眼前节生物参数测量的研究进展

夏桂媚, 邬艳蓉, 郝少峰

(长治医学院附属和济医院, 山西 长治, 046000)

眼前节包括角膜、前房角、前房、虹膜、睫状体、部分晶状体等，临床上常用的生物参数有角膜中央厚度、最薄角膜厚度、前房深度、前房角角度、前房容积、角膜散光、角膜曲率(平坦角膜曲率、陡峭角膜曲率、平均角膜曲率)等，这些参数的准确测量对于眼科疾病的筛查、诊断、手术方式的选择、预后等都有重要的作用，也是现代眼科技术追求精细化、个性化的基础。近年来，随着眼部屈光手术的发展，测量眼前节参数的仪器也不断更新。本研究对目前常用的测量眼前节参数的仪器的原理、优缺点及临床应用进行综述。

1 眼科A超的原理及临床应用

眼科A超(超声波生物测量)是较早发展起来的医疗仪器，应用超声波的原理将探头放置于眼前，声束向眼内传播，遇到任何组织界面时发生反射并将所探测组织的界面回声以波峰形式排列于基线上，形成线性一维图像。眼科A超的水平轴为时间，垂直轴为回声强度，回声强度体现在波峰高度上，回声越强体现为波峰越高，其通过波幅的大小和形状来分析所获得组织的相关信息，同时根据获得的数据计算各组织生物参数，通过不同组织中的最适用声速将相关参数转换成组织厚度[1]。超声波的波长短、频率高，具有较高的分辨率，不仅可直观地显示眼球和眼眶组织的精细结构，还可测量中央角膜厚度、前房深度、晶状体的厚度、眼轴长度等生物参数，检出率高达100%[2], 即使屈光物质高度浑浊，也不影响使用，这是现有的高端生物测量仪器所无法替代的。

A超可分为直接接触式与间接浸润式，间接浸润式是在眼睑内放眼杯，通过接触平衡盐溶液而间接接触角膜并测量所需参数，操作相对复杂，但测量各项参数的准确性更优[3]。A超的优点有技术成熟、便于携带、价格低廉、对患者配合度要求低、可检测人群广等，但缺点有对检查者技术要求较高、可引起患者不适感、需要在表面麻醉下进行、接触角膜可引起医源性感染、压迫眼球可引起测量误差、对于高度近视合并后巩膜葡萄肿的患者无法准确定位黄斑导致测量误差、硅油眼患者因硅油声速较慢导致测得眼轴假性延长等。

2 超声生物显微镜(UBM)的原理及应用

UBM是利用超高频超声波获得二维图像，其探测频率为50～100 MHz, 因声波的频率越高则衰减越大, UBM因声速衰减导致穿透能力较弱，组织检测深度仅4～5 mm, 但其最大分辨率可达50 μm, 相当于低倍光学显微镜的效果[4]。超声波在空气中的传播能力弱，在水中穿透力强，因此需要在表面麻醉水浴状态下进行，检查时还需要患者的配合，通过转动眼球获取不同方位的图像。UBM可测量参数有角膜厚度、角膜直径、前房深度、虹膜厚度、小梁虹膜夹角、虹膜晶状体夹角等[5]。UBM的临床应用广泛，因其可清晰显示眼前段及部分中段的图像并测量各生物参数，在青光眼的病因诊断、角膜病变、虹膜睫状体疾病、眼前节肿瘤[6]、晶状体的形态和脱位、前节异物、眼外伤、眼外肌病变、后房型人工晶体植入等方面都有重要的作用。UBM的优点有高分辨率、动态下清晰显示眼前节各组织结构甚至眼外肌的止端、不受屈光介质的影响、测量任何角度和距离(定量)等，非常适合眼外伤后早期屈光介质浑浊时对眼前段组织的观察; UBM的缺点是其为接触性检查且需要使用耦合剂、可能会导致房角形态发生变化[7]、操作时间长、严重时可引起医源性感染、眼部有活动性病变患者禁用、无法探及后段眼球、在前房深度[8]与中央角膜厚度的测量上可重复性不高等。

