각막 지형도
각막 지형 검사
1. 각막 지형 검사란?
섹션 제목: “1. 각막 지형 검사란?”각막 지형 검사(각막 토포그래피)는 각막 전면과 후면의 곡률과 형태를 정량적으로 측정하는 검사입니다. 각막 불규칙 난시의 검출 및 정량화, 질환의 진행 판정, 굴절 교정 수술에의 응용을 주요 목적으로 합니다.
역사적으로 17세기 초 Scheiner가 각막 반사를 이용한 연구를 수행했으며, 19세기 후반에 Placido 디스크가 도입되었습니다. 현대 장치는 동심원 링, 슬릿광 또는 간섭광을 사용하여 각막 전체를 고정밀도로 매핑할 수 있습니다.
**각막 지형도(topography)**는 주로 Placido 링 반사를 이용하여 각막 전면의 형태(곡률)를 측정하는 기술입니다. 반면, **각막 단층촬영(tomography)**은 Scheimpflug 카메라나 전안부 OCT를 사용하여 각막의 전면, 후면 및 두께를 포함한 3차원 구조를 측정하는 발전된 기술입니다1). 임상에서는 지형도와 단층촬영을 결합하여 포괄적인 각막 평가를 수행합니다.
각막 단층촬영
Q
지형도와 단층촬영의 차이점은 무엇인가요?
2. 장치의 종류와 특징
섹션 제목: “2. 장치의 종류와 특징”각막 지형 분석기는 측정 원리에 따라 크게 4가지 유형으로 분류됩니다1).
Placido형 장치
섹션 제목: “Placido형 장치”
Kanclerz P, Khoramnia R, Wang X. Current Developments in Corneal Topography and Tomography. Diagnostics (Basel). 2021;11(8):1466. Figure 1. PMCID: PMC8392046. License: CC BY.
Oculus Keratograph 5M으로 촬영한 Placido 링 반사상(왼쪽)과 동심원 링 이미지로부터 계산된 축방향 곡률 지도(오른쪽)를 보여줍니다. 본문 “Placido형 장치” 항목에서 다루는 Placido 링 반사 원리와 축방향 곡률 지도에 해당합니다.
Mire 링(흑백 동심원)을 각막 전면(각막 전 눈물막)에 투영하고, 반사상의 형태로부터 각막 곡률 반경 및 굴절력을 정량적으로 측정합니다. 대표 장치: TMS(TOMEY사), Atlas, Keratograph.
장점: 높은 공간 분해능과 재현성. 각막 전면 측정에 최적입니다.
한계: 눈물막 불안정성의 영향을 받습니다. 각막 후면은 측정 불가능합니다. 각막 표면의 약 60%만 평가되므로 주변부 병변 검출에 제한이 있습니다6). 심한 각막 형태 이상에서는 Mire 링의 묘사가 어려워집니다.
Placido 링의 Mire 상은 검사 장치 없이도 각막 불규칙성을 정성적으로 평가할 수 있으며, 특히 소아 환자나 비협조적인 환자에서 유용합니다4).
Scheimpflug형 장치(슬릿 스캔형)
섹션 제목: “Scheimpflug형 장치(슬릿 스캔형)”Scheimpflug 카메라로 회전 슬릿광을 촬영하여 각막 전후면의 3차원 구조를 재구성합니다. 각막 전면 형태, 후면 형태, 각막 두께 측정 및 각막 전체의 굴절력과 고차 수차 측정이 가능합니다1). 대표 장치: Pentacam(OCULUS사), Galilei(듀얼 Scheimpflug + Placido), Sirius(Scheimpflug + Placido).
장점: 전후면 곡률, 엘리베이션, 각막 두께 지도를 동시에 획득 가능합니다.
한계: 측정 중 눈부심; 각막 혼탁 예에서는 산란으로 인해 단면 묘사가 어려워집니다.
전안부 OCT
섹션 제목: “전안부 OCT”간섭광을 이용한 분석으로 눈물과 혼탁의 영향을 덜 받으며, 주변부 정보도 얻을 수 있습니다. SS-OCT(파장 1,310nm)는 CASIA2(TOMEY사)가 대표적이며, 측정 범위가 넓어 각막 전체를 한 화면에 묘사할 수 있습니다. SD-OCT(파장 840nm)는 고해상도를 실현합니다.
