Pentacam三維眼前節(jié)分析儀在眼科臨床中的應(yīng)用

焦一典，閆 志，牛 雨 綜述 趙海霞 審校

三維眼前節(jié)分析儀(Pentacam)是具有旋轉(zhuǎn)式Scheimpflug攝像系統(tǒng)的眼前節(jié)分析儀，通過旋轉(zhuǎn)式測量程序生成三維Scheimpflug圖像，描繪并計算角膜緣之間整個眼前節(jié)和后房表面的角膜地形圖和角膜厚度，評估角膜前表面到晶狀體后表面的眼前段。目前，Pentacam在診斷眼前節(jié)疾病方面有著重要地位。臨床上Pentacam可廣泛應(yīng)用于屈光手術(shù)術(shù)前圓錐角膜(keratoconus,KC)的篩查，并精確監(jiān)測術(shù)后角膜形態(tài)的變化，依照眼前節(jié)參數(shù)進行角膜塑形鏡(orthokeratology, OK)的驗配、白內(nèi)障植入人工晶狀體(intraocular lens,IOL)的優(yōu)選以及角膜移植等手術(shù)方案的制定。隨著Pentacam設(shè)備的更新，Pentacam HR和Pentacam AXL等新型設(shè)備在眼科臨床中應(yīng)用的越來越廣泛，然而，對其了解尚不全面。因此，該文詳細總結(jié)了Pentacam的發(fā)展及其在眼科的臨床應(yīng)用。

1 Pentacam的發(fā)展和原理

角膜地形圖起源于17世紀(jì)，葡萄牙眼科學(xué)家António發(fā)明了一種評估角膜形狀手持設(shè)備，該裝置的中心開口處繪制了同心黑白圓圈，患者被置于光線充足的環(huán)境，然后在距離角膜15 cm處進行檢查[1]。如今，大多數(shù)角膜地形圖設(shè)備配備了Placido環(huán)和圖像配準(zhǔn)系統(tǒng)(視頻角膜鏡)。隨著光學(xué)設(shè)備不斷更新，計算機斷層掃描系統(tǒng)應(yīng)運而生，此技術(shù)具有掃描快速、圖像清晰等優(yōu)勢。目前，應(yīng)用斷層掃描技術(shù)的眼前節(jié)設(shè)備包括OrbScanIIz(Baushe& Lomb,美國)、Scheimpflug相機和基于眼前節(jié)光學(xué)相關(guān)斷層掃描技術(shù)(optical coherence tomography,OCT)的設(shè)備。Scheimpflug相機成像是目前最常用的眼前段斷層掃描方法之一，能夠測量光軸上的色散，進而檢測透鏡透明度隨時間的變化。Scheimpflug相機設(shè)備包括Pentacam(Pentacam HR和Pentacam AXL,Oculus, Wetzlar,德國)、Galilei(ZiemerOphthalous Systems AG,瑞士)和Sirius(CSO,Firenze,意大利)。Pentacam基于Scheimpflug攝像原理，以二極管發(fā)出的藍光為光源，通過攝像頭在光軸方向?qū)ρ劬M行全面捕捉，可在2 s內(nèi)拍攝50張圖像，并獲取 25 000 個測量點，以提供從角膜前表面到晶狀體的圖像信息，這些圖像數(shù)據(jù)經(jīng)內(nèi)部軟件處理后實現(xiàn)眼前段的三維重建。Pentacam HR的精確度較Pentacam更高，在原有的基礎(chǔ)上對視軸設(shè)計進行了改良，裝備了1.45 MB高分辨率的Scheimpflug相機，能夠在2 s內(nèi)精準(zhǔn)拍攝50張圖像，并將最大測量點提升至13.8萬個[2]。Pentacam AXL 是一種具有Pentacam HR功能和部分相干干涉(partial co-herence interferometry,PCI)的新穎生物測量設(shè)備，可基于PCI原理對眼軸長度進行測量[3]。另外，Pentacam能夠?qū)ρ矍肮?jié)任何點進行手動測量，重建角膜厚度圖，并提高角膜擴張檢測的敏感性和特異性[4]。

