白内障术前角膜散光检查的新进展

廖 珊，刘 可

0 引言

现代屈光性白内障手术以获得更好的术后视觉质量为临床追求目标，恢复视力不再是手术的唯一目的。术前角膜散光的评估是屈光性白内障手术设计的重要环节，有研究报道，在60～80岁白内障患者中，超过40%患者角膜散光≥1.0D[1]，而大于0.50D的角膜散光即会显著降低功能视力[2-3]。随着近年来角膜屈光近视矫正手术的广泛开展和屈光性人工晶状体(IOL)的临床普及使用，角膜的光学特性被研究得越来越深入。角膜散光不再仅仅局限于单一的一个角膜前表面散光(anterior corneal astigmatism, ACA)数值，角膜后表面散光(posterior corneal astigmatism,PCA)以及综合角膜全层所得到的全角膜散光(total corneal astigmatism, TCA)对白内障术后视觉质量也有影响，一些病例中后表面散光甚至直接决定是否能使用散光矫正型或多焦点类IOL以及影响散光矫正型IOL的柱镜度数的选择。角膜的高阶不规则散光反映了角膜更细微的光学不规则性，在临床中也被认识到影响白内障手术IOL种类的选择和术后视觉质量，高于0.5μm的角膜高阶不规则散光患者不宜植入多焦点类IOL。角膜散光种类的细分离不开各种检查设备的更新，由传统的只能测量角膜中央前表面散光的手动/自动角膜曲率测量仪、光学生物测量仪，发展到能测量PCA、TCA和角膜高阶不规则散光的各种角膜地形图仪器。术前对角膜散光的检查越全面精准，手术规划越合理，术后视觉质量提高越多。本文就最新的角膜各类散光认识和相应检查设备展开综述。

1 ACA

由于眼球内部的不同屈光介质存在不同的折射率，使外界的光线照射入眼球内时发生部分反射，而呈现出反射像，这些像即是Purkinje像。根据Purkinje像的大小计算出角膜前表面的曲率半径，并利用屈光指数来计算角膜屈光力K值，进一步得出角膜散光。传统的角膜曲率测量仪是从认识到角膜上物体的反射可以作为一种测量角膜曲率的精确方法开始，只能测量角膜前表面的曲率及散光。术前精准的测量ACA的大小和轴向可以个性化规划白内障手术方式进行散光处理，例如在透明角膜陡峭轴上做角膜主切口或角膜缘松解切口可以使其所在的子午线变平，并产生耦合效应，使与其垂直的90°轴向角膜曲率变陡，从而减少术后残留的角膜散光，以求得到更优的视觉质量[4-5]。

2 PCA

光线穿过角膜进入前房时会在角膜后表面发生另一次折射，后表面的弧形结构决定了此平面也会有散光的产生，随着检查设备的技术升级，PCA得以直接测量出来。有研究表明，随着患者年龄的增加，ACA的轴向由顺规散光逐渐向逆规散光转变，而PCA变化小，几乎始终保持逆规散光，因此导致PCA对角膜总散光的抵消作用随年龄增大而逐渐减小，随着ACA的逆规漂移，将转变为叠加作用[6-7]。Jin等[7]对患者164例211眼的散光情况进行分析，探讨PCA对角膜总散光的影响，发现忽略PCA测量得到的TCA值，在逆规散光眼中被低估16%，在顺规散光眼中被高估9%，所以应重视PCA，尤其是角膜前表面逆规散光较高者。而既往研究得到平均PCA为-0.26～-0.78D[8]。由此可见对TCA的评估只根据ACA进行，而忽视PCA，可能会影响白内障手术时对角膜散光矫正的准确性。Cheng等[9]的一项研究显示忽略PCA导致的差异大于0.50D，表明可能会导致部分白内障手术后角膜散光的估计出现偏差，测量PCA可提高对散光程度的预测。Orbscan角膜地形图是第一个直接采集和分析角膜后表面数据的裂隙光扫描技术设备，开启了对真实TCA的评估[10]。但由于其为断面扫描，角膜高度分析是通过角膜前后表面的相对参照获得，一张图像的误差可能会导致整个角膜的三维建模误差。基于Scheimpflug原理的Pentacam和Galilei等设备消除了裂隙光扫描技术的弊端，利用光线追踪技术获得整个角膜屈光力和散光分布情况[11-12]。