장점: 비접촉, 고속, 각막 혼탁 예에서도 평가 가능. 눈물막의 영향이 적습니다.
한계: 눈물막 파괴(안구건조증) 평가에는 적합하지 않습니다.
파면수차 분석기
섹션 제목: “파면수차 분석기”Placido형 장치(각막 형태 및 수차 측정)와 Hartmann-Shack 방법(파면 센서를 이용한 굴절 수차 측정)을 결합하여 각막 굴절 데이터와 안구 굴절 데이터를 비교할 수 있습니다.
장치별 특징은 다음과 같습니다.
| 장치 | 측정 원리 | 전면 | 후면 | 각막 두께 |
|---|---|---|---|---|
| Placido형 | 링 반사 | ○ | × | × |
| Scheimpflug형 | 회전 슬릿 | ○ | ○ | ○ |
| 전안부 OCT | 광간섭 | ○ | ○ | ○ |
3. 검사 술기와 결과 해석
섹션 제목: “3. 검사 술기와 결과 해석”검사 술기
섹션 제목: “검사 술기”검사자의 머리를 턱받이와 이마받이에 고정하고, 주시등을 정면으로 주시하게 합니다. 초점과 중심 맞춤 조정이 측정 정확도에 직접 영향을 미칩니다. 눈꺼풀의 영향을 최소화하기 위해 충분히 눈을 뜨도록 권장합니다. 최소 2회 촬영하여 재현성을 확인합니다.
콘택트렌즈 중단 기간: 콘택트렌즈는 각막 형태를 일시적으로 변화시킵니다. 정확한 데이터 획득을 위해 하드(RGP) 렌즈는 2주 이상, 소프트 렌즈는 1주 이상 착용을 중단해야 합니다. 굴절 교정 수술 적응 판단 시, 콘택트렌즈 중단 후 여러 번 측정하여 재현성을 확인하는 것이 권장됩니다6).
검사 결과 확인 시, 먼저 초점과 중심이 일정 범위 내에 있는지 확인하고, 자동 디지타이제이션이 다른 링을 잘못 인식하지 않았는지 확인합니다. 그 다음 컬러 코드 맵을 통한 파워 스케일 평가를 수행합니다.
각막 형태 지수
섹션 제목: “각막 형태 지수”각막 형태의 정량적 평가에 다음 지수가 사용됩니다.
| 지수 | 의미 |
|---|---|
| SimK (모의 각막곡률) | 각막 경선 6~8번째 링 평균값 중 최고값 |
| SimK1/Ks | 강주경선 |
| SimK2/Kf | SimK1과 직교하는 경선 |
| AveK (평균 각막곡률) | SimK1과 SimK2의 평균 |
| MinK (최소 각막곡률) | 약주경선 |
| SAI (표면 비대칭 지수) | 각막 대칭성을 나타내는 지수 |
| SRI (표면 규칙성 지수) | 각막의 국소적 균일성을 나타내는 지수 |
| PVA (잠재 시력) | SRI로부터 예측된 교정 시력 |
지도 유형과 판독 방법
섹션 제목: “지도 유형과 판독 방법”파워 맵 (Axial / Tangential / Refractive): 각막 굴절력을 컬러 코드로 표시합니다. Axial power는 기울기에 기반하여 노이즈에 강하고 전체 난시 평가에 적합합니다. Tangential (instantaneous) power는 국소 곡률을 반영하며 원추각막 정점 식별에 탁월합니다. Refractive power는 스넬의 법칙에 기반한 광학 특성을 반영합니다.
엘리베이션 맵: 각막 표면과 기준 구면 간의 차이를 높이로 표시합니다. 전면 및 후면의 고립된 융기는 각막 확장증의 중요한 지표입니다 6). 후면 엘리베이션 맵은 잠재성 원추각막 검출에 높은 민감도와 특이도를 보입니다 6).
파키메트리 맵: 각막 두께 분포를 표시합니다. 정상 각막에서는 중심이 가장 얇고 주변으로 갈수록 점차 두꺼워집니다. 편심된 얇은 부위는 각막 확장증을 시사합니다.