2 Pentacam在眼科臨床中的應(yīng)用

2.1 Pentacam在屈光手術(shù)中的應(yīng)用屈光手術(shù)包括角膜屈光手術(shù)和人工晶狀體(implantable collamer lens, ICL)植入術(shù)。角膜屈光手術(shù)是通過準(zhǔn)分子激光或飛秒激光切削中央角膜厚度，改變角膜前表面曲率，從而達到矯正近視的效果。ICL植入術(shù)與角膜屈光手術(shù)原理不同，它是一種將ICL植入眼內(nèi)的微創(chuàng)手術(shù)，可達到與角膜屈光手術(shù)同樣的效果，但對角膜無實質(zhì)性損傷。角膜屈光手術(shù)分為表層角膜屈光手術(shù)，板層角膜屈光手術(shù)以及飛秒激光角膜基質(zhì)透鏡切除術(shù)(small incision lenticule extraction, SMILE)。隨著屈光手術(shù)的發(fā)展，其良好的安全性、有效性和準(zhǔn)確性得到業(yè)界的廣泛認可，越來越多的患者選擇通過手術(shù)的方式來改善視力。因此，屈光手術(shù)患者術(shù)前的檢查和術(shù)后治療效果的評估至關(guān)重要。Pentacam引導(dǎo)的屈光手術(shù)主要基于角膜前表面的形態(tài)和角膜地形圖的切削曲線等信息，其結(jié)果不受環(huán)境、瞳孔直徑等因素的影響[5]。隨著光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，Pentacam提高了屈光手術(shù)術(shù)前篩選KC和持續(xù)監(jiān)控角膜細微變化的能力，并能對術(shù)后治療效果做出系統(tǒng)的評價。

2.1.1屈光手術(shù)術(shù)前檢查與角膜中央厚度測量 醫(yī)源性角膜擴張和KC是屈光手術(shù)術(shù)后最嚴(yán)重的并發(fā)癥，術(shù)前篩查是有效預(yù)防的關(guān)鍵。盡管當(dāng)前角膜成像技術(shù)取得了長足的進步，但術(shù)后KC的發(fā)生率仍居高不下。因此，需要更為明確的篩查指標(biāo)，以便診斷早期KC和其他角膜疾病。Pentacam生成的 Belin/Ambrosio 增強型擴張圖(BAD)整合了包括角膜前后高度、厚度及最佳擬合球體的參考表面等視圖，并將數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫進行比較，提供預(yù)測角膜擴張性疾病所需的總體“D”值，有助于KC的診斷。研究[6]顯示，角膜擴張綜合偏差分析指數(shù)(BAD-D)是檢測亞臨床和臨床圓錐角膜最有效的指標(biāo)，可通過識別早期亞臨床圓錐角膜，快速、準(zhǔn)確地篩查潛在的屈光手術(shù)患者。Zaabaab et al[7]使用Pentacam斷層掃描評估并比較了與KC相關(guān)的18 個眼前節(jié)參數(shù)曲線下面積(AUROC)，結(jié)果顯示Pentacam在鑒別KC方面表現(xiàn)優(yōu)異(檢出率= 0.9～1.0)。

