三种仪器测量角膜曲率、直径及散光的一致性研究

刘苏函，吴晶敏，张露露，曹琪，景胜哲，杨扬

作者单位：西安医学院医学技术学院，陕西 西安 710021

角膜曲率、角膜直径、角膜散光等参数在当今屈光状态的评估、接触镜类型的选择、人工晶状体度数的计算等方面具有重要的意义。常规测量角膜参数的方法有自动电脑验光仪、手动角膜曲率计等，但手动角膜曲率计操作繁琐，目前，除了自动电脑验光仪外，角膜地形图、眼前节分析系统等仪器均能简单快捷地测量出角膜曲率。虽然每种仪器的准确性和重复性已得到研究及验证，但是关于不同仪器测量角膜参数一致性的既往研究也没有统一的结论，有研究认为不同测量仪器的结果可以互相替代［1］，但杜亚茹、李学喜［2］却持不同的观点。因此，检验不同仪器测量角膜曲率、角膜直径、角膜散光的一致性很有必要。本研究比较了在校大学生分别使用电脑验光仪、角膜地形图和眼前节分析系统对近视状态眼角膜曲率、角膜直径、角膜散光的测量结果。

1 资料与方法

1.1 一般资料选取西安医学院大学2019年7—12月一、二、三年级的在校学生142例（284眼），其中男40 例（80 眼），女102 例（204 眼），年龄（20.32±1.33）岁，年龄范围18～23 岁，等效球镜度数：0.00～-9.00 D，本研究符合《世界医学协会赫尔辛基宣言》相关要求。入选标准：（1）最佳矫正视力≥0.8，且双眼具有很好的固视能力；（2）接受眼部全面检查后无其他眼部疾病及全身病史；（3）眼压在正常范围内；（4）接受硬性角膜接触镜，并坚持佩戴。排除标准：（1）角膜病病人，如角膜基质营养不良、圆锥角膜或者可疑圆锥角膜；（2）有眼外伤；（3）干眼症病人、白内障、青光眼等器质性眼病病人。

1.2 测量方法和观察指标所有受检者分别使用topcon，KR-8800 电脑验光仪、tomey-4 角膜地形图和眼前节分析系统（Pentacam HR）进行角膜曲率、角膜直径、角膜散光的测量，测量3 次后获取平均值，每种仪器测量均由同一名操作熟练的成员操作完成，所有受检者头部放平，额部接触前面的弧形带子，下颌放在中央，眼睛向前看仪器内的图标，并双眼角膜在同一条水平线上，尽量避免姿势不正、人为因素造成的误差。分别记录受检者的平坦角膜曲率（flat R，Rf）、陡峭角膜曲率（steep R，Rs）、水平可见虹膜直径（HVID），即水平角膜直径，记录的散光参数包括散光轴位和散光值，采用傅里叶转换公式［3］：J0=-［cylinder/2］cos［2axis］；J45=-［cylinder/2］sin［2axis］，J0为水平及垂直方向的散光，J45为45°方向的斜散光，对散光值和轴向进行矢量转换。把Rf、Rs、HVID、J0、J45作为三者对比的观察指标。

1.3 分组方法按所选仪器以电脑验光仪、角膜地形图及眼前节分析系统分成三组，电脑验光仪所测结果为A 组，角膜地形图所测结果为B组，眼前节分析系统所测结果为C组。

1.4 统计学方法本研究数据使用SPSS 24.0 软件进行统计分析，计量资料采用xˉ±s描述，多组间均值比较采用单因素方差分析，多组间两两比较采用LSD 检验，采用Pearson 检验进行相关性分析，采用Bland-Altman检验进行一致性分析。以P<0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 三种仪器检测结果的差异性电脑验光仪、角膜地形图和眼前节分析系统三种仪器分别测量受检者的Rf、Rs均差异无统计学意义（P>0.05），测量HVID、J0、J45比较差异有统计学意义（P<0.05），进一步两两比较发现，HVID 测量中A 组与B组比较差异无统计学意义（P>0.05），其余两组比较均差异有统计学意义（P<0.05），J0与J45测量中A 组与C 组比较差异无统计学意义（P>0.05），其余两组差异有统计学意义（P<0.05），见表1。

表1 三种仪器测量角膜参数值的差异性比较/±s

表1 三种仪器测量角膜参数值的差异性比较/±s

注：A 组为电脑验光仪测量所得，B 组为角膜地形图测量所得，C 组为眼前节分析系统测量所得，Rf为平坦角膜曲率，Rs为陡峭角膜曲率，HVID为水平可见虹膜直径，J0为水平及垂直方向的散光，J45为45°方向的斜散光。

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2.2 三种仪器检测结果的相关性经过Pearson 相关分析，其结果显示三种仪器在测量Rf、Rs、HVID 时有一定相关性（r=0.25～0.98，P<0.05），测量J0时无相关性（P>0.05），测量J45时发现电脑验光仪与眼前节分析系统的有一定相关性（P<0.05），其余两种仪器测量无相关性（P>0.05），见表2。

