角膜地形图
角膜除了维持眼球形态外,也是人眼屈光系统的重要组成部分，有着重要屈光作用,角膜屈光力占眼球总屈光力的3/4以上,角膜前表面则是角膜产生屈光作用的主要部分,因此角膜前表面的曲率成了临床上一个重要的指标,其微小改变将明显影响眼的屈光状态。角膜表面是不对称非球面形,即角膜曲率半径从中央到周边发生改变随着角膜屈光手术的发明和开展,角膜接触镜的普及以及90年代末角膜塑型术的盛行,对角膜曲率及其形态的测量和分析成了眼科学和视光学必不可少的检测项目。
角膜地形图克服了角膜塑形镜、角膜曲率计等的缺点,结合 Placido盘和计算机的功能,用视频摄像机接收角膜像,并由该图像信息转化为数字信息后重建原角膜表面形状,得到的角膜形状用颜色编码得到彩色图形,即角膜地形图。
1.角膜地形图仪一般由三部分组成
(1) Placido盘投射系统:将16~34个同心圆环均匀地投射到从中央到周边的角膜表面上,使整个角膜均处于投射分析范围之内;
(2)实时图像监测系统:可以通过实时图像监测系统对投射到角膜表面的环形映像进行实时观察、监测和调整,在角膜图像处于最佳状态时进行摄影、储存以备分析。
(3)计算机图像处理系统:应用已设定的公式和程序对储存的图像进行数字化计算和分析,确定角膜表面的形态和大小,再将分析数据用不同的彩色图像显示在荧光屏上(角膜地形图),同时显示数字化的角膜屈光力图。
2.计算机辅助角膜地形分析系统的特点
(1)获取信息量大:角膜曲率计仅能测量角膜总面积的8%,角膜镜最多测量70%，而角膜地形图的观测范围几乎覆盖整个角膜面95%以上,数据点密度可高达34环,每环256个点计入处理系统，所以整个角膜就有7000~8000个数据点进入分析系统。
(2)精确度高:常规的角膜曲率计只能测出角膜表面大约相距3.00mm两点之间的平均角膜曲率半径值,而角膜地形图对角膜表面8.0mm范围内精确度达0-0.07D,一般分析系统均可达
0.25D。
(3)易于建立数学模型:由于采用光栅摄影测量学技术,以相对和绝对高度标志的球面减数图以及角膜子午线曲率标志图,用高度点而非曲率来解释角膜表面的变化,故易于建立数学模型。
(4)与角膜曲率计比较:可以对上皮缺损、溃疡及瘢痕的角膜进行检查受角膜病变影响小。
(5)其他:直觉性强,不同曲率采用不同颜色:暖色代表屈光力强的部位,冷色代表屈光力弱的部位,十分直观醒目。
但此系统也不是完美无缺,仍存在不足之处:价格较昂贵;对周边角膜欠敏感;当非球面成分增加则准确性降低;易受眼眶高度及眼球内陷程度的影响;检查参数过多时耗时较多。
3.角膜地形图检查方法
输入受检者资料,调整受检者座位顺托,摄像时头部要居中并且聚焦良好。要求有完整的泪膜,嘱瞬目数次使泪液均匀分布在角膜表面,泪液过多会在角膜下方堆积,地形图上表现为下方局部变陡;角膜干燥,泪膜不完整会形成局部变扁,此时应反复眨眼或滴用人工泪液。注视靶环尽量睁大眼睛,使角膜上下方尽可能多地被环影覆盖(正常角膜覆盖上方角膜缘1-2mm),上睑下垂、老年性上睑松弛病人应用手牵拉眼睑,禁忌压迫眼球或过度牵拉眼球。上下或左右调节 Placido盘投射系统,使其聚集投射环清晰成像,按下开关,进行摄像。
4.角膜地形的区域划分
常将角膜划分为中央区、旁中央区、周边区和角膜缘区4个同心圆区域。中央区即角膜中央直径4mm正对瞳孔区,习惯称为光学区,具有最大和恒定的曲率,近似球形,曲率的变化范围一般小于0.25D;旁中央区为角膜中央区旁4-7mm直径的环形区,为中央区和周边区的过渡带,较中央区平坦;周边区为角膜直径7~11mm的环形区,是角膜与角膜缘相接的地区,此区曲率较中央区明显降低且为非对称形态,正常角膜此处最平坦,角膜缘区紧邻巩膜,宽约0.5mm环形区,常被角膜缘血管弓所覆盖。
