角膜后表面散光的評估方法及臨床特征的研究進展

蔣元豐 秦魯寧 張紅 田芳

作者單位：天津醫(yī)科大學眼科醫(yī)院 眼視光學院 眼科研究所，國家眼耳鼻喉疾病臨床醫(yī)學研究中心天津市分中心，天津市視網(wǎng)膜功能與疾病重點實驗室，天津 300384

角膜散光是全眼散光的主要組成成分，也是白內(nèi)障手術(shù)、有晶狀體眼人工晶狀體植入術(shù)和角膜屈光手術(shù)等術(shù)后殘余散光的最主要來源?？傮w角膜散光由角膜前后表面共同形成，即全角膜散光（Total corneal astigmatism，TCA）。但由于角膜的屈光指數(shù)（1.376）與房水（1.336）之間的差異較小，角膜后表面散光（Posterior corneal astigmatism，PCA）曾一度被認為是可以忽略不計的。以往對總體角膜散光的評估單純依賴測量角膜前表面散光（Anterior corneal astigmatism，ACA）和一個特定的修正屈光指數(shù)（通常為1.3375），這么一個數(shù)學和光學上的捷徑來估算和替代真實的TCA，稱為模擬角膜散光（Keratometric corneal astigmatism，KCA）[1]。隨著檢查技術(shù)設備的不斷迭代，對角膜后表面信息的直接或間接采集和分析成為可能，臨床對PCA的認識也逐漸發(fā)生轉(zhuǎn)變。同時，隨著白內(nèi)障手術(shù)由單純復明手術(shù)向精準屈光手術(shù)的轉(zhuǎn)變，手術(shù)醫(yī)師開始不斷追求術(shù)后殘余散光的最小化，從而滿足患者對視覺質(zhì)量的更高需求[2]。臨床研究也證實，忽略PCA會對總體角膜散光的評估造成具有臨床意義的誤差[3-4]，進一步影響屈光性白內(nèi)障手術(shù)整體手術(shù)規(guī)劃的精準性，造成一定的術(shù)后殘余散光并降低視覺質(zhì)量[5-6]。

因此，筆者針對PCA的評估方法、人群分布規(guī)律和臨床特征的研究現(xiàn)狀和最新進展做一綜述，目的是提高臨床實踐中對PCA的認識和重視。

1 PCA的評估方法和技術(shù)設備

傳統(tǒng)的角膜屈光力測量方法，如手動或自動角膜曲率計、部分光學相干生物測量儀（如IOLMaster 500等）、低相干光學生物測量儀（如Lenstar 900 等）和基于Placido盤的角膜地形圖儀（如Atlas、iTrace和Keratron Scout等），都不能直接對角膜后表面的信息進行采集，而是依賴不同方法測得的角膜前表面曲率半徑（Ranterior）并根據(jù)不同的修正屈光指數(shù)（通常為1.3375）計算模擬角膜屈光力，即SimK=（1.3375-1.000）/Ranterior[7]。近些年，逐漸出現(xiàn)了多種可以直接獲取角膜后表面信息的儀器設備，它們分別基于不同的技術(shù)原理和方法，如裂隙光掃描地形圖、Scheimpflug成像技術(shù)和光學相干斷層成像技術(shù)等[8]。

1.1 裂隙光掃描地形圖

裂隙光掃描系統(tǒng)，如Orbscan和Orbscan II（Bausch and Lomb Inc.，Rochester，NY，USA），是臨床上最早可以提供角膜后表面信息的方法和系統(tǒng)之一，出現(xiàn)于1995 年[9]。該系統(tǒng)將一個三維裂隙光掃描系統(tǒng)和Placido盤結(jié)合在一起，通過捕獲分別從鼻側(cè)和顳側(cè)45°角投射在角膜上的裂隙光束所反射回的圖像信息，并分析其三角關(guān)系，最終呈現(xiàn)為三維地形圖，包括角膜前后表面的曲率、高度和厚度圖，進而得出角膜散光數(shù)據(jù)[10]。但由于Orbscan是切面掃描且通過角膜前后表面的相對參照來分析角膜高度，其中某一張圖像的錯誤可能會引起整個角膜的三維建模誤差。近期，de Jong等[11]和Meyer等[12]的研究都指出，在角膜后表面信息的測量中，與Pentacam HR（Oculus，Wetzlar，Germany）和Galilei（Ziemer，Port，Switzerland）相比，Orbscan II的可重復性相對較差。