3 眼前节光学相干断层扫描仪(AS-OCT)的原理及临床应用

AS-OCT原理类似于超声法，其利用波长为1 310 nm的激光作为相干光源，并将光束照射到生物组织上，不同的生物组织产生不同的光学散射，根据扫描光和参照光的干涉获得相关信息，得到二维截面图，并进行距离测量和定量分析。因为光比声的传播速度更快, AS-OCT的精确度和分辨率远高于UBM, 轴向分辨率可达到3～20 μm, 其波长较长，组织中的散射量较低，使得巩膜和虹膜的穿透性增强，使交角形态能更详细地显示出来。光可被玻璃体吸收，因此只有10%的光到达视网膜，不至于在调节光时损伤视网膜[9]。眼科光学相干断层扫描仪(OCT)最初用于后段成像，检查视网膜及视神经的情况[10], 后被改进用于眼前段的测量。AS-OCT可以清晰地显示前房的结构并测量其相关生物参数，能够测量任意点的角膜厚度、角膜上皮层厚度、前房深度、前房内径、房角开放距离、房角隐窝区、小梁虹膜夹角、小梁虹膜空间面积等，临床上可用于各种类型青光眼的早期筛查或眼部有活动性炎症无法行UBM或前房角镜检查的患者，也可用于检查较小的睫状体肿瘤、虹膜囊肿、眼前节异物等。AS-OCT的优点有无创非接触性动态观察、操作简单、安全性高、分辨率高、不受角膜混浊程度的影响、清晰显示巩膜突等一些房角结构[11]、观察到每层角膜结构，对观察手术后角膜的恢复有重要意义。AS-OCT的缺点是受虹膜色素上皮和屈光间质的影响，不能观察到虹膜后的结构，如后房与睫状体[12]。多项研究[13-15]表明, AS-OCT的角膜中央厚度测量值较A超及其他设备低，进一步提高AS-OCT的穿透性、改善扫描模式及软件设置等是亟待解决的问题。

4 Pentacam眼前节分析系统

Pentacam三维眼前节分析系统使用旋转Scheimpflug摄像机360 °匀速扫描获取和生成眼前段完整的横断面。完整的角膜厚度测量、前后表面的地形图以及前房分析均来自单次扫描，扫描采用的是波长为475 nm的蓝色二极管激光，扫描时间为2 s, 每次从不同方向连续拍摄25张图像，仪器软件计算出这25幅图像的平均值。Pentacam三维眼前节分析系统在2 s内拍摄50张照片，每张照片中含有500个真实高度点数据，总共可获取25 000个高度点[16]，最多可拍摄2.5万张，内部软件通过这些图像的数据创建了一个前段的三维重建。设备测量了中央3 mm角膜环上相互垂直的2个主要子午线，折射率为1.3375。Pentacam-HR与Pentacam原理相同，但其图像分辨率是标准版的5倍，提高了精度[17]。Pentacam-HR配备了一个百万像素的摄像头，每次扫描(2 s内)可以捕获100张Scheimpflug图像，每个图像可以捕获1 380个数据点，最多可获取138 000个高度点数据。通过这些数据点可对角膜、前房及晶状体进行定量测量，也可使用手动测量功能获得角膜任意一点的厚度值。根据患者是否眨眼和环境光亮等测量的潜在因素，系统自动生成质量因子QS, 当QS>95%认为测量结果可靠。Pentacam显示从角膜前表面到晶状体后表面的图像，可以测量角膜厚度、角膜前后表面曲率及高度图、前房容积、前房角、中央和周边前房深度、瞳孔直径等生物参数，临床上广泛应用于圆锥角膜的筛查和早期诊断、预测和评估角膜塑形镜和硬性角膜接触镜的配适程度、屈光及白内障手术等。Pentacam的优点有无创非接触性动态检查、分辨率高、检查时间短、舒适度较好，避免单一角度扫描所造成的鼻侧阴影误差，测量结果较为精确[18]。Pentacam的缺点是只能用于眼前节测量，不能清楚显示巩膜突、周边虹膜和睫状体、对于窄房角的筛查具有局限性[19]、无法透过角膜云翳及角膜白班进行测量、测量准确度受角膜透明度影响、无法测量LASIK术后角膜瓣厚度、需要受检者较好的配合度等。

