不同屈光状态学龄期儿童角膜前表面区域Q值的研究

郭燕 琚霄慧 金卡露 夏哲人 郑穗联

作者单位：1温州医科大学附属第二医院育英儿童医院眼科，温州 325027；2温州医科大学附属衢州医院眼科，衢州 324000

角膜前表面的非球面性是决定人眼成像质量的重要因素，通常采用Q值进行定量描述。角膜前表面的非球面性并不一致，在角膜不同区域或不同直径范围内Q值不同，全角膜平均Q值或某角膜子午线Q值并不能准确地描述角膜的非球面性。Bennett和Rabbetts提出的弧矢曲率半径Q值计算方法中的弧矢曲率半径并不是真实的曲率半径，且该方法只能计算4 条半主子午线上的Q值。Pentacam等设备的内部软件提供的数据也只包括鼻、颞、上、下4 条半子午线的角膜Q值及全角膜平均Q值。Ying等和Zheng等的研究中采用的正切曲率半径Q值计算方法中的正切曲率半径是真正的曲率半径，对局部曲率变化特别是角膜周边区比较敏感，能更好代表角膜形态，且该方法可以计算任意半子午线或区域的角膜Q值。

我国屈光不正儿童众多，仅近视在城市地区儿童患病率已接近80%。充分了解儿童角膜形态在儿童近视机制研究和儿童角膜塑形镜验配等临床工作均至关重要。本研究应用Pentacam眼前节分析仪测量我国不同屈光状态的学龄期儿童角膜形态，通过正切曲率半径计算各区域角膜前表面Q值，探索我国学龄期儿童在不同屈光状态下各区域角膜前表面Q值的特点，从而为建立个体化角膜前表面模型及个性化的角膜塑形镜验配提供理论依据。

1 对象与方法

1.1 对象

选择2018年9月至2019年10月于温州医科大学附属第二医院育英儿童医院眼科门诊就诊的正常发育的学龄期儿童。纳入标准：①年龄6～13岁；②-6.00 D≤等效球镜度（SE）≤+5.00 D，散光≤3.00 D，矫正视力≥0.8 的眼球发育正常者；③无眼部手术史、外伤史、眼部器质性病变；④无角膜瘢痕、不规则散光者；⑤无眼部刺激症状影响成像质量者；⑥无角膜接触镜配戴者。按照右眼SE进行分组：中度近视组：-6.00 D≤SE＜-3.00 D；低度近视组：-3.00 D≤SE＜-0.25 D；正视组：-0.25 D≤SE≤+0.50 D；低度远视组：+0.50 D＜SE≤+3.00 D；中度远视组：+3.00 D＜SE≤+5.00 D。本研究遵循赫尔辛基宣言，经医院伦理委员会批准（批号：LCKY2020-159），所有研究对象的监护人均详细了解本研究的目的、过程及步骤，并签定知情同意书。

1.2 检查方法

对所有研究对象均进行全面的眼部检查：包括检影验光、主觉验光、裂隙灯显微镜检查及直接检眼镜检查，筛选符合入选标准的研究对象。由同一位熟练的技术人员采用Pentacam 70700眼前节分析仪（德国OCULUS公司）对每例研究对象行角膜数据采集。图像成像质量都需达到OK标准，角膜前表面有效数据值大于95%。

从Pentacam眼前节分析仪角膜前表面切向曲率图中，导出角膜前表面7 mm直径范围内的所有点的切向曲率半径值

r

。将角膜前表面分为鼻（315°-45°）、上（45°-135°）、颞（135°-225°）、下（225°-315°）4个区域，建立区域内的角膜前表面子午切面的二次曲线模型

y

=

a

z

+

a

z

，（其中a、a为二次曲线的系数），通过公式推导得到，将正切曲率半径

r

代入该公式，通过回归拟合计算得到回归系数b 和c，再由计算得到该区域Q值。具体计算方法、方法的可靠性及准确性在先前研究中均有论述。

1.3 统计学方法

系列病例研究。采用SPSS 25.0软件进行统计学分析。计量资料通过单样本Kolmogorov-Smirnov检验进行正态分布检验，Levene检验进行方差齐性检验。符合正态分布的数据资料以表示。各区域角膜前表面Q值经方差齐性检验后行随机区组资料方差分析，若差异有统计学意义则再采用LSD多重比较分析两两区域间角膜前表面Q值差异。不同屈光组间的区域角膜前表面Q值经方差齐性检验后行单因素方差分析。采用Pearson相关分析SE与各区域角膜Q值的相关性。以