1.2 Scheimpflug成像技術(shù)

Theodor Scheimpflug是一名奧地利海軍的制圖師，他在20 世紀初首先在攝影領(lǐng)域引入了Scheimpflug原理。該原理描述了物體平面與相機膠片不平行時的光學成像條件，早在20 世紀50 年代后期就由Drews引入眼科領(lǐng)域[13-14]。Scheimpflug原理消除了裂隙光掃描技術(shù)弊端，即由于角膜的非平面形狀引起的對周邊角膜數(shù)據(jù)捕獲的困難性和不可靠性。然而，這項技術(shù)直到1995 年才伴隨著Pentacam、TMS-5（Tomey Corporation，Nagoya，Japan）、Galilei和Sirius（Costruzione Strumenti Oftalmici，F(xiàn)lorence，Italy）等設備的先后出現(xiàn)開始廣泛應用于臨床實踐并逐漸完善[15]。Pentacam是繼Orbscan II后第二個能夠?qū)悄ず蟊砻孢M行評估的技術(shù)設備[16]。

Pentacam HR由一個靜態(tài)攝像機和一個旋轉(zhuǎn)Scheimpflug攝像機組成，可以在不到2 s的時間內(nèi)拍攝50張眼前節(jié)裂隙圖像，每張圖像包含500 點，測量和分析25 000～138 000個角膜真實高度點，進而重建形成三維圖像并生成相對真實的角膜曲率和厚度等參數(shù)，并利用光路追蹤技術(shù)獲得的角膜總屈光力和散光[17-18]。Galilei、TMS-5和Sirius則都是Scheimpflug-Placido設備，分別將Placido盤與雙旋轉(zhuǎn)（Galilei）或單旋轉(zhuǎn)（TMS-5和Sirius）Scheimpflug攝像機相結(jié)合。研究表明，這些設備在PCA和TCA的評估中都具有良好的可重復性，但它們在健康人群和疾病人群（如圓錐角膜等）中測量的一致性和可互換程度仍存有爭議[19-21]。

1.3 光學相干斷層成像技術(shù)

光學相干斷層成像技術(shù)（Optical coherence tomography，OCT）是基于低相干干涉測量的原理，通過比較從眼前節(jié)反射的紅外光與參考反射的時間延遲對角膜整體信息進行計算和分析[7]。臨床常用的有2種類型的前節(jié)OCT：時域和頻域OCT（即傅里葉域OCT，又分為譜域OCT和掃頻OCT）。與時域OCT相比，頻域OCT無需縱向掃描，直接采集兩側(cè)反射光的干涉光譜并經(jīng)過傅里葉變換后獲取角膜信息，具有更快的采集時間，從而減少由于眼球運動引起的偽影、降低信噪比和提供更好的分辨率[22-23]。相比Scheimpflug成像技術(shù)，前節(jié)OCT可以大幅提升眼前節(jié)圖像的分辨率和清晰程度，理論上可獲得更為精確的角膜前后表面信息。

Visante（美國Carl Zeiss公司）是最早商用時域前節(jié)OCT，它使用1 310 nm紅外光波長并可以同時掃描獲得最多4 個眼前節(jié)放射狀橫截面，隨后與Placido角膜地形圖相結(jié)合（Visante OMNI）用于生成角膜地形圖[24]。Viswanathan等[25]報道，與Visante OMNI相比，Pentacam在正常角膜和圓錐角膜中測量到更大的角膜曲率、厚度和高度值。最新的頻域OCT，Casia SS-1000 和Casia 2（Tomey，Nagoya，Japan），能夠采集以角膜頂點為中心的16個長10.0 mm、深6.0 mm的放射狀掃描圖，從而生成角膜曲率和厚度圖，在角膜散光評估中有良好的可重復性。Schr?der等[26]的研究發(fā)現(xiàn)，與TMS-5和Pentacam HR相比，Casia SS-1000可以相對降低由于對準失敗對可重復性的影響。

另外，IOLMaster 700（德國Carl Zeiss公司）是近些年臨床上廣泛使用的掃頻OCT生物測量設備，它測量PCA的能力最近剛剛發(fā)布，但尚未納入其輸出和界面選項。LaHood和Goggin[27]首次報道了IOLMaster 700對1 098例患者PCA的測量結(jié)果，并與其他設備的研究數(shù)據(jù)基本一致。