3 TCA

TCA由ACA和PCA综合叠加形成。由于检查设备的局限性、缺乏理论认识和临床证据，传统的角膜曲率测量仪器，如角膜曲率测量仪、光学生物测量仪和基于Placido盘成像的角膜地形图仪等，不能直接采集角膜后表面的信息。在以往角膜屈光力的评估中，多采用模拟角膜散光来代替和估计真实的TCA，通过不同原理和方法先测量得到角膜前表面曲率半径，并根据假定的屈光指数(传统标准角膜曲率指数为1.3375)来计算出模拟角膜屈光力SimK(Simulated K)，进一步得出模拟角膜散光[13]。研究表明这些传统角膜曲率测量仪在临床中常常高估了总角膜屈光力[14-15]。目前，由于实现了对角膜后表面曲率半径的直接测量，考虑了真实的前后表面曲率，总角膜屈光力引起了更多的关注，也反映了真实的角膜厚度和角膜非球面值。Visser等[16]发现将角膜后表面曲率纳入角膜曲率计算的结果与SimK显著不同。虽然早期的Orbscan设备可以采集和分析角膜后表面数据，但其原理是通过假设穿过角膜后表面的为平行光线，对角膜后表面的信息进行采集，并单纯的将ACA和PCA的测量结果直接做矢量叠加来得到TCA，忽略了角膜厚度对最终结果的影响，可靠性和重复性相对较差。随着检查设备的不断迭代，直接或间接采集和分析角膜后表面信息的能力日趋精进，通过不断优化升级，提升了PCA和TCA测量的重复性和可靠性[17]。

4 高阶不规则散光

散光是一个具有大小和方向的矢量，但在屈光性白内障手术中，单纯分析低阶散光的大小和轴向是不够的。由于光学特性，角膜的表面形态出现局部的不规则或是折射率的改变会使这部分的屈光力与全角膜的屈光力不同，产生高阶不规则散光，引起物像的畸变。在像差系统中不规则散光与高阶像差对应，即Zernike多项式中三阶以上像差。与包括离焦或散光在内的低阶像差相比，高阶像差不能通过球镜或柱镜来全部矫正，影响白内障术后视觉质量[18]，并且限制术中散光型IOL(Toric IOL)和多焦类IOL(MIOL)的使用。2019年中国多焦点IOL临床应用专家共识[19]提出，术前建议进行角膜像差分析以明确高阶像差，角膜中央直径4mm区域总高阶像差(Total HOA)，即角膜高阶不规则散光，<0.3μm的患者可推荐植入MIOL，超出此范围的患者谨慎植人，>0.5μm不建议植入MIOL。

5 术前散光的检查方法

临床上角膜散光的常用检测方法包括自动角膜曲率计检查法和手动角膜曲率计检查法、光学测量仪检查法(如IOL Master、OA2000和Lenstar等)、角膜地形图仪检查法(如Itrace、OPD、Orbscan、Pentacam、Galilei等)等。各种方法测量的结果客观可靠、可重复性高，其适用范围和原理有所不同，测量结果可互相参考比较，但不可随意替换，需根据临床需求做出选择[11,20-21]。

5.1手动及自动角膜曲率测量仪屈光白内障手术中角膜曲率和散光的测量是角膜曲率测量仪最重要的临床应用之一。最初在18世纪，为了研究调节过程中角膜曲率的变化，一种原始形式的角膜测量仪被发明出来，之后在其设计和工作原理上进行了一些修改和改进，现代角膜测量仪诞生的基础是利用光学反射的原理[22]。手动角膜曲率测量仪测量的是角膜中心3mm以内的散光，根据物体在角膜上反射所产生的Purkinje像的大小以及形状，首先测量出角膜前表面的曲率半径，再将其转换为角膜曲率值，从而得到散光值。为了适应客观数据的数字化测量，各种自动角膜曲率计被引入临床中。自动角膜曲率测量仪是在手动角膜曲率测量仪的基础上加上电脑操作完成，过去已有研究报道多种自动角膜测量仪的可靠性，Sheppard等[23]研究证明无论是水平还是垂直子午线上的测量，Grand Seiko自动角膜曲率测量仪(WAM-5500)与Javal-Schiotz手动角膜测量相似，具有准确性、可重复性。也有研究证明与手动型相比，自动角膜曲率测量仪具有准确、可靠、易于使用的优点[24]。但角膜曲率测量仪是基于一些假设参数而得出的数值，只有在角膜正常的患者中才能得出正确的测量值，而在一些角膜疾病或屈光手术后的特殊患者应用中，得到的结果可信度较低。