해석 절차
섹션 제목: “해석 절차”- 환자 정보(우안/좌안) 확인
- 쿼드 맵(4화면 표시)으로 전체적인 모양 파악
- 컬러 스케일의 범위와 기울기 확인(0.5D 고정 간격의 절대 스케일 권장)
- 녹색은 정상 범위에 해당합니다. 붉은색이 과도하면 거의 항상 이상을 나타냅니다.
- 수치 오버레이(SimK, 최소 각막 두께, Kmax 등) 확인
- 세극등 소견과 대조합니다. 각막 반흔, 안구건조증, 신생혈관으로 인한 인공물에 주의합니다.
Q
콘택트렌즈 중단 기간은 얼마나 필요합니까?
A
하드(RGP) 렌즈는 2주 이상, 소프트 렌즈는 1주 이상 착용을 중단해야 합니다. 콘택트렌즈는 각막 형태를 일시적으로 변화시키므로, 특히 굴절 교정 수술 적응 판단에서는 중단 후 여러 번 측정하여 재현성을 확인하는 것이 권장됩니다 6).
4. 원추각막의 선별검사와 진단
섹션 제목: “4. 원추각막의 선별검사와 진단”
de Paiva Barreto M Jr, et al. Corneal ectasia following photorefractive keratectomy: a confocal microscopic case report and literature review. Arq Bras Oftalmol. 2024;87(6):e2021-0296. Figure 1. PMCID: PMC11629660. License: CC BY.
OCULUS Pentacam을 이용한 양안 수술 전 각막 단층촬영. 전면 엘리베이션, 후면 엘리베이션, 축방향 곡률, 각막 두께의 4맵이 표시되며, 경계선 의심 사례의 형태 평가에 사용되었습니다. 본문 “원추각막의 선별검사와 진단” 항목에서 다루는 Scheimpflug형 장치를 이용한 전후면 3차원 평가에 해당합니다.
각막 지형검사는 원추각막 의심 사례의 조기 선별검사에서 표준입니다 6). 초기 원추각막은 세극등 현미경 검사에서 정상으로 보이는 경우가 많으며, 지형검사가 유일한 단서가 될 수 있습니다.
장치별 특징적 소견
섹션 제목: “장치별 특징적 소견”Placido형 소견: 중심부 링 불규칙, 주변부 링 투영 불가, 비대칭 성분이 큼. 하방 급경사(I-S 비율 ≥ 1.2)와 방사축의 21° 이상 왜곡이 전형적인 패턴입니다 6). 선별 지표로 Klyce/Maeda법, Smolek/Klyce법이 사용됩니다.
Scheimpflug형 소견: 각막 후면 돌출부의 하방 편심, 각막 두께 얇아짐을 조기에 검출할 수 있습니다. 후면 고도 지도는 전면 변화보다 먼저 나타날 수 있습니다.
전안부 OCT: 각막 실질의 얇아짐과 중앙~하방의 원뿔 모양 돌출을 약 10μm 해상도로 평가할 수 있습니다.
Belin-Ambrosio Enhanced Ectasia Display
섹션 제목: “Belin-Ambrosio Enhanced Ectasia Display”Belin-Ambrosio enhanced ectasia display는 Pentacam에서 각막 두께 공간 프로필(CTSP), 백분율 두께 증가(PTI), 전후면 고도의 편차를 통합 표시하여 각막 확장증 선별 정확도를 향상시킨 기능입니다 5). Corvis ST와 병용한 tomographic and biomechanical index(TBI)는 각막 생체역학을 고려한 종합적 선별을 가능하게 합니다 5).
비전형 사례 주의
섹션 제목: “비전형 사례 주의”측방 급경사(temporal keratoconus)에서는 표준 I-S 비율이 정상 범위 내에 들어갈 수 있습니다. 14세 증례에서 Pentacam에 의해 이측의 급경사와 얇아짐이 검출되었고, T-N(temporal-nasal) 비율이 진단에 유용했습니다 3). 이는 I-S 비율뿐만 아니라 다각적 평가의 중요성을 시사합니다.
투명가장자리변성(PMD)에서는 lobster claw(가재 발톱) 패턴이라고 불리는 특징적인 하방 급경사가 검출됩니다. 10대 증례에서는 Belin-Ambrosio enhanced ectasia display와 Corvis ST에 의한 각막 생체역학 평가가 진단에 유용했습니다 5).