表2 三种仪器测量角膜参数值的相关性比较

2.3 三种仪器检测结果的一致性电脑验光仪与角膜地形图的一致性：Bland-Altman 图显示，电脑验光仪与角膜地形图测量Rf、Rs、HVID、J0及J45分别有2.82%（8/284）、3.87%（11/284）、4.56%（13/284）、6.69%（19/282）及6.69%（19/282）的测量值位于95%一致性界限（limitation of agreement，LoA）外，95%LoA分别为-0.48～0.66 D、-0.75～0.61 D、-1.32～1.42 D、-1.41～1.21 D、-1.34～1.14 D，95%LoA内最大差值的绝对值分别为0.57、0.71、1.40、1.36、1.29，见图1。

图1 电脑验光仪与角膜地形图测量结果的一致性分析：1A为电脑验光仪与角膜地形图对Rf的测量；1B为电脑验光仪与角膜地形图对Rs的测量；1C为电脑验光仪与角膜地形图对HVID的测量；1D为电脑验光仪与角膜地形图对J0的测量；1E为电脑验光仪与角膜地形图对J45的测量图2 电脑验光仪与眼前节分析系统测量结果的一致性分析：2A为电脑验光仪与眼前节分析系统对Rf的测量；2B为电脑验光仪与眼前节分析系统对Rs的测量；2C为电脑验光仪与眼前节分析系统对HVID的测量；2D为电脑验光仪与眼前节分析系统对J0的测量；2E为电脑验光仪与眼前节分析系统对J45的测量 图3 角膜地形图与眼前节分析系统测量结果的一致性分析：3A为角膜地形图与眼前节分析系统对Rf的测量；3B为角膜地形图与眼前节分析系统对Rs的测量；3C为角膜地形图与眼前节分析系统对HVID的测量；3D为角膜地形图与眼前节分析系统对J0的测量；3E为角膜地形图与眼前节分析系统对J45的测量

电脑验光仪与眼前节分析系统的一致性：在Bland-Altman图显示，电脑验光仪与眼前节分析系统测 量Rf、Rs、HVID、J0及J45分 别 有1.76%（5/284）、1.76%（5/284）、5.28%（15/284）、5.63%（16/284）及7.39%（21/284）的测量值位于95%LoA 外，95%LoA分别为-0.77～0.93 D、-1.43～1.35 D、-1.02～0.64 D、-1.22～1.24 D、-1.36～1.37 D，95%LoA 内最大差值的绝对值分别为0.88、1.25、1.00、1.23、1.32，见图2。

角膜地形图与眼前节分析系统的一致性：在Bland-Altman图显示，角膜地形图与眼前节分析系统测量Rf、Rs、HVID、J0及J45分别有2.11%（6/284）、0.70%（2/284）、4.56%（13/284）、7.39%（21/284）及4.93%（14/284）的测量值位于95%LoA外，95%LoA分别为-0.69～0.67 D、-1.32～1.38 D、-1.45～0.97 D、-1.26～1.46 D、-1.18～1.39 D，95%LoA内最大差值的绝对值分别为0.68、0.98、1.40、1.42、1.37，见图3。

3 讨论

调查显示，2000年至2050年全球近视的发病率将显著上升［4］，全国儿童青少年总体近视率为53.6%［5］，随着我国近视发生率越来越高，屈光矫正和控制越来越受重视，角膜曲率、角膜直径、角膜散光精准化的测量为人工晶体度数计算、屈光状态评估、接触镜验配等提供重要参考。本研究主要比较电脑验光仪、角膜地形图和眼前节分析系统三种仪器测量出来的角膜曲率Rf、Rs、角膜直径HVID、散光矢量J0及J45的一致性。