2 PCA在人群中的分布規(guī)律和臨床特征

2.1 PCA大小、軸位與年齡、性別的關(guān)系

表1 顯示了在納入眼數(shù)超過100 眼的已發(fā)表文獻中不同儀器設備對不同年齡健康人群PCA的統(tǒng)計結(jié)果。在總體人群中，PCA平均值約為0.30 D，其中超過0.50 D約占比6%～15%，且隨年齡增長的變化不大；PCA的軸位絕大多數(shù)為逆規(guī)，約占比77%～96%，隨年齡增長有輕度且緩慢（每10年約0.03～0.04 D）向順規(guī)飄移的趨勢[28-30]（見表1）。由于ACA的軸位隨年齡由順規(guī)向逆規(guī)飄移（每10年約0.36 D）而PCA卻變化相對較小[31]，導致PCA對ACA的補償作用隨年齡逐漸減小，少數(shù)甚至轉(zhuǎn)變?yōu)榀B加作用[32-33]。Feizi等[34]統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，在（30.0±5.9）歲的153人中，男性（0.33±0.15 D@88°）的PCA稍大于女性（0.28±0.11 D@88°）（P=0.041），ACA和TCA的性別差異無統(tǒng)計學意義。而Naeser等[29]對710人（20～88歲）的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，PCA的年齡相關(guān)性變化在不同性別間差異沒有統(tǒng)計學意義；但女性在20～50 歲間KCA和TCA約為順規(guī)0.80 D，到80 歲后向逆規(guī)方向衰減約-0.25 D，男性則從20歲以后持續(xù)由順規(guī)約1.50 D線性向逆規(guī)方向衰減約0.50 D。

2.2 PCA與ACA的關(guān)系及對TCA的影響

PCA與ACA的大小具有一定相關(guān)性且與ACA的軸位分布有關(guān)，其在ACA軸位為順規(guī)時（順規(guī)眼）呈強正相關(guān)，斜軸時（斜軸眼）呈弱正相關(guān)，而逆規(guī)時（逆規(guī)眼）則無統(tǒng)計學相關(guān)性。這種規(guī)律可能與角膜前后表面形態(tài)的一致性有關(guān)，一致性（順規(guī)眼最高，逆規(guī)眼最低）越高，PCA與ACA大小的相關(guān)性就越強。Savini等[44]對中高度角膜散光（KCA大于1.00 D）的157眼進行統(tǒng)計，PCA平均值高達0.54 D，其中超過0.50 D的比例高達55%。在多數(shù)人群中，由于ACA軸位通常為順規(guī)而PCA多為逆規(guī)，故PCA對ACA多數(shù)起到一定的補償作用，進而對TCA起到降低的作用；但由于個體差異及年齡的增長，在部分人群中則轉(zhuǎn)變?yōu)榀B加作用和提高作用[28，30，40，45]。

忽略對PCA的準確測量，可能會導致對TCA的估計在一定比例的眼中出現(xiàn)顯著偏差。通常，在順規(guī)眼中可能會造成TCA高估，而在逆規(guī)眼中則可能會造成低估。Ho等[36]的研究發(fā)現(xiàn)（493眼），KCA與TCA的矢量誤差質(zhì)心為0.28 D@87.2°，平均算術(shù)誤差絕對值為0.24±0.16 D（范圍為0.00～0.91 D），軸位出現(xiàn)（7.4±10.3）°（范圍為0.0～83.4°）的偏差，其中28.8%的眼誤差大小超過0.50 D或軸位超過10°。Shao等[30]對3769 眼的統(tǒng)計分析顯示與Ho等基本一致，同時還發(fā)現(xiàn)兩者的平均算術(shù)誤差隨著前表面陡峭軸由垂直向水平方向轉(zhuǎn)變而增大（r=0.670，P<0.001），矢量誤差在逆規(guī)眼中最大（0.34±0.20 D，15.67%超過0.50 D），其次是斜軸眼（0.28±0.18 D，12.26% 超過0.50 D）和順規(guī)眼（0.19±0.12 D），算術(shù)誤差（r=0.496，P<0.001）和矢量誤差（r=0.494，P<0.001）都隨年齡增長而逐漸增加。在高度近視眼（眼軸長度≥26 mm）中，以ACA估計TCA會造成相對更大比例的誤差（KCA與TCA矢量誤差≥0.5 D的患眼高達24.5%），在65.67%的順規(guī)眼造成高估（0.27±0.18 D），在88.10%的逆規(guī)眼中造成低估（0.41±0.30 D），在63.33%的斜軸眼中造成低估（0.22±0.10 D）[45-46]。