ABCD 분류에 의한 진행 평가
섹션 제목: “ABCD 분류에 의한 진행 평가”ABCD 분류 시스템은 각막 확장증의 진행 평가에 사용됩니다. 다음 4가지 요소로 구성됩니다 6):
- A(전면 곡률): 최대 곡률 반경 3mm 영역의 전면 곡률
- B(후면 곡률): 최대 곡률 반경 3mm 영역의 후면 곡률
- C(최소 각막 두께): 최소 각막 두께(μm)
- D (최대교정시력): Snellen 시력
진행은 전면 급경사화, 후면 급경사화, 얇아짐 중 2개 이상이 확인되는 것으로 정의됩니다6). 소아·청소년에서는 77%의 눈에서 단층촬영상 진행이 확인되었으며7), 정기적인 경과 관찰이 중요합니다.
Q
각막 지형검사는 원추각막의 조기 발견에 도움이 됩니까?
5. 검사 소견에 대한 대응
섹션 제목: “5. 검사 소견에 대한 대응”원추각막 진행 예에 대한 대응
섹션 제목: “원추각막 진행 예에 대한 대응”ABCD 분류에서 진행이 확인된 경우 각막 콜라겐 교차결합술(CXL)의 적응증이 됩니다. CXL 후 6개월~1년마다 추적 관찰하여 진행 정지를 확인합니다. CXL 후 각막 형태 평가에도 지형검사·단층촬영이 사용됩니다.
굴절 교정 수술 전 평가
섹션 제목: “굴절 교정 수술 전 평가”잠재적 각막 확장증의 배제는 굴절 교정 수술의 적응증 판단에 필수적입니다6). 지형검사 선별검사에서 이상을 발견하면 수술을 중단하고 하드 콘택트렌즈 또는 각막 이식을 고려합니다.
PRK 및 SMILE은 LASIK에 비해 수술 후 각막 확장증의 위험이 낮은 것으로 알려져 있습니다6). 수술 후 각막에서 발생한 디옵터 변화 평가 및 편심 절삭 검출에 지형검사를 사용합니다.
지형검사 유도 LASIK(CONTOURA 등)에서는 Topolyzer Vario로 획득한 각막 전면 데이터가 레이저 조사 패턴을 직접 결정합니다2). 자각 굴절 검사의 난시값과 지형검사의 난시값 불일치를 처리하는 3Z 노모그램이 제안되었습니다2).
백내장 및 기타 수술
섹션 제목: “백내장 및 기타 수술”백내장 수술 전 각막 불규칙 난시 평가에 지형검사가 사용됩니다. 토릭 IOL의 축 설정 정확도 향상에 기여합니다. 각막 이식 후 난시 평가, 콘택트렌즈 피팅, 익상편에 의한 각막 형태 변화 평가에도 사용됩니다.
또한, 아데노바이러스 결막염 후 상피하 침윤(SEI)에 의한 불규칙 난시 평가에서 Placido 링의 마이어 상이 SS-OCT 컬러 맵보다 표면 불규칙성을 더 민감하게 감지할 수 있다고 보고되었습니다4). 타크로리무스 점안 치료 모니터링에도 Placido 링의 경시적 촬영이 유용했습니다4).
6. 측정 원리의 상세
섹션 제목: “6. 측정 원리의 상세”각막 굴절력의 세 가지 정의
섹션 제목: “각막 굴절력의 세 가지 정의”각막 지형도에서 사용되는 각막 굴절력에는 세 가지 정의가 있습니다.
축 굴절력(시상 굴절력) : Pa = (n-1)/d. 측정점의 법선에서 기준축까지의 거리 d로 계산합니다. 기울기에 기반하여 노이즈에 강하며, 각막곡률계와 동등한 측정을 넓은 영역으로 확장한 것입니다.
순간 굴절력(접선 굴절력) : Pi = (n-1)/r. 측정점의 국소 곡률 반경 r로 계산합니다. 국소 형상 변화를 더 정확하게 반영하지만 노이즈에 약합니다.
굴절력(초점 굴절력) : Pr = n/f. 초점 거리 f에 기반합니다. 스넬의 법칙에 기반하여 광학적 특성을 가장 정확하게 반영합니다.