角膜子午线是通过角膜中心两端达角膜缘的直线。左右眼角膜均从3点钟方位开始按逆时针方向划分为0-180°子午线,角膜子午线用来表示角膜上屈光力的方向,也称“角膜散光子午线”,角膜规则散光的轴向是使用子午线轴位来表示的，在定定位散光的时候,柱镜轴与角膜散光子午线相差90°,互相垂直。自于子午线通过角膜中心达两端的角膜边缘,使用时不能分辨相差180°的两个点,需要建立以角膜中心为原点360的坐标系,以半径所指方向来描述,后者称为半子午线。极坐标:即用半子午线及距角膜中心的距离来标明角膜上某一点位置的方法。
5.角膜地形图上色彩(尺度)的含义
角膜地形图的尺度有多种,临床应用最广泛的要数绝对尺度、相对尺度和调整尺度。
在角膜地形图左侧有一个彩色条形图标称为色彩尺度，每一种颜色代表对应一定的角膜屈光力值。一般红色和近红色(红、橙、黄)表示角膜曲率陡峭(屈光力强)的区域,蓝色或浅蓝色表示角膜曲率平坦(屈光力弱)的区域,中间色为绿色。每个相邻颜色(彩阶)的屈光度差值是相等的。差值的大小常用绝对尺度及相对尺度来描述角膜形态的颜色变化。前者上下范围太宽,不能显示角膜微小屈光改变。后者采用1/2D色彩级差,被临床所应用。
(1)绝对尺度:范围从35D到52D,每个相邻级阶的屈光度差值是1/2D,在临床应用时,1/2D的色彩级阶已足够用来发现那些影响到视力的角膜地形异常,所以称为绝对尺度或国际标准尺度。绝对尺度反映了正常人群中角膜中央曲率值的正态分布,绝大多数角膜中央屈光力集中在绝对尺度的中间即平均值为43.5D。绝对尺度的优点就是固定了色彩和屈光度之间的相应关系,不同的地形图可以比较,这样可以有效地监视随着时间变化图形的变化,或者监视手术前图形的改变。
(2)相对尺度:对某一具体的角膜地形图,从屈光力最强的暖色(红色)至屈光力最弱的冷色(深蓝)之间常被分为15个级阶,每个级阶代表一定的屈光度,每个相邻级阶的屈光度差值是相等的,计算机软件计算出角膜的平均屈光力并用绿色表示。也有的相对尺度将曲率分为14个级别,或者等级间距可以为0.25、0.50和1D变化。
(3)调整尺度:在实际应用时,使用者可根据需要来调整色彩级的差值。如增大相邻级阶的屈光度差值有利于发现较大的病变,如果将色彩级阶差值缩小,也就增加了敏感度和分辨力,可以发现微小的角膜地形改变或用于角膜屈光力超越绝对尺度范围的情况。但是如果差值太小,等级越多产生的信息越复杂,可能把没有临床意义的角膜变化当作病变。对于圆锥角膜如果相邻级阶的差值太小,会使得有些区域的屈光力超出了标准刻度范围。
6.角膜地形图奉数分析
(1)角膜表面规则性指数:是反映角膜瞳孔区4.5mm范围内表面规则性的一个参数。即对256条径线上屈光力的分布频率进行评价,仅选择中央10个环,若3个相邻环所在角膜的屈光度不规则(既非逐渐增加、降低或保持不变),则屈光作为正值进入总和运算。正常值:国外为0.05士0.03,国内为0.2±0.2.
(2)角膜表面非对称性指数（SAI）：对分布于角膜中央区128条相等距离的经线上相隔180°的对应点的屈光力差值的总和:国外为0.2±0.01,国内为0.3±0.1,理论上一个完美的球面及任何屈光力对称的表面,SAI应为零。而高度不对称的角膜(如临床表现较明显的圆锥角膜),其SAI可达5.0以上。
(3)模拟角膜镜读数:指角膜镜影像第6、7、8环的平均最大屈光力读数和轴位及与其相垂直轴位的平均屈光度。正常值:43.2±1.3.