5.2光学生物测量仪IOL Master 500部分相干光学生物测量仪是利用偏振光学相干干涉的原理(particalcoherence interferometry，PCI)测量眼前节参数的新型非接触式仪器，其中评估角膜曲率功能是使用自动角膜曲率计集成到电脑中完成，它以六角形阵列投射六个映光点，并分析角膜前表面的反射，测量角膜前表面直径2.3mm的曲率,利用屈光指数1.3375计算得到散光值。Lenstar LS900低相干光学生物测量仪是一种基于低相干光反射原理的设备，是一种双区自动角膜曲率计，它采用光学低相干技术和波长950nm的扫描光束，测量的是角膜前表面1.65mm和2.30mm直径范围的曲率，利用屈光指数1.3320计算得到角膜散光[16]。光学相干断层成像技术(optical coherence tomography，OCT)是基于低相干干涉的原理，红外光从眼前节反射，通过比较反射之间的时间延迟来计算和分析角膜整体情况[25]。IOL Master 700是临床上应用的扫频OCT，其不需要纵向扫描，直接采集两侧反射光的干涉光谱，经过傅里叶变换后得到角膜信息，因此具有更快的采集时间，可减少眼球运动引起的伪影、降低信噪比和提供更好的分辨率，其投射18个光点，测量角膜前表面直径1.5、2.5、3.5mm的曲率，进而得到散光值。LaHood等[26]首次报道了IOL Master 700对角膜后表面散光的测量，结果表明与其他设备的研究数据基本一致，但该设备对PCA的测量尚未纳入界面选项和输出。最近新一代IOL Master 700 TK将远心光学技术与扫频OCT成像技术相结合，实现了角膜后表面曲率及全角膜曲率的直接测量，其应用于临床的可靠性及重复性有待进一步验证。

5.3角膜地形图角膜地形图已经成为识别散光大小和轴向的关键工具，它可以评估整个角膜情况，并可以检测不规则散光。OPD-Scan Ⅲ视功能分析仪中以Placido盘成像原理测量得到的角膜地形图[27]，Placido环总共含有33环、11880个测量点蓝色测量光源，获得角膜3mm直径范围的角膜曲率半径、角膜散光大小以及陡峭轴的轴向。Orbscan 及Orbscan Ⅱ是以裂隙光带扫描为原理的眼前节分析仪，它能够在1.5s内采集角膜前后表面约9000个数据点，获得从鼻侧和颞侧45°角投射在角膜上的裂隙光束反射的图像信息，同时结合Placido盘反射影像，呈现出三维角膜地形图，包括角膜前后表面曲率、高度和厚度图，进而得出角膜前后表面参数[28]。由于角膜的非平面形状会导致周边角膜数据采集困难和不可靠，Scheimpflug原理的引入使得周边角膜数据的测量更具可靠性。Pentacam是利用Scheimpflug原理来测量角膜前后表面参数的眼前节分析仪，由一个旋转Scheimpflug摄像机组成，在2s内从0°～180°的角度拍摄25～50张裂隙图像，每张图像显示角膜前后表面的500个真实的高度点，拍摄重建形成三维图像，可以测量角膜前表面半径和角膜后表面半径，获得全角膜前后表面角膜曲率和厚度等参数[29]。而Galilei、Sirius等角膜分析仪是将双旋转Scheimpflug摄像机与Placido盘相结合，在角膜散光测量中具有良好的可重复性[30-31]。有研究表明，当要了解整个角膜曲率或后表面等数据，以及角膜屈光手术术后角膜表面形态有所变化时，如角膜表面不规则、角膜平坦及角膜陡峭，角膜地形图系统的角膜测量范围可扩大到90%以上，可以了解中央区域到周边区域的变化，准确测量不规则散光以及非球面状态的角膜，测量精度更客观[32]。所以，对于角膜屈光手术后的白内障手术术前角膜散光的测量，为了准确评估角膜情况并进行手术干预，需要对其形态有精确的了解，角膜地形图更具优势。

6 小结与展望

随着白内障手术技术的不断发展，屈光性白内障手术在尽可能提高患者术后裸眼视力的同时，也要满足患者术后清晰、舒适的视觉质量需求，术前精准地测量和评估角膜散光是白内障术前规划的一个重要环节。PCA的直接测量、TCA的认识和角膜高阶不规则散光的客观测量使白内障术前散光检查逐步完善。各种角膜地形图检查设备是光学生物测量仪器的有效补充。目前角膜地形图的检查以非接触性测量为主，对患者安全无创，但要求被检查者在要求时间内尽量保持眼球不动，若眼球频繁转动会产生测量误差。对于Scheimpflug设备，当摄像机围绕眼球旋转扫描过程中可能会出现潜在的眼球运动，而双旋转Scheimpflug摄像机对测量值进行平均并最大限度地减少偏心[33]。使用旋转摄像机的Scheimpflug设备可以对高度不规则的角膜进行精确测量，而基于Placido的反射系统很难精确表示这些角膜，但传统的Placido盘地形图提供的是角膜即时图像，可能提供角膜表面最真实的投影。目前，随着光学技术的快速发展，其显示出更快的扫描速度和更可靠的跟踪系统，目前的趋势是多种技术相结合测量评估角膜，例如通过添加部分相干干涉测量SLED二极管，光学生物测量技术已被添加到新型角膜地形图设备中(Pentacam AXL)。

综上所述，术前联合多种角膜地形图仪和角膜曲率测量仪准确地测量和评估角膜散光情况是屈光性白内障手术中重要的一步，无论是对患者个性化选择手术方式、IOL类型，还是预测术后效果都起关键性作用，可最大程度上减少术后TCA，帮助白内障手术患者获得术后最佳视觉质量。