转载尖峰眼科之三维眼前节分析诊断系统

尖峰眼科之三维眼前节分析诊断系统——Sirius在角膜屈光手术中的应用part1常征

在我国，以角膜屈光手术为例，每年有近百万屈光不正患者接受该手术，因此眼前节分析已经成为临床、尤其是角膜屈光手术必不可少的检查和分析工具。感谢常征老师给我们分享的大课！

各位尖峰同学，大家晚上好！我今天的发言内容是：三维眼前节分析诊断系统——Sirius在角膜屈光手术中的应用，有疏漏之处，敬请大家谅解与指正。

角膜地形图检查是眼科常规检查项目之一，常常用来描述角膜的表面形态，可以为临床和科研提供大量的角膜形态信息，用以表述角膜屈光力和光学质量，同时也可以揭示不同的角膜病变特征，现已广泛应用于散光分析、圆锥角膜诊断、和角膜接触镜的验配等方面，并被用于评估角膜屈光手术、晶状体屈光手术、穿透性角膜移植手术等的疗效。

在我国，以角膜屈光手术为例，每年有近百万屈光不正患者接受该手术，因此角膜地形图已经成为临床、尤其是角膜屈光手术必不可少的检查和分析工具。

传统的基于Placido盘原理的角膜地形图仪，仍然是筛查角膜扩张性疾病的金标准，但是其局限性也十分明显。例如：周边角膜信息缺乏，无法直接获得角膜后表面数据、对角膜表面及泪膜完整性要求高、不能发现角膜的细微变化、测量范围受限形态不统一等。随着现代光、机、电、算等学科的迅猛发展，眼科和视光学的有机整合，角膜地形图、曲率地形图研究不断涌现出新的技术与方法。

我们来看看角膜地形图的技术发展过程

发展到如今，人类探索角膜地形的科研已经历了多年。

最近十年间，圆锥角膜疾病重新受到重视，主要因素有以下三点：

1、在角膜屈光性手术时代，出现了新的非单纯遗传性的圆锥角膜疾病；

2、更加先进和敏感的诊断和成像设备带来了更加早期的诊断；

3、新发现的、较有前途的对圆锥角膜疾病的治疗方法，包括角膜基质环和紫外光角膜交联治疗；

现阶段，还有这几项技术还在国内外临床广泛使用。

这一张片子应该可以简略体现角膜地形图技术的一个大概的发展过程。

年，Ramsden；

放大反射到角膜上的影像测量角膜曲率；

年，Kohlrausch；

可调节视标大小的望远镜投入使用；

年，Javal和Schiots；

使用大小可调节视标，测量角膜曲率，此模型依然在现阶段Haag-Strait角膜曲率计使用；

年，BauschLomb；

添加了Scheiner盘，提高聚焦性能、使用发光环形视标、放大显微镜、产生双影的棱镜，测量凸面反光影像的大小，可同时测量两条子午线曲率；

角膜曲率计的缺点：

1、用屈光度数（D）表示，但不是真正的屈光力，而是角膜中央直径3mm以内的曲率半径（四个点）；

2、无法反应3mm以内和以外的角膜状况；

3、假定角膜顶点、视轴线、仪器轴线在同一直线上，实际上很难实现；

4、影像准确性的因素：是否准确聚焦、不同操作者、不同厂家的参数设定等等……

不过角膜曲率计技术并未被完全弃用，还有一些其提供的参数指标在最新型的眼前节分析系统上使用，现代角膜地形图仪仍在利用“近轴假设”进行模拟角膜曲率计算，通过给出不同区域（3mm、5mm、7mm）最陡峭区半子午线、最平坦区子午线曲率，来评估角膜周边不规则散光。

几乎与角膜曲率计的使用相差不久，，Placido盘（角膜镜）技术也开始在同步发展。

1、年，A.Placido发明了角膜镜标，一个黑白相间的平盘----“Placido盘”；

2、年，Javal将Placido盘放在检眼镜上，对角膜形态进行定量测量；

3、年，AllvarGullstrand提出在定量测量的基础上，对角膜进行描述的运算法则；

刚刚开始的时候，角膜镜都是医生手持的，

真正的迅猛发展，还要得益于上世纪九十年代的角膜屈光手术和角膜塑形镜技术

图像角膜镜进入计算机时代，一共经历了大约90年时间，得益于角膜接触镜、角膜屈光手术在上世纪90年代的迅猛发展，迫切要求出现更准确的仪器来对角膜表面进行详细真实的描述。

这一站是轴向地形图

轴向曲率图是一经典的，但不是一个理想的描述角膜屈光状态的方法，因为它没有考虑球面像差，另外它也不能描述角膜精细的形状，可以简单描述角膜散光，包括散光的柱镜度数、轴位、及不规则性，

