角膜地形图
角膜地形图
1. 什么是角膜地形图？
Section titled “1. 什么是角膜地形图？”角膜地形图是一种无创、定量测量和可视化角膜前表面形状的检查技术。最早的地形图可追溯到17世纪初Scheiner利用角膜反射的研究，19世纪后期Placido盘的引入取得了重大进展。
角膜断层扫描是一种测量角膜前后表面形状和角膜厚度分布的三维结构的先进技术1)。临床上，地形图和断层扫描相结合进行全面的角膜评估。
角膜断层扫描
Q
地形图和断层图有什么区别？
A
地形图主要利用Placido环反射测量角膜前表面的形状（曲率）。而断层图使用Scheimpflug相机或眼前节OCT测量角膜的三维结构，包括前表面、后表面和厚度。在圆锥角膜等疾病中，后表面的变化可能早于前表面出现，因此断层图评估更为重要。
2. 主要适应症和临床意义
Section titled “2. 主要适应症和临床意义”
Hassan Hashemi, Shiva Mehravaran Day to Day Clinically Relevant Corneal Elevation, Thickness, and Curvature Parameters Using the Orbscan II Scanning Slit Topographer and the Pentacam Scheimpflug Imaging Device 2010 Jan-Mar Middle East Afr J Ophthalmol. 2010 Jan-Mar; 17(1):44-55 Figure 3. PMCID: PMC2880373. License: CC BY.
Orbscan四联图同时显示前表面高度、后表面高度、角膜屈光力和角膜厚度四项参数。中央数值栏可读取最薄点厚度和屈光力分布。
角膜地形图和断层图的主要临床适应症如下所示。
圆锥角膜的筛查和随访：角膜地形图是疑似圆锥角膜早期筛查的金标准6)。早期圆锥角膜在裂隙灯显微镜检查中常表现正常，地形图可能是唯一的线索。典型模式包括下方陡峭化（I-S比值≥1.2）和放射轴偏斜>21°6)。在儿童和青少年中，77%的眼在断层图上确认有进展7)，因此定期随访很重要。也有非典型病例如侧方圆锥角膜的报道3)。在一例14岁病例中，Pentacam检测到颞侧陡峭化和变薄，T-N（颞侧-鼻侧）比值比I-S比值更有助于诊断3)。
透明角膜边缘变性（PMD）的诊断：透明角膜边缘变性在角膜地形图上表现为特征性的下方陡峭化模式，称为“龙虾爪”模式。在一例青少年透明角膜边缘变性病例中，Belin-Ambrosio增强扩张显示和Corvis ST角膜生物力学评估有助于诊断5)。
屈光手术的规划和术后评估：在判断屈光手术适应症时，排除潜在的角膜扩张症至关重要6)。术后用于评估角膜的屈光度变化，以及检测偏心切削或消融不全。在地形图引导的LASIK（如CONTOURA）中，Topolyzer Vario获取的角膜前表面数据直接决定激光消融模式2)。
角膜表面不规则性的评估：Placido环影像有助于评估腺病毒结膜炎后上皮下浸润引起的不规则散光。SS-OCT彩色地图难以检测的细微表面不规则性可表现为环的变形4)。
其他适应症：也用于白内障手术和角膜移植术后的散光评估、隐形眼镜验配，以及翼状胬肉或角膜混浊引起的角膜形态变化评估。
4. 检查原理与设备
Section titled “4. 检查原理与设备”角膜地形图仪根据测量原理大致分为三类1)。
Placido环式
Section titled “Placido环式”将同心圆环（Placido盘）投射到角膜前表面的泪膜上，根据反射像的形状计算角膜曲率。有大圆锥型（TMS、Atlas等）和小圆锥型（Keratograph等），还出现了彩色LED方式（Cassini）1)。
优点：高空间分辨率和可重复性。最适合测量角膜前表面。