각막곡률지수(Keratometric Index)의 문제
섹션 제목: “각막곡률지수(Keratometric Index)의 문제”자동각막곡률계나 플라시도 방식 장치는 각막 전면만 측정하고 후면을 고려하지 않습니다. 각막 전면과 후면의 형태가 비례 관계에 있다고 가정하고, 각막곡률지수(보통 1.3375)를 사용하여 전체 각막 굴절력을 계산합니다. 이 가정은 정상 각막에서는 대체로 성립하지만, 굴절 교정 수술 후나 각막 확장증에서는 전후면의 비례 관계가 깨져 오차가 발생합니다1).
샤임플러그 원리
섹션 제목: “샤임플러그 원리”샤임플러그 원리에서는 물체면, 렌즈면, 상면에서 그은 접선이 한 점(샤임플러그 교점)에서 교차하도록 렌즈면과 상면을 조작하여, 비평면 대상에서도 초점이 맞은 이미지를 얻습니다1). 이 원리를 통해 슬릿광의 각막 단면상을 왜곡 없이 촬영할 수 있습니다.
파면 수차 분석과의 통합
섹션 제목: “파면 수차 분석과의 통합”각막 형태 분석과 파면 수차 분석을 결합하면 구면·원주면(2차 수차)에 더하여 고차 수차(코마 수차, 구면 수차 등)를 정량적으로 평가할 수 있습니다. 수차는 Zernike 다항식으로 전개되고 RMS(root mean square) 값으로 정량화됩니다. 원추 각막에서는 수직 코마 수차의 현저한 증가가 특징적입니다6). 일부 장치는 지형도와 수차 분석을 동시에 수행할 수 있습니다1).
7. 최신 연구와 향후 전망
섹션 제목: “7. 최신 연구와 향후 전망”복합 장치의 발전
섹션 제목: “복합 장치의 발전”최근에는 지형도/단층촬영과 생체계측(안축장, 전방 깊이 등)을 통합한 복합 장치가 등장하고 있습니다1). 안내렌즈 도수 계산에서 각막 전체 굴절력(Total Corneal Refractive Power)의 개념이 제안되었으며, 특히 굴절교정 수술 후 백내장 수술에서 도수 계산 정확도 향상이 기대됩니다1).
AI 각막 형태 분석
섹션 제목: “AI 각막 형태 분석”AI(머신러닝/딥러닝)를 이용한 각막 형태 분석 연구가 진행 중입니다. 지형도 데이터로부터 원추각막 자동 검출 및 진행 예측에의 응용이 검토되고 있지만, 현재는 연구 단계입니다.
각막 확장증의 조기 검출 기술
섹션 제목: “각막 확장증의 조기 검출 기술”비전형적인 예로 측두부 원추각막(temporal keratoconus)의 보고3)는 표준적인 I-S 비율뿐만 아니라 T-N 비율을 포함한 다각적 평가의 중요성을 보여줍니다. Placido 링의 재평가로서, 고급 장치를 사용할 수 없는 환경에서도 정성적 평가가 각막 표면 이상의 간편한 선별 수단이 될 수 있다고 보고되었습니다4).
8. 참고문헌
섹션 제목: “8. 참고문헌”
- Kanclerz P, Khoramnia R, Wang X. Current developments in corneal topography and tomography. Diagnostics. 2021;11:1466.
- Khamar P, Shetty R, Annavajjhala S, et al. Impact of crossplay between ocular aberrations and depth of focus in topo-guided laser-assisted in situ keratomileusis outcomes. Indian J Ophthalmol. 2023;71:467-475.
- Zhang LJ, Traish AS, Dohlman TH. Temporal keratoconus in a pediatric patient. Am J Ophthalmol Case Rep. 2023;32:101900.
- Toyokawa N, Araki-Sasaki K, Kimura H, et al. Evaluating anterior corneal surface using Placido ring mires for irregular astigmatism in refractory corneal subepithelial infiltrates after adenoviral conjunctivitis. BMC Ophthalmol. 2024;24:515.
- Nelapatla GI, Chaurasia S. Pellucid marginal corneal degeneration in a teenager. BMJ Case Rep. 2022;15:e248599.
- American Academy of Ophthalmology Corneal/External Disease Preferred Practice Pattern Panel. Corneal Ectasia Preferred Practice Pattern. San Francisco, CA: American Academy of Ophthalmology; 2024.
- Meyer JJ, Gokul A, Vellara HR, et al. Progression of keratoconus in children and adolescents. Br J Ophthalmol. 2023;107:176-180.