(4)潜视力:是根据角膜地形图反映的角膜表面性状所推测出的预测性角膜视力,此值在区分角膜疾病或者晶状体疾病中有重要作用。
(5)最小角膜镜读数：指角膜镜影像第6、7、8环的平均最小屈光力的读数及所在的轴位。
(6)非球性参数Q:正常角膜Q值为-0.26,负值越大，说明角膜向周边越趋于扁平,Q值是12个参数中惟一描述瞳孔区直径4.5mm而非3mm范围内角膜特性的参数。
(7)规则散光( reg astig):即能被等值球镜中和的散光度数和经线。
7.正常角膜地形图的常见类型及其表现
从角膜地形图上可以看出:正常角膜其表面为非球性,中央一般均较陡峭,向周边则逐渐变扁平,多数角膜大致变平约4.0D,鼻侧角膜屈光度常低于颞侧角膜，周边通常为非对称球形;不同个体角膜地形图常常彼此互不相同,对于同一个体,其角膜地形图时常相似,具有高度的反型对称性，若将两眼的角膜地形图对映相贴,则两者的散光子午线对映吻合。
一般可将正常角膜的角膜地形图分为以下五种:①圆型:占22.6%,角膜屈光度分布均匀,从中央到周边呈逐渐递减性改变,近似球形。②椭圆型:占20.8%,角膜中央屈光度分布较均匀,但周边部存在对称性不均匀屈光力分布,近似椭圆形,表明有周边部散光,常规检查手段不能发现。③对称领结型:占17.5%,角膜屈光度分布呈对称领结形,提示存在对称性角膜散光,领结所在子午线上的角膜屈光力最强(地形图中为红色)。④非对称领结型:占32.1%角膜屈光度，分布呈非对称领结形,提示存在非对称性角膜散光。…不规则型:占7.1%,角膜屈光度分布不规则,提示角膜表面形状欠佳,为不规则几何图形。在此类型可能是由于泪液膜异常、摄像时聚焦不准确或病人偏中心注视等现象造成。
8.角膜地形图的临床应用准分子激光屈光性角膜手术前方案的设计:角膜地形图检查是术前最关键的手术参考资料。对临床期和亚临床期圆锥角膜的筛选,对于手术方案的设计与确定,手术结果的预测及手术的成功均具有重要的参考价值。准确反映整个角膜的屈光状态角膜的散光及其轴位;了解角膜屈折力,有助于手术区域及手术量的确定;特殊情况下需要设计角膜地形图引导的个体化屈光手术。
(1)准分子激光屈光性角膜手术前早期圆锥角膜的筛选:圆锥角膜是一种先天性角膜发育异常,表现为角膜中央或旁中央非炎症性进行性变薄并向前呈圆锥状突出。部分具有家族史,为常染色体隐性遗传性疾病;多在青春期发病,缓慢发展,多为双侧性,可先后发生或双眼程度不一。圆锥角膜是角膜屈光手术的禁忌症,是角膜接触镜,角膜移植的适应症。
圆锥角膜早期仅表现为近视及散光,矫正视力较理想,无明显裂隙灯所见,随着病情发展,角膜锥状膨隆逐渐加重而导致近视及散光程度逐渐加深,且角膜不规则散光成分逐渐增加,矫正视力下降。以往对圆锥角膜的诊断,主要依靠裂隙灯等常规检查,临床上典型的裂隙灯表现为vogt线、 Fleisher环和角膜瘢痕等。如果出现以上这些类型的临床症状及体征,其诊断较容易,但是对于较早期的亚临床期圆锥角膜:无症状,矫正视力较好,无明显裂隙灯所见,此时的诊断较困难,需要借助角膜地形图仪。对角膜屈光性手术这一特定人群进行圆锥角膜的严格筛选,可以避免对亚临床期圆锥形角膜或异常角膜实施角膜屈光手术而提高手术的预测性。
①典型圆锥角膜的角膜地形图形态表现:局部区域变陡峭局限性的圆锥;从圆锥的形状表现可以划分为圆形、椭圆形和8字形(多为非对称性);圆锥的顶点多偏离视轴中心,且其陡峭的区城以下方或颞下较为多见;主要分为圆锥向角膜缘方向变陡峭的周边型和角膜中央变陡峭的中央型。