中心球面上的曲率和高度与角膜上对应区域的曲率与高度，并不完全相同，且越往周边区域，差别越大。因此轴向曲率图显示的角膜形态失真。

计算机辅助的角膜地形图仪问世以来，用于数据分析的计算方法一直是限制其发展的因素。因为轴向屈光力是通过运算转换而来，不能重现角膜生理表面，所以人们认为无法从PLACIDO盘（角膜镜）的影像中得到准确的角膜高度和即时曲率。

缺点:

1、假定角膜每一个区域的球面曲率中心都在角膜中心轴上，只有中央区域精确性较高，周边部误差大；

2、简单描述角膜形态，缺乏细节；

3、简单光学矫正的评估；

4、不能用于角膜真实形态的测量与评估；

切线曲率图：在角膜的某一子午切向上，除了顶点的区域，其余每个区域的曲率中心都不在角膜的中心轴上。由于不受角膜轴向的限制，切线曲率图可以跟踪和显示所有位于陡峭区与平坦区之间的过渡区细节，也可显示从角膜中心到边缘任何局部变形的情况。

1、也可称“局部曲率图”或“即时曲率图”或“瞬时曲率图”；

2、单位：mm或D；

优点:

1、除了中心轴之外，角膜每一个点的球面曲率参考轴都有差异，点与点之间变异程度较大，对角膜局部不规则更敏感；

2、消除轴向图所呈现的“平滑”外观，识别角膜陡峭区与平坦区之间的“过渡带”不平缓现象；

3、更精确地显示角膜的细节与真实形态；

缺点：

缺乏合适的多项式或类似方法精加工的数据，无法完全体现切线曲率的价值。

弧形递进运算法则开始用于角膜地形图技术

年，AllvarGullstrand的一篇论文中首先提出，并因此获得年诺贝尔奖；

从角膜顶点开始，确定一个连续的弧线，并沿着条径线中的每一条精确地重建角膜前表面外型；

每一条反射光都来自不同的投照目标点（角膜表面），反射光穿过调整的、不同半径的弧形透镜之后，生成该角膜点反射的投照影像，再用弧形递进法则运算；

可以获取角膜上任意两个弧线交叉点的瞬时曲率、高度、正切值、轴向屈光力的精确数据；

避免了数据相互间换算、拟合曲线、数学推理等导致的误差；

计算角膜前表面的曲率（屈光力），比其他方法都要精确（误差低于或大约0.15D）

角膜地形图中运用“弧形递进运算法”的最大难点是在运用高分辨率计算角膜局部数据的同时，还要做到：1、控制造成图像不准确、重复性差的噪音干扰；2、控制运算的复杂程度，使其在现有的计算机能力范围之内。

得益于现代计算机的快速发展，弧形递进运算法才真正用于切线曲率图中，

所以现阶段，基于Placido盘的角膜切线曲率仍然是最能反映角膜前表面细节的数据。

年，美国博士伦公司第一个开发了可以获得角膜前、后表面高度数据的商业化设备Orbscan眼前节分析系统

这是Orbscan眼前节分析系统的经典屈光四图

以及其最先提出的角膜高度的概念

这是角膜高度数据获得的方法

目前阶段的认知，角膜高度数据比角膜曲率数据，更能真实的反应角膜的形态。

基于Placido环的裂隙扫描技术

裂隙扫描——获取角膜高度；

Placido盘——获取角膜曲率；

裂隙扫描方式：两束裂隙扫描光以45度围绕视轴拍摄，从视轴两侧投射裂隙光40束，左右分别20束；

通过立体三角测量法；

扫描时间：4秒；

共测量个点（40帧裂隙扫描，每帧约个点）

计算机图像软件处理；

但是基于Placido环的裂隙扫描技术也有一些不足之处。

Orbscan使屈光手术医生们第一次观察到角膜的后表面，但是其拍摄数据的方式是Placido盘结合平行裂隙扫描模式，角膜的前表面使用Placido盘获取数据，后表面使用裂隙扫描方式获取高度值。裂隙扫描方式获取的后表面高度值存在一定的误差，角膜中央区是裂隙扫描的盲点，容易导致数据采集不全，假阳性率、错误率偏高。此外，圆锥角膜的筛查也较为简单地依赖Difference值来实现，给临床诊断带来了误导。

还有就是它的获取图像数据的方式

是传统的相机拍摄技术，缺陷如下图

如果“被摄对象平面”与“胶卷平面”不平行，普通相机仅能聚焦某一个区域（平面），也仅仅只有这个区域（平面）的图像是清晰的。

而角膜恰恰是一个球面，而不是一个简单的平面，普通的摄像技术会造成局部数据的失真。

这是一张普通相机拍摄的倾斜面的图片，为了获得这张前后清晰的效果，必须反复的调焦；

移动照相机；

调校相机倾斜度；而这在角膜地形图拍摄过程中，普通相机很难实现的。

此外，基于Placido环的技术还会受到本身的限制：

1、角膜中央0.3毫米“盲区”；

11mm以外的周边“盲区”