局限性：受泪膜不稳定性影响。无法测量角膜后表面。仅评估约60%的角膜表面，限制了周边病变（如边缘性角膜变性）的检测6)。
Placido环影像无需设备即可定性评估角膜不规则性，尤其适用于儿童或不合作患者4)。
Scheimpflug相机式
Section titled “Scheimpflug相机式”通过旋转裂隙光拍摄Scheimpflug图像，重建角膜前后表面的三维结构1)。代表性设备包括Pentacam（单旋转Scheimpflug）、Galilei（双Scheimpflug+Placido）和Sirius（Scheimpflug+Placido）1)。
优点：同时获取角膜前、后表面的曲率、高度和角膜厚度图。
局限性：无法观察不透光的组织。由于照明光倾斜入射，房角难以成像。存在屈光面影响的校正精度问题。
| 设备 | 测量原理 | 前表面 | 后表面 | 角膜厚度 |
|---|---|---|---|---|
| Placido | 环反射 | ○ | × | × |
| Scheimpflug | 旋转裂隙 | ○ | ○ | ○ |
| AS-OCT | 光学相干 | ○ | ○ | ○ |
眼前节OCT
Section titled “眼前节OCT”通过OCT断层图像重建角膜三维结构1)。SS-OCT（波长1,310 nm，如CASIA）测量范围广，可在一幅图像中显示整个角膜。SD-OCT（波长840 nm）测量范围较窄，但分辨率高。
优点：即使存在混浊或水肿，也能进行角膜形态分析。非接触、快速。受泪膜影响小。可在暗处拍摄。
Belin-Ambrosio增强型扩张显示是Pentacam上的一项功能，可整合显示角膜厚度的空间分布以及前后表面高度的偏差，提高角膜扩张症筛查的准确性5)。
5. 检查技术与结果解读
Section titled “5. 检查技术与结果解读”将患者头部固定在颌托和额带上，嘱其注视固视灯。对准焦点和中心后拍摄。注意固视不良、无意中压迫眼球以及眼睑上举导致的角膜变形。至少拍摄两次以确认可重复性。对于隐形眼镜佩戴者，建议停戴两周以上6)。
地图类型与阅读方法
Section titled “地图类型与阅读方法”屈光力图（轴向/切向/屈光）：用彩色编码显示角膜屈光力。轴向屈光力基于斜率，抗噪声能力强。切向（瞬时）屈光力反映局部曲率，在识别圆锥角膜顶点方面表现优异。屈光屈光力基于斯涅尔定律反映光学特性。
高度图：显示角膜表面与参考球面之间的高度差异。前表面和后表面的孤立隆起是角膜扩张症的重要指标6)。后表面高度图在检测亚临床圆锥角膜方面具有高灵敏度和特异性6)。
角膜厚度图：显示角膜厚度分布。正常角膜中央最薄，向周边逐渐增厚。最薄点的偏心提示角膜扩张症。
| 地图 | 主要用途 | 特点 |
|---|---|---|
| 轴向屈光力 | 整体散光评估 | 抗噪声能力强 |
| 切向屈光力 | 局部变化检测 | 有助于识别圆锥顶点 |
| 高度图 | 扩张症筛查 | 后表面是早期指标 |
- 确认患者信息（左右眼）
- 查看四联图（4画面显示）以把握整体情况
- 确认颜色标尺的范围和梯度。建议使用0.5 D固定间隔的绝对标尺
- 绿色对应正常范围。过度红色几乎总是表示异常
- 确认数值叠加（SimK、最小角膜厚度、Kmax等）
- 与裂隙灯检查结果对照。注意角膜瘢痕、干眼症、新生血管引起的伪影
Q
需要停戴隐形眼镜多长时间？
A
隐形眼镜（尤其是硬性透气性隐形眼镜）会暂时改变角膜形态，因此需要停戴一段时间才能获得准确的角膜地形图数据。通常建议软性隐形眼镜停戴至少2周，硬性隐形眼镜停戴更长时间（2-4周）。在屈光手术适应症评估等重要情况下，尤其需要严格的停戴期。
6. 光学原理与详细测量原理
Section titled “6. 光学原理与详细测量原理”角膜屈光力的定义