②后部型圆锥角膜:后部圆锥角膜较少见,常为单眼(占61%)。临床上分两型,一型是完全型,也称静止型。在整个角膜后表面都有不同程度的弯曲度加大,而角膜前表面弯曲度正常,可能与先天异常有关。二型是局限型,在角膜后表面局限性变薄,前表面完全正常,这一型较常见,可能是由于后弹力膜和内皮受损所致。其典型表现后表面弯曲度加大,呈其顶端常偏离中心,而角膜前表面弯曲度正常,后弹力膜破裂较多。没有 Fleischer环。用平面镜检影时出现“剪刀状”阴影。后部型圆锥角膜与前部型的主要鉴别在于前部型角膜后表面的弯曲度加大,前表面的弯曲度正常,而前部型角膜前后表面的弯曲度均有变化。
③假性圆锥角膜:是指由于机械性外力的压迫或人为因素的影响,角膜地形图的表现类似于圆锥角膜。最常见的因素是配戴角膜接触镜(尤其是硬性角膜接触镜),接触镜的直接压迫作用和较低的氧分压引起角膜曲率的改变。典型的角膜地形图改变为:中央不规则散光;散光轴向改变;放射状不对称改变;与正常角膜相反,中央角膜相对扁平,接触镜经常停留处的角膜相对扁平:接触镜边缘外的角膜相对变陡,双眼的角膜地形图可呈现镜影对称的现象,无角膜厚度变薄和圆锥角膜的其他体征。软性接触配戴者脱镜几天后可恢复,戴硬性接触镜需脱镜后1-2周,有时甚至5个月或更长时间。
④早期圆锥角膜的角膜地形图主要特征:角膜中央屈光度大;下方角膜较上方角膜明显变陡;同一个体双眼角膜中央屈光度差值大。
早期圆锥角膜的诊断并不能以某个单一指标为依据,而应该以多指标为参考,其角膜地形图筛选标准:角膜中央的屈光力≥47.00D;同一病人两眼角膜中央屈光力的差值≥2.50D；I-S值(角膜下方与上方平均屈光差值) ≥1.00D;Sim K的差值≥4.50D;最大一环与最小一环平均团光力的差值≥4.5D。如果其中任何两项或两项以上发现异常,就应视为可疑而定期随访,一旦有进行性发展,则圆锥角膜的诊断可以成立。
(2)准分子激光屈光性角膜手术后的随访观察和效果评价:大致可以将角膜屈光术后角膜地形图分为下列类型:
①中央均匀型:中心切削区呈同心圆状均匀一致对称变平坦，屈光度呈阶梯状递变减少。此型的裸眼视力最好。
②领结型:角膜切削区仍有领结型改变,表明术后仍存在角膜散光。
③半环型:切削区呈半环形,即在切削区的周边有大于1mm宽的区城并且<180°范围,屈光度较其他区域小1D以上。
④钥匙洞型:切削区呈钥匙洞型,即在切削区的周边大于1mm宽的区城,范围>180°,屈光度较其他区小1D以上。
…不规则型:即一子午线上与光区中心相距>0.5mm时屈光度>0.5D,相距>1.0mm时屈光>1.0D,与其他类型的不符。切削区图形不规则,各象限屈光度有差异,且无规律可循。
⑥中央岛型:中央区呈岛屿状,出现范围>1mm区域,角膜屈光度大于邻近组织1D以上,不延伸到周边区,此型病人会出现视物有重影、眩光,视力及最佳矫正视力下降。其原因有:激光束能量不均,光斑的质量差导致不规则切削;角膜中央较周边薄,其水化作用高于周边部,所以中央切削率低于周边组织;外在水化作用,如切削区泪液分布可削弱激光束的能量,导致切削偏浅;激光波震荡作用冲击角膜液体向中心流动,中央切削较浅:在激光切削过程中角膜组织被气化形成中央气流,笼罩激光束使其中心能量衰减;术者的经验不定。
‡偏心切削:最理想的切削中心位置是与瞳孔中心重合,但临床上常出现两中心的偏离,造成偏心切削的原因有:病人术中注视不良,如高度近视切削深时间长,角膜基质产生“磨砂玻璃”样改变其透明性下降影响术者中心对位和术眼的注视:手术者的技术;强光下瞳孔向鼻上方轻微移位。手术允许的偏心程度是小于0.5mm,此时不影响手术预后。
ˆ中央切削区城的大小:即在角膜地形图上从中央最平坦的屈光力值至变陡增加1.5D的范围区域的直径大小。若中央切削区域<4.5mm则可能出现术后对比敏感度下降,有明显的眩光和夜间视力下降现象,而中央切削区域>5mm时一般无前面的现象发生。
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