P

＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

本研究共纳入学龄期儿童192例，其中男94例，女98例，年龄6～13岁，平均年龄9.4岁，采集右眼数据。

2.1 各区域角膜前表面Q值的比较

鼻、上、颞、下4 个区域的角膜前表面Q值分别为-0.50±0.13、-0.62±0.15、-0.31±0.10、-0.42±0.18，随机区组资料的方差分析显示4个区域内的角膜前表面Q 值差异有统计学意义（

F

=215.19，

P

＜0.001），LSD多重比较分析显示任两区域角膜前表面Q值差异均具有统计学意义，颞、下、鼻、上区域角膜前表面变平坦趋势依次增快（见表1）。

2.2 各区域角膜前表面Q值在不同屈光组间的比较

不同屈光组的鼻侧及下方角膜前表面Q值差异具有统计学意义（见表2），随着SE的增大，鼻侧、下方区域角膜前表面变平坦的趋势增快，两区域的角膜Q值和SE的Pearson相关分析显示均呈负相关（

r

=-0.38，

P

＜0.001；

r

=-0.16，

P

=0.031），不同屈光组在上、颞侧2个区域角膜前表面Q值差异均无统计学意义。

表1.各区域间角膜前表面Q值的LSD多重比较（192眼）
Table 1.The LSD multiple comparison of the anterior corneal Q values of four regions (192 eyes)

Data in the table were the mean difference of anterior corneal Q values.Q,anterior corneal Q values of nasal region;Q,anterior corneal Q values of superior region Q values;Q,anterior corneal Q values of temporal region;Q,anterior corneal Q values of inferior region.,＜0.05.

2.3 各区域角膜前表面Q值差值在不同屈光组间的比较

鼻颞侧Q值差值在不同屈光组间差异均有统计学意义（见表3），且随SE的增大，鼻颞侧Q值差异变小，两者有相关性（

r

=-0.42，

P

＜0.001）。上下方Q值差值在不同屈光组间的方差分析中虽差异存在统计学意义，但随SE的增大，上下方Q差值并无明显规律性增加或减少。

3 讨论

角膜前表面非球面性是指角膜曲率从中央到周边逐渐变化的趋势，一般采用Q值进行定量描述。既往研究表明儿童角膜前表面平均Q 值为-0.85～0.63，大部分角膜前表面呈长椭圆形，角膜曲率从中央到周边逐渐变平坦。然而角膜前表面的非球面性并不是一致的，在角膜不同区域或不同直径范围内Q值并不相同，全角膜平均Q值无法准确地描述角膜各区域的非球面性。陈佳等采用Pentacam设备内部软件获得成人角膜前表面鼻侧、颞侧、上方、下方半子午线Q值，分析显示四者存在差异，其中鼻侧较颞侧、上方较下方角膜曲率变平坦趋势更快。Zhang等采用Wavelight-ALLEGRO Topographer获得6～85岁人群角膜前表面数据，研究发现角膜前表面Q值鼻侧较颞侧小、上方较下方小。虽上述研究已经提示角膜前表面非球面的不一致性，但目前多数研究只能通过检查设备内部软件程序获得半子午线Q值进行分析，无法获得区域角膜Q值，且针对学龄期儿童人群的研究鲜见报道。本研究通过Pentacam设备获得角膜前表面正切曲率半径，建立二次曲面模型，从而获得角膜鼻侧、颞侧、上方、下方区域的角膜前表面Q值。本研究计算获得的学龄期儿童角膜前表面鼻、上、颞、下4 个区域的角膜Q值分别为-0.50±0.13、-0.62±0.15、-0.31±0.10、-0.42±0.18，均在0至-1之间，表明4个区域内角膜曲率从中央到周边逐渐变平坦，这与既往研究相一致。本研究发现学龄期儿童颞、下、鼻、上4个区域角膜Q值存在差异，且逐渐变小，表明4 个区域角膜曲率变平坦趋势依次增快。从解剖因素考虑可能是由于重力、眼外肌力量、眼外肌附着点等不同所致。内直肌止端离角膜缘最近，且肌束较宽，上直肌虽然离角膜缘最远，但是肌束最宽，所以两者的肌肉力量强，鼻侧及上方角膜从中间到周边变平坦的速度更快；另外，鼻侧巩膜较颞侧平坦，所以鼻侧角膜需要较颞侧更快变平坦才能维持平缓的衔接。

表2.不同屈光组间各区域角膜前表面Q值的比较
Table 2.Comparison of the anterior corneal Q values of four regions among different refracive groups

,number of eyes.Data were expressed as means±standard deviations.Q,anterior corneal Q values of nasal region;Q,anterior corneal Q values of superior region Q values;Q,anterior corneal Q values of temporal region;Q,anterior corneal Q values of inferior region.