无法测量角膜高度；

无法测量角膜厚度；

无法获取角膜后表面数据；

Scheimpflug技术开始投入临床使用。

Belin和Ambrosio应用Pentacam眼前节分析系统，为我们展现了一种全新的角膜拍摄方法--Scheimpfiug相机技术，并采用Belin/Ambrosio亚临床型圆锥角膜筛查软件，结合角膜高度和厚度数据，以及所测得的角膜前、后表面高度最佳拟合球面地形图等重要参数，明显提高了筛查圆锥角膜的敏感性，并且优于Placido盘单一的前表面地形图筛查方法。

Scheimpfiug相机应用于眼前节分析系统，进行圆锥角膜的筛查是一个技术上的突破，当Scheimpfiug相机镜头平面的延长线和被摄对象平面及胶片平面的延长线在某点相交时，则整个“被摄对象平面”记录在“胶片平面”的影像是最清晰的，这就是“Scheimpfiug定律”。

最先使用Scheimpfiug技术的是PENTACAM眼前节分析系统。

这是Scheimpfiug技术拍摄倾斜面的图示

Scheimpfiug相机获取角膜数据的图示

因为Scheimpfiug相机获取角膜图像数据，周边部往往是变形的。

所以需要计算机进行修正，如上图所示。

修正之后的角膜断层图像。

Scheimpflug技术成像优点:

描述角膜前、后表面的光学特性；

真实反映角膜的形态特征；

显示全角膜中央及周边厚度；

准确反映早期圆锥角膜与FFKC；

显示角膜后表面膨隆和角膜后圆锥；

利用角膜前、后表面的三维高度数据来鉴别圆锥角膜，为临床提供了一种创新的诊断方法，但是国外仍有大量的文献表明，单纯依靠角膜的高度图并不能%地明确诊断或者鉴别诊断，虽然仍有很多医生们感兴趣。特别是针对角膜前表面的形态，我们并不能忽视Placido盘的作用。Scheimpflug相机断层扫描获取角膜后表面高度的最佳拟合球面，并不能为所有人提供完美的解决方案。因为在正常人群中，有许多人存在后表面顶点的最佳拟合球面偏心，但其角膜解剖结构长期观察下来却是正常的。由此产生的结果是：医生们会觉得Pentacam非常灵敏，如果所有角膜后部的最佳拟合球面顶点偏心患者全部被排除在屈光手术之外，那么筛查的敏感性将进一步提高，可能所有的圆锥角膜患者都可以被鉴别出来，但频繁的黄色与红色报警，也会使一部分适合做手术的患者也被排除在外，筛查的敏感性确实是升高了，但是特异性却降低了。筛查特异性的降低意味着正常眼睛也可能被诊断为“可疑圆锥角膜”，这些本来适宜接受手术的人群产生多余困扰，并被剥夺激光手术给他（她）们带来的便利。

遇到周边不清晰的情况下，Scheimpflug会有部分数据丢失，并把这一部分丢失的数据排除在外，导致重新拟合角膜的中心点，

导致本来角膜最薄点的角膜中心地带，变得偏离角膜中心，导致厚度变化率曝黄和爆红，使临床医师变得非常纠结。

Scheimpfiug相机的拍摄、成像原理决定其所获取的断层图像在角膜上类似于验光中的“散光表”样呈现，并非角膜的所有部位都有图像数据，断层之间空白区域的角膜数据则采用相邻的两个断层图像数据，并依据插值原理来计算补充。这就出现角膜的前表面数据越靠近中央区域因为断层切面交叉相对较密集，而数据可靠。但是越往角膜的周边部，断层切面之间的间隙越大，需要推算的数据越多，导致精确度与误差加大。而角膜的后表面，因为更多地需要观察中央区域的顶点与最佳拟合球面顶点的之间偏位，而非周边部，所以Scheimpfiug相机的角膜后表面断层扫描数据是非常可靠的。

单纯Scheimpflug成像技术的不足：

1、“曲率”从“高度”换算而来；

2、高频噪音，较低频噪音更加常见、也更加明显；

3、切面之间的数据依据形态走向演推而来，越往周边的前表面数据误差也逐渐偏大；

4、角膜屈光术后，参考球面无法精确拟合，角膜前表面的定性与定量准确性下降；

最大的问题出现在角膜屈光手术后

当角膜的前表面被激光切削得不规则，前表面的拟合球面数据失去参考意义，术后的前表面数据的真实性打了折扣。

那么有没有兼有Placido盘与Scheimpflug相机技术的设备呢？

我们今天介绍的SIRIUS眼前节分析系统，就同时具备Placido盘与Scheimpflug相机摄像技术

更多的角膜范围覆盖

密集的中央数据点

上述4张图是Sirius眼前节分析诊断系统能够为临床提供的数据。不同专业的眼科同道。可以各取所需。

文章来源：尖峰眼科