臨床上，眼科醫(yī)師依據(jù)Pentacam測量角膜水平直徑 (white-to-white distance，WTW) 、中央角膜曲率、中央角膜厚度(central corneal thickness,CCT)、水平前房角距離(angle-to-angle, ATA)、前房內(nèi)角(internal anterior chamber, ACQ)和晶狀體矢高(crystalline lens rise, CLR)等生物力學(xué)參數(shù)，以此來選擇最佳的屈光手術(shù)方式和相匹配的ICL[8]。ICL術(shù)后最具威脅的并發(fā)癥是內(nèi)皮細胞的快速丟失，這一風(fēng)險與前房深度呈負相關(guān)，因此術(shù)前前房形態(tài)的評估對ICL植入的位置至關(guān)重要。拱頂是晶狀體前表面與ICL之間的距離，不適宜的ICL將導(dǎo)致次優(yōu)的拱頂，其與許多術(shù)后視覺上的并發(fā)癥有關(guān)，因此提高ICL植入后拱頂?shù)目深A(yù)測性可改善術(shù)后視覺質(zhì)量。拱頂對ICL植入術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生息息相關(guān)，一方面，拱頂值過小可增加前囊下白內(nèi)障的風(fēng)險[9]；另一方面，拱頂過大會導(dǎo)致瞳孔阻塞或前房角關(guān)閉，從而增加繼發(fā)性青光眼的風(fēng)險[10]。有研究[11]報道，超聲生物顯微鏡(ultrasound biomicroscopy, UBM)能夠直接測量睫狀溝水平間距(sulcus-to-sulcus,STS)，但對于水平WTW和STS的測量一致性較差(P<0.05)。然而，Scheimpflug成像設(shè)備與UBM相比，在測量水平WTW和STS方面的精度相對較高。

CCT不僅是評價角膜新陳代謝和水合狀態(tài)的指標(biāo)，而且是輔助診斷KC和 Fuchs 營養(yǎng)不良的重要參數(shù)。屈光手術(shù)術(shù)后角膜剩余基底床厚度的減少是導(dǎo)致醫(yī)源性角膜擴張的重要因素。因此，精準(zhǔn)測量手術(shù)前后的CCT至關(guān)重要。臨床上廣泛應(yīng)用Pentacam測量角膜厚度，Biswas et al[12]對比了Pentacam HR、掃描源光學(xué)相干斷層掃描 (Casia SS-1000) 、超聲和Placido-Scheimpflug斷層掃描 (Topographic Modeling System, version 5) 測量CCT的一致性和可重復(fù)性，結(jié)果顯示Pentacam和超聲的平均 CCT 測量值差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.13)。

2.1.2屈光手術(shù)術(shù)后效果及二次手術(shù)評估 屈光手術(shù)術(shù)后常見的并發(fā)癥包括KC、屈光回退等，而通過Pentacam進行術(shù)前精準(zhǔn)檢查可減少術(shù)后KC和屈光回退的發(fā)生。屈光手術(shù)作為可預(yù)測性的治療方式，可以提高視力，亦可影響視覺質(zhì)量，其中主要與術(shù)后高階像差(higher order aberrations, HOA)的升高有關(guān)。目前，大量研究利用Pentacam對不同術(shù)式的屈光手術(shù)術(shù)后視覺質(zhì)量進行了評估，并探討了影響術(shù)后遠期屈光效果的因素。Ye et al[13]通過Pentacam測量并比較了準(zhǔn)分子激光原位角膜磨削術(shù)(laser in situ keratomileusis, LASIK)、波前引導(dǎo)的虹膜配準(zhǔn)LASIK(WF-LASIK)、飛秒激光原位角膜磨鑲術(shù)(femtosecond assisted laser in situ keratomileusis, FS-LASIK)和SMILE術(shù)前及術(shù)后 6 個月HOA的變化，結(jié)果顯示，與 LASIK 和 FS-LASIK 相比，SMILE 和 WF-LASIK能誘導(dǎo)更少的總HOA。屈光手術(shù)術(shù)后角膜表面形態(tài)的改變、傷口的過度修復(fù)以及術(shù)中操作和設(shè)備帶來的問題，可導(dǎo)致諸如上皮內(nèi)生、不規(guī)則散光和角膜擴張等并發(fā)癥，這些并發(fā)癥可造成術(shù)后視覺質(zhì)量下降等更為嚴(yán)重的問題，因此部分患者需要接受二次手術(shù)。Pentacam可測量二次手術(shù)術(shù)前患者角膜屈光力、角膜厚度，同時還能預(yù)估切削厚度和程度，為制定手術(shù)方案做出比較全面準(zhǔn)確的判斷。另外，Pentacam還可以評估LASIK 擴張術(shù)后角膜內(nèi)植入KeraRing片段后的角膜前后地形圖和生物力學(xué)結(jié)果，顯著改善眼球表面屈光度，并實現(xiàn)可預(yù)測的散光矯正[14]。