Section titled “角膜屈光力的定义”角膜地形图中使用的角膜屈光力有三种定义。
轴向屈光力（矢状屈光力）：Pa = (n-1)/d。根据测量点法线到参考轴的距离d计算。基于斜率，抗噪声能力强。将角膜曲率计类似的测量扩展到广泛区域。
瞬时屈光力（切向屈光力）：Pi = (n-1)/r。根据测量点的局部曲率半径r计算。更准确地反映局部形状变化，但对噪声敏感。
屈光力（焦点屈光力）：Pr = n/f。基于焦距f。基于斯涅尔定律，最准确地反映光学特性。
角膜曲率指数的问题
Section titled “角膜曲率指数的问题”自动角膜曲率计和Placido式设备仅测量角膜前表面，不考虑后表面。假设角膜前后表面形状成比例，使用角膜曲率指数（通常为1.3375）代替角膜基质折射率来计算总角膜屈光力。这一假设在正常角膜中基本成立，但在屈光手术后或角膜扩张症中，前后表面的比例关系被破坏，导致误差1)。
Scheimpflug原理
Section titled “Scheimpflug原理”在理想摄影中，透镜平面和像平面平行，但对于角膜这样的非平面物体，会产生图像畸变。根据Scheimpflug原理，通过调整像平面和透镜平面，使物体平面、透镜平面和像平面的延长线交于一点（Scheimpflug交点），即使对于非平面物体也能获得聚焦图像1)。该原理使得裂隙光角膜横截面图像无畸变成像成为可能。
与波前像差分析的整合
Section titled “与波前像差分析的整合”将角膜形态分析与波前像差分析相结合，可以定量评估球面和柱面分量（二阶像差）以及高阶像差（彗差、球差等）。像差用Zernike多项式展开，并以RMS（均方根）值量化。圆锥角膜的特征是垂直彗差显著增加6)。一些设备可以同时进行地形图和像差分析1)。
7. 最新研究与未来展望
Section titled “7. 最新研究与未来展望”复合设备的发展
Section titled “复合设备的发展”近年来，出现了整合地形图、断层扫描和生物测量（眼轴长度、前房深度等）的复合设备1)。提出了用于人工晶状体度数计算的总角膜屈光力概念，预计将提高屈光手术后白内障手术的度数计算精度1)。
地形图引导的激光治疗
Section titled “地形图引导的激光治疗”基于地形图数据的定制消融在屈光手术中广泛应用。Topolyzer Vario获取的角膜前表面数据直接决定CONTOURA手术的激光照射模式2)。针对主观验光散光值与地形图散光值不一致的问题，提出了3Z列线图2)。也有报道将PTK与地形图引导的PRK联合用于角膜瘢痕治疗。
角膜扩张症的早期检测技术
Section titled “角膜扩张症的早期检测技术”Belin-Ambrosio增强扩张显示整合了角膜厚度空间分布（CTSP）和厚度增加百分比（PTI），提高了亚临床圆锥角膜的检测准确性5)。与Corvis ST联合使用的断层扫描和生物力学指数（TBI）能够考虑角膜生物力学进行综合筛查5)。非典型病例如颞侧圆锥角膜（temporal keratoconus）的报告3)提示了不仅需要标准I-S比，还需要包括T-N比在内的多角度评估的重要性。
Placido环的重新评估
Section titled “Placido环的重新评估”在评估腺病毒感染后上皮下浸润（SEI）引起的不规则散光时，有报道称Placido环的迈尔像比SS-OCT彩色图更敏感地检测表面不规则性4)。Placido环的连续拍摄对于他克莫司滴眼液治疗的监测也很有用4)。即使在无法使用高级设备的环境中，Placido环图像的定性评估也可以成为角膜表面异常的简便有效的筛查手段。
Q
角膜地形图有助于早期发现圆锥角膜吗？
8. 参考文献
Section titled “8. 参考文献”
- 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.