表3.不同屈光组间角膜前表面区域Q值差值的比较
Table 3.Comparison of the anterior corneal Q values difference between regions among different refractive groups

,number of eyes.Data were expressed as means±standard deviations;Q,the anterior corneal Q values difference between nasal and temporal region;Q,the anterior corneal Q values difference between superior and inferior region.

既往研究中角膜Q值与屈光状态之间的关系并无明确结论。Zhang等的研究中成人中度近视组的平均角膜Q值与高度近视组、超高近视组间存在差异，且随着近视度数的增加Q值更小，但两者相关性较弱。Hashemi等研究表明成人的远视、正视、近视组的平均角膜Q值差异无统计学意义，而在近视组内低度近视组较高度近视组的Q值更小。Fuller和Alperin则指出角膜Q值和屈光度无相关性。以上研究中的结论截然不同，研究中均采用角膜平均Q值进行分析。本研究将角膜前表面进行区域划分，发现不同屈光状态组鼻侧及下方角膜前表面Q值存在差异，且随着SE的增加，角膜前表面Q值更小，两者存在相关性；颞侧和上方区域的角膜Q值在不同屈光状态组中差异无统计学意义。既往关于周边屈光的研究显示1年的随访中不同屈光组的屈光度变化量和周边屈光度变化量仅在鼻侧区域具有相关性，颞侧区域没有相关性，该现象和本研究中角膜Q值的规律具有一致性，故本研究大胆提出鼻侧及下方角膜Q值的差异引起周边屈光状态及周边像差的差异，从而可能影响儿童近视的发生及发展，但这些均需进一步研究加以证明。

本研究还发现在不同屈光组的鼻颞侧Q差值存在差异，且随SE的增加，鼻颞侧Q值差值进一步增大，两者Pearson相关分析具有统计学意义。Li等研究发现角膜鼻颞侧子午线Q值差值明显影响角膜塑形镜的偏心情况，角膜塑形镜偏心组的鼻颞侧子午线Q值差值比非偏心组大，且ROC曲线显示鼻颞侧子午线和上下方子午线Q值差值的总和是预测角膜塑形镜偏心情况的敏感指标，其曲线下面积达到0.778。因此角膜塑形镜设计时需要考虑角膜前表面Q值的鼻颞侧不对称性。而目前角膜塑形镜的设计主要基于角膜屈光度、曲率以及主觉验光结果，而未考虑不同个体各区域角膜前表面Q值的差异，无法达到角膜塑形镜与角膜前表面的良好匹配，从而影响角膜塑形镜配戴后的视觉质量及近视矫正效果。

本研究应用Pentacam眼前节分析仪测量我国不同屈光状态的学龄期儿童的角膜形态，通过正切曲率半径计算不同区域角膜前表面的Q值，发现不同区域内的角膜前表面Q值存在差异，不同屈光状态的鼻侧及下方角膜前表面Q值，鼻颞侧角膜Q值差值存在差异，且均与SE存在相关关系。本研究提示不同屈光度的儿童矫正屈光时需考虑各区域角膜Q值，以提高成像质量。进行角膜塑形镜验配时，将各区域角膜Q值融入角膜塑形镜的设计，可以制作与角膜更加匹配的个性化角膜塑形镜，从而有望达到更好的矫治效果。各区域角膜Q值的不同是否会引起周边屈光及像差的不同而影响儿童近视的发生及发展仍需进一步的研究。

利益冲突申明

本研究无任何利益冲突

作者贡献声明

郭燕：参与选题、设计，数据采集及资料的分析和解释；撰写论文；对编辑部的修改意见进行修改。琚霄慧：参与选题、设计和数据采集。金卡露：参与数据采集及撰写论文。夏哲人：参与资料的分析和解释，修改论文中关键性结果、结论。郑穗联：参与选题、设计，资料的分析和解释，修改论文中关键性结果、结论，对编辑部的修改意见进行核修