2.2 Pentacam在角膜塑形鏡驗配中的應(yīng)用截止目前，全球近視患病人數(shù)接近20億人(占全球人口的28.3%)，其中高度近視人群接近14%[15]。控制與延緩近視發(fā)展的措施主要包括：光學(xué)干預(yù)、藥物干預(yù)與手術(shù)治療。而光學(xué)干預(yù)中OK鏡的效果似乎更佳，研究顯示，OK鏡對于近視進展程度的控制達到了25%～79%，顯著高于框架眼鏡(3%～34%)[16]。角膜地形圖是OK鏡驗配過程中至關(guān)重要的一項檢測，可以指導(dǎo)鏡片的選擇，評估鏡片的塑形效果，同時推測鏡片夜間佩戴的位置。目前，臨床上最常應(yīng)用Pentacam測量角膜生物學(xué)參數(shù)，包括角膜中央K值及e值，并采用經(jīng)驗法進行鏡片驗配。Queirós et al[17]利用Pentacam評估了62例來自新加坡的近視兒童佩戴OK鏡12 個月后屈光度和角膜生物學(xué)參數(shù)的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在12 個月的角膜塑形鏡治療期間，兒童眼軸長度顯著增加[(0.11±0.18)mm,P<0.001]，而屈光度保持穩(wěn)定。另外，Pentacam還可以探討OK鏡治療后角膜透明度的變化以及視覺質(zhì)量。丁雯芝 等[18]通過對比患者佩戴OK鏡后第 1 天、第 1 周和第 1、3、6 、12 個月Pentacam測量的角膜光密度值發(fā)現(xiàn)，角膜前、中、后層光密度值前期呈下降趨勢，6個月和12個月均顯著增加(前層：7.143和6.177；中層：7.508和6.563；后層：6.722和8.533；P<0.01)。任美俠 等[19]利用Pentacam三維眼前節(jié)分析系統(tǒng)測量了角膜最薄點中心3 mm區(qū)域前后表面曲率半徑(ARC和PRC)、角膜最薄點厚度(THP)和BAD-D，以分析長期配戴OK鏡對角膜形態(tài)、角膜生物力學(xué)以及客觀視覺質(zhì)量的影響。結(jié)果顯示，與配戴前相比，配戴OK鏡后ARC增高、THP降低、BAD-D增高(P<0.05)。表明長期配戴OK鏡可改變角膜前表面形態(tài)，而對角膜生物力學(xué)無明顯影響。

2.3 Pentacam在白內(nèi)障中的應(yīng)用白內(nèi)障是最常見的致盲性眼病，是世界各個地區(qū)視力障礙的主要原因。晶狀體混濁分類系統(tǒng)III(LOCSIII)是一種評估白內(nèi)障患者晶狀體形態(tài)和混濁程度的主觀方法。客觀精確地測量晶狀體密度對于評估可能出現(xiàn)的術(shù)中風(fēng)險以及優(yōu)化治療方案具有重要意義。術(shù)中超聲乳化的能量可以通過術(shù)前晶狀體密度的測量來估計，進而推斷出術(shù)后的角膜狀況。白內(nèi)障術(shù)后視覺質(zhì)量受到多種因素的影響，如眼部參數(shù)[角膜曲率(K)、AL、WTW和晶狀體厚度]、IOL計算公式的選擇以及IOL植入的位置等[20]。Pentacam可準(zhǔn)確計算白內(nèi)障患者IOL度數(shù)，評估白內(nèi)障進展程度和術(shù)后視覺質(zhì)量，同時還可檢測IOL植入的位置。晶狀體核密度的測量在白內(nèi)障手術(shù)前尤為重要，Gupta et al[21]研究發(fā)現(xiàn)，Pentacam評估的晶狀體核密度與 LOCSIII 分級之間存在很強的關(guān)聯(lián)性，并且在測量晶狀體皮質(zhì)和核密度上具有更好的重復(fù)性。判斷白內(nèi)障手術(shù)成功的依據(jù)主要取決于術(shù)后屈光狀態(tài)，因此術(shù)前精確計算IOL屈光度對白內(nèi)障手術(shù)至關(guān)重要。研究[22]顯示，Pentacam AXL測量的角膜曲率相比IOL Master 500更為平坦，并且能夠提供更精確的AL、K 和 WTW 測量值。IOL位置的穩(wěn)定是評估白內(nèi)障術(shù)后視覺功能的關(guān)鍵，而前房深度(anterior chamber depth, ACD)是反映IOL 有效軸向位置的關(guān)鍵指標(biāo)，Pentacam同樣可實現(xiàn)ACD的精準(zhǔn)測量，從而有效避免白內(nèi)障術(shù)后出現(xiàn)的近視或遠視移位誤差。

