屈光術前檢查的必備設備。眼前節(jié)分析設備的原理包括裂隙光顯微鏡原理、Scheimpflug成像原理以及相干光斷層掃描原理（OCT）。Scheimpflug成像原理的眼前節(jié)分析系統(tǒng)是目前常用的設備，包括Pantacam（德國Oculus公司）、天狼星地形圖儀（Sirius，意大利CSO公司）、伽利略（瑞士SIS Surgical Instrument Systems公司）這3 種，其中Pentacam應用廣泛，它采用的光源為475 nm的藍色二極管激光，由旋轉(zhuǎn)Scheimpflug相機獲得眼前節(jié)的三維圖像，在2 s內(nèi)從0°～180°旋轉(zhuǎn)拍攝50張眼前節(jié)層析圖像，每張圖像可獲得500個真實的高度點，最終每個層面獲得25 000個高度點。Pentacam檢查可得到角膜任意一點的厚度值以及全角膜前后表面的高度。既往研究證實，Pentacam對于CCT和角膜曲率的測量有很好的可重復性和準確性[13]。該產(chǎn)品為進口設備，價格昂貴，不利于在基層醫(yī)院推廣。隨著我國科技進步，醫(yī)療設備國產(chǎn)化也逐步增加，Scansys眼前節(jié)分析儀是我國自主研發(fā)的一種新的Scheimpflug成像原理的眼前節(jié)分析系統(tǒng)，它應用Scheimpflug成像原理，一次拍攝可覆蓋360°眼前節(jié)數(shù)據(jù)，可選擇28 張或60 張高清截面斷層成像，分別采集107 520個或230 400個數(shù)據(jù)點，同時獲取角膜前、后表面，虹膜以及晶狀體數(shù)據(jù)，與Scheimpflug測量參數(shù)類似。Scansys測量CCT和角膜曲率的可重復性和精確性如何尚缺乏資料，本研究評估Scansys測量CCT和角膜曲率的重復性可精確性，并與Pentacam測量結(jié)果相比較，探討其在臨床上的應用價值。

本研究中，Scansys測量CCT 3 次的ICC為0.990，Sw為2.12，2.77Sw為5.87，CoV為0.39%，重復測量分析結(jié)果3 次測量總體差異無統(tǒng)計學意義（F=0.011，P=0.989），進一步的Bonferroni矯正結(jié)果顯示任意2 次測量比較差異均無統(tǒng)計學意義。Pentacam 3次測量CCT的ICC為0.996，Sw為3.44，Sw為9.53，CoV為0.63%，Bland-Altman分析結(jié)果也顯示每2次測量間一致性界限較小，同時重復測量方差分析結(jié)果顯示3次測量總體差異無統(tǒng)計學意義（F=0.056，P=0.945）。上述結(jié)果證實Scansys和Pentacam測量CCT均有良好的重復性。與Pentacam相比，Scansy重復測量CCT的Sw、重復性界限更小，顯示Scansy測量CCT的重復性相比更優(yōu)秀。Scansys測得的CCT值比Pentacam所測的值薄約3.50 μm，配對t檢驗顯示二者之間差異無統(tǒng)計學意義，相關性分析顯示2 種機器測量CCT數(shù)值呈現(xiàn)出明顯正線性相關關系（r=0.989，P<0.001），同時Scansys和Pentacam測量CCT的一致性分析顯示95%LoA為（-4.26～11.26）μm，僅有4例并不處于此范圍內(nèi)，96.0%（96/100）的點在95%LoA以內(nèi)，說明2種儀器測量CCT具有較好的一致性，而且二者的差值在臨床實際應用中可以忽略不計，因此在臨床應用中，2種儀器測量CCT的結(jié)果可以互相替代。

Scansys和Pentacam測量K1、K2、Km的ICC均大于0.985，Sw和2.77Sw數(shù)值均較小，Cov均小于1%；2 種儀器測量3 次角膜曲率的重復測量方差分析結(jié)果均為P>0.05，且進一步的Bonferroni矯正結(jié)果顯示任意2 次測量比較差異均無統(tǒng)計學意義；Bland-Altman分析結(jié)果顯示無論是Scansys還是Pentacam，3 次重復測量角膜曲率的95%LoA范圍均較窄，上述結(jié)果均提示2種儀器測量角膜曲率均有很好的重復性。配對t檢驗結(jié)果提示Scansys和Pentacam測量K1、K2、Km的結(jié)果差異沒有統(tǒng)計學意義。Bland-Altman分析結(jié)果顯示，Scansys和Pentacam測量K1、K2、Km的95%LoA范圍均較窄，證實2種儀器測量角膜曲率結(jié)果的一致性較好。

本研究證實Scansys測量CCT和角膜曲率重復性較好，通過與Pentacam的測量結(jié)果對比表現(xiàn)出很高的相關性和一致性，且差異較小，在臨床應用中可以將2種儀器的測量值互相替代。本研究采集的樣本均為近視患者的CCT和角膜曲率，在以后的研究中我們將會擴大樣本量，將正視及不同近視度數(shù)患者進行分組研究，采用大樣本統(tǒng)計結(jié)果為依據(jù)來驗正結(jié)論。

利益沖突申明本研究無任何利益沖突，本研究與Pentacam和Scansys等儀器廠家無任何利益關系

作者貢獻聲明王浩、王闖、龐辰久：收集數(shù)據(jù)，參與選題、設計及資料的分析和解釋；撰寫論文；根據(jù)編輯部的修改意見進行修改。張波、王樹林：參與收集數(shù)據(jù)、選題、設計和資料的分析、解釋。李金、顧宇偉、宋鵬：參與選題、設計、資料的分析和解釋；根據(jù)編輯部的修改意見進行核修