本研究发现，角膜曲率Rf和Rs的测量值在电脑验光仪、角膜地形图及眼前节分析系统间的差异无统计学意义，且三者间的测量结果高度相关，相关性均具有统计学意义，这与相关研究结果一致［6-7］，角膜曲率差异无统计学意义，测量结果相近，在使用电脑验光仪和角膜地形图测量角膜曲率Rf时，白若濛［8］同样认为差异无统计学意义。Bland-Altman散点图显示，测量值Rf差值的均数接近0 的基线，位于95%LoA外的测量值<5%，一致性较好；测量值Rs差值的均数接近0的基线，位于95%LoA外的测量值<5%，95%LoA内最大差值的绝对值分别为0.71、1.25、0.98，随着现代手术的发展，个体的角膜曲率数据是关键，研究表明，术前角膜曲率的测量相差1.00 D，术后则会导致0.8～1.3 D 的屈光误差［9］，这样的屈光误差在临床上不能被接受，因此本实验认为，电脑验光仪与角膜地形图的陡峭角膜曲率值在临床应用中，测得结果可以相互补充相互验证，但眼前节分析系统的测量值与其他仪器的测量值不可互相替代，推测一致性差异的主要因素可能与眼前节分析系统的测量原理有关，眼前节分析系统是用了旋转式的Scheimp-flug 摄像机，通过裂隙光带旋转断层扫描矩阵样数据点，从0～180°的角度拍摄25～50张裂隙图像，生成三维图像，可获得全角膜前表面后表面地形图，眼前节分析系统测量的为高度数据，与测量方向和参考点的轴位无关，由精确的高度数据计算出角膜曲率等眼前节参数；电脑验光仪采用旋转棱镜技术来评估角膜屈光状态，以自动调节系统对受检者眼睛进行验光，操作较为简单，能够迅速测出被检者眼睛屈光度情况［10］，其中角膜曲率的测量原理是采用红外线为光源投射到角膜上，根据利用光学反射原理测量角膜前表面曲率半径，转化为屈光度，测量的仅为3 mm角膜范围内的四个点，忽略了角膜周边部的情况［11］，因此测量结果与眼前节分析系统一致性较差；角膜地形图是基于placido 盘的原理，将25～34 个同心圆环均匀地投射到角膜表面，同时系统进行实时动态摄像，通过区域化角膜形态将其以彩色编码图形式呈现出来［12］，但placido盘只能粗略地定性描述角膜表面的形态，对角膜表面微小的变化则难于发现，不能完整的对角膜进行描述［13］，可能对实验数据的差异造成影响。眼前节分析系统的设计可以准确检测角膜前后表面曲率，相比较电脑验光仪的测量和角膜地形图原理，眼前节分析系统测量的角膜曲率可能更为准确，在涉及人工晶状体屈光度的计算、角膜形态不规则的病人可优先考虑选择眼前节分析系统，这与部分学者［1，14-15］的观点相同，应该优先考虑使用眼前节分析系统进行测量。同时也有学者提出，眼前节分析系统对于使用角膜塑形镜的近视病人，在眼前节相关参数监测有着重要的指导价值［16］。

水平角膜直径为屈光手术、接触镜验配等操作提供重要参考。临床上会根据水平角膜直径大小为角膜屈光手术选择负压吸引环，水平角膜直径是接触镜验配的镜片直径与基弧选择的重要参数，更是与选择人工晶状体大小密切相关。电脑验光仪、角膜地形图及眼前节分析系统测量角膜直径HVID时差异有统计学意义，相关性较低，Bland-Altman 散点图显示，一致性较差，有研究显示，20～45 岁组病人角膜直径与年龄无显著相关［17］，随年龄增大，晶状体厚度增加，弯曲度增加，导致眼前节结构出现相应的变化，而角膜直径未见明显改变的情况下，临床使用时，不仅需根据设计原理对仪器进行选择，还应考虑年龄。

近年来，有研究指出，角膜散光的特征有助于眼科医师改进手术程序，选择合适的人工晶状体以获得高质量的术后视力［18］，散光度数和轴向分别对比，容易忽视散光与轴向间的相互关系，本研究采用傅里叶转换公式，将散光度数及轴向转换为J0和J45，进行分析。散光矢量J0及J45的测量值，三种仪器间差异有统计学意义，一致性较差，临床使用HV‑ID、J0及J45时需根据仪器原理、要求进行选择，这与相关研究的观点一致［2］。

不同仪器测量结果之间存在差异的可能原因包括：（1）三种仪器的测量原理；（2）三种仪器间的测量范围不同；（3）操作者的人为误差和病人的配合度；（4）测量仪器本身的系统误差；（5）存在受到泪膜影响的可能。这些因素对于不同仪器的结果影响需要进一步研究。本研究使用仪器均为自动测量仪，适合配合度好的病人，对于配合欠佳、眼睑过小、睫毛过长、角膜缘有病变等结合手动测量更为可靠，以确保ICL选择的准确性［19］。

综上所述，电脑验光仪、角膜地形图和眼前节分析系统在测量Rf时相关性高且一致性较好，测得结果可以相互补充相互验证，在测量角膜直径HV‑ID、J0及J45时一致性较差，使用时需根据仪器原理、临床要求进行选择；电脑验光仪与角膜地形图在测量Rs时相关性高且一致性较好，眼前节分析系统与另外两种仪器的测量结果一致性较差，使用时需根据仪器原理、临床要求进行选择。本实验的不足之处：结果针对在校大学生的进行研究，忽略了三种仪器对不同程度屈光不正以及不同年龄的差异比较；受试者均为正常青年，具有很好的理解力和配合能力，对于老年病人、角膜异常病人或者屈光术后病人需进一步研究，才能得出客观的结论；因而所得结果只能证明三种仪器在测量“正常”角膜时具有良好的相关性和一致性。