5 IOL-Master人工晶体生物测量仪

IOL-Master是首款商用的非接触式光学生物测量仪器，具有较好的精确度和可重复性，成为多年来眼科生物测量的金标准[20]。软件提供计算人工晶体度数的公式，可以根据不同的眼轴长度选择不同的公式。IOL-Master 500是一种非接触、高分辨率的仪器，使用波长为780 nm的光源，通过偏振光部分相干干涉原理(PCI)将二极管发出的光线分裂成两股独立的轴光线，沿视轴分别达到角膜前表面和视网膜色素上皮层后反射，经光线分离器后被图像探测器捕获而测得眼轴长度，该仪器还可测得角膜曲率、前房深度、角膜直径等参数，并计算人工晶状体(IOL)度数。存在成熟白内障、后囊下型白内障[21]、屈光介质严重浑浊、不能固视、视力差会导致IOL-Master 500使用受限。即使是硅油眼，也能测眼轴长度[22], 精确度较好[23]。IOL-Master 500不可以测量晶状体厚度、中央角膜厚度等数据。

IOL-Master 700是首个基于扫频光学相干断层成像(SS-OCT)原理的光学生物测量仪，使用波长为1 055 nm的扫频光源，具有较少散射和更好的穿透性，在屈光介质浑浊眼的应用中更有优势[24]。IOL-Master 700可以测量眼轴长度、前房深度、角膜厚度和晶状体厚度等。IOL-Master 700的优点有对眼睛成像范围更广、扫描速度更快、灵敏度随深度降低更小等。操作者可以看到整个扫描图像，并直观地检查眼睛的几何形状和测量轴，晶状体的倾斜或偏心也可以被检测到，对中央凹的成像可以提醒观察者在测量时注视不够。这些都有助于消除潜在的误差，使人工晶体功率计算更为精确。临床研究[25]发现，与IOL Master 700相比, Master 500测量出了更陡峭的平均角膜曲率及更浅的前房深度。

6 Lenstar LS900

Lenstar LS900是利用光波低相干反射(OLCR)原理来测量人眼的距离，使用超辐射发光二极管作为光源，发射波长820 nm的光波，通过耦合器将其分成2束，一束为参考光，另一束为信号光，当携带眼球相位信息的信号光和参考光的光程差小于相干长度时，两者发生干涉[26]。分析装置可对探测到的干涉信号进行处理，从而获取相关参数。仪器提供一个高的轴向分辨率，每次连续扫描16次，无需重新校准，通过分析2个直径分别为1.65 mm和2.3 mm(标准光学区)圆环上32个投影光反射的位置，得到最平坦轴与最陡峭轴K值，通过使用不同的折射率(分别为1.331 5、1.332 0、1.336 0、1.337 5、1.338 0)将测量的半径转换为屈光度(D)来获得角膜参数。除此之外，还可获得角膜中央角膜厚度、前房深度、晶状 体厚度、眼轴长度、角膜白到白的距离、瞳孔直径、视网膜厚度等。Lenstar LS900可对扫描的图像进行分析后计算出平均值并自行对齐，以确保所有读数都在视轴上，眨眼和固视丢失可被自动检测到，以确保只有有用的测量值被分析。即使固视不佳, 2个环的分析点也能保证测量的稳定性，精确度为(0.003±0.002)mm[27], 重复性非常高。所有生物参数可一次性测得，不需要对视轴进行重新调整[28], 在青光眼的诊治及随访、角膜疾病、屈光手术、人工晶体计算等领域具有广泛的应用。Lenstar LS900的优点有非接触性、精确度和重复性高、操作简单、沿视轴方向进行测量可减少测量误差、一次性获得包括眼轴在内的9种参数、白内障患者可以获取人工晶体度数等。Lenstar LS900是唯一能够测量晶状体厚度的光学测量仪，而晶状体厚度是第4代人工晶体度数计算公式应用中的重要参数。Lenstar LS900的缺点有视力较差、眼球震颤和无法固视者无法检查，晶体浑浊严重者可导致测量结果不准确。对于Lenstar LS900无法检查的患者，可行A超检查。

综上所述，随着眼科学的发展，各种眼前节参数测量仪应运而生，每种仪器的工作原理、所得参数、适用范围都不一样，而无创非接触性、可重复性好、精准度高是测量眼前节生物参数方法的发展趋势，要根据患者实际情况选择适合的测量方法。