2.3 PCA與眼部其他參數(shù)的關(guān)系

2.3.1 PCA與測量直徑和范圍的關(guān)系 Fredriksson等[46]研究發(fā)現(xiàn)，在健康角膜中，以瞳孔為中心和以角膜頂點為中心3 mm直徑區(qū)域內(nèi)測量的PCA之間具有統(tǒng)計學差異（矢量質(zhì)心為0.04 D@10.91°），而在圓錐角膜中差異更大（0.15 D@20.1°）；以瞳孔為中心3 mm和以角膜頂點為中心6 mm直徑區(qū)域內(nèi)的測量結(jié)果在健康角膜中差異沒有統(tǒng)計學意義，而在圓錐角膜中的差異質(zhì)心矢量為0.17 D@119.5°。

表1.PCA在已發(fā)表文獻（眼數(shù)>100）中的統(tǒng)計結(jié)果Table 1.Published statistical results of PCA (sample size >100 eyes)

2.3.2 PCA與角膜高度和厚度的關(guān)系 掃頻OCT（Casia SS-1000）測量結(jié)果顯示，角膜旁中心厚度在垂直方向（546.0±31.8 μm）上大于水平方向（542.6±31.7 μm），差異具有統(tǒng)計學意義（P<0.0001），且與年齡呈正相關(guān)（r=0.518，P<0.0001）；Ueno等[47]認為該特征使得根據(jù)ACA估計的PCA比實際情況更偏逆規(guī)，且在老年人當中更為明顯。Feizi等[34]研究顯示，在153只健康眼中，ACA、PCA和TCA的大小與角膜前表面和后表面的最大高度都呈正相關(guān)（P<0.001），與中央、周邊和最薄點角膜厚度無相關(guān)性。

2.3.3 PCA與眼內(nèi)散光的關(guān)系 Feizi等[49]為32位白內(nèi)障摘除聯(lián)合非散光矯正型IOL植入眼配戴球面硬性角膜接觸鏡后進行顯然驗光，將其散光成分轉(zhuǎn)換至角膜平面作為眼內(nèi)散光與Pentacam測量的PCA進行回歸分析，結(jié)果兩者呈弱正相關(guān)（r=0.22，P=0.013）。

2.3.4 PCA與角膜像差的關(guān)系 Jiang等[41]對1 979 眼進行Pearson相關(guān)與回歸分析發(fā)現(xiàn)，PCA與角膜后表面低階像差呈正相關(guān)（r=0.172，P<0.001），在順規(guī)眼中更為明顯（r=0.265，P<0.001），而與角膜后表面高階像差僅呈弱正相關(guān)（r=0.033，P<0.001），忽略角膜后表面像差將在74.39%的眼中高估角膜總像差。Shao等[30]通過多元線性回歸分析發(fā)現(xiàn)，TCA與KCA的差異矢量隨著PCA及總高階像差的增大而增大（r=0.636，P<0.001）。景清荷等[45]的研究顯示，長眼軸（眼軸≥26 mm）人群中PCA與ACA、角膜前表面低階和總像差、角膜后表面低階、高階和總像差均呈正相關(guān)。

2.3.5 PCA與眼軸的關(guān)系 景清荷等[45]將高度近視組（眼軸≥26 mm，139眼）與對照組（眼軸20～25 mm，143眼）對比分析，ACA、PCA及TCA的平均大小和軸位分布均無統(tǒng)計學差異，但PCA的平均大小在對照組中的不同年齡亞組間差異具有統(tǒng)計學意義。

3 小結(jié)

PCA的準確測量在角膜總體散光評估中的作用不容忽視。忽略PCA或僅依靠角膜前表面信息對角膜總體散光進行估計會導致散光大小和軸位的偏差，進而影響后續(xù)屈光或白內(nèi)障等手術(shù)的規(guī)劃、預測和手術(shù)效果，最終影響患者的術(shù)后視覺質(zhì)量[50]。PCA的大小和軸位與人群屬性和多個眼部參數(shù)具有一定的相關(guān)性。PCA的測量設備和方法經(jīng)過近二十余年的發(fā)展和演變，逐漸趨于合理和精確，但其一致性、穩(wěn)定性和可重復性仍不能完全滿足臨床需求，有待于進一步探討和提高。熟悉PCA的評估方法、分布規(guī)律和臨床特征，對臨床工作的個性化實施和科研工作的合理開展都具有重要的指導意義。

利益沖突申明本研究無任何利益沖突

作者貢獻聲明蔣元豐：選題、檢索和查閱文獻；對資料進行分析和解釋；撰寫和修改文章中關(guān)鍵性內(nèi)容。秦魯寧：查閱資料，參與選題及資料的分析和解釋。張紅：參與選題和設計，對文章內(nèi)容的指導。田芳：參與選題和設計，對文章內(nèi)容進行指導、審閱和修改