2.4 Pentacam在角膜移植中的應(yīng)用角膜性失明是可逆性失明的主要原因之一，可以通過移植健康供體的角膜來控制。隨著術(shù)前檢查設(shè)備，如OCT、UBM和Pentacam的發(fā)展，角膜移植手術(shù)的成功率逐漸提高。角膜厚度(corneal thickness,CT)的變化可以作為預(yù)測術(shù)后移植角膜存活率的指標(biāo)，反映角膜移植術(shù)后內(nèi)皮功能障礙的早期變化。Verdier et al[23]納入了81例Fuchs內(nèi)皮性角膜營養(yǎng)不良患者，并利用Pentacam測量其行角膜內(nèi)皮細胞移植術(shù)前后的角膜厚度，結(jié)果顯示，在距角膜中心6 mm處，95%的觀察對象前后測量的CT值差異低于17 mm，證實了Pentacam測量CT的高度重復(fù)性。然而，有研究認為Pentacam在角膜移植術(shù)后中央角膜厚度的測量上重復(fù)性較低。Szalai et al[24]對移植患者進行了眼前節(jié)的評估，發(fā)現(xiàn)與Pentacam相比，SS-OCT 提供了更好的可靠性和可重復(fù)性。角膜移植術(shù)的成功不僅與移植角膜的透明度有關(guān)，術(shù)后還需要評估患者的視覺質(zhì)量。Heinzelmann et al[25]使用Pentacam測量了患者術(shù)后移植角膜和宿主角膜之間界面區(qū)域的反射率和最佳矯正視力，結(jié)果顯示使用Pentacam可獲得更高的視覺質(zhì)量。

3 展望

Pentacam在眼科臨床中可應(yīng)用于屈光手術(shù)、OK鏡、白內(nèi)障、角膜移植等領(lǐng)域，尤其在屈光手術(shù)中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。其可依據(jù)測量的角膜形態(tài)篩選適合行屈光手術(shù)的患者、評估術(shù)后效果及視覺質(zhì)量。隨著Pentacam設(shè)備衍生新技術(shù)，Pentacam HR和Pentacam AXL等新型設(shè)備與其他測量設(shè)備相比存在很多優(yōu)勢。如與UBM相比，Pentacam在測量水平WTW和STS方面的精度相對較高。另外，PentacamHR與掃描源光學(xué)相干斷層掃描和Placido-Scheimpflug斷層掃描相比，在測量CCT水平上同樣表現(xiàn)出更穩(wěn)定的結(jié)果輸出。雖然Pentacam在眼前節(jié)測量上優(yōu)勢明顯，但是仍存在許多不足之處，如Pentacam在測量角膜移植物厚度上表現(xiàn)出較低的重復(fù)性。因此，Pentacam要真正實現(xiàn)對眼前節(jié)參數(shù)的精準(zhǔn)測量依舊任重道遠。