角膜地形图
角膜地形图检查
1. 什么是角膜地形图？
Section titled “1. 什么是角膜地形图？”角膜地形图是一种定量测量角膜前表面和后表面曲率和形态的检查。其主要目的是检测和量化角膜不规则散光、评估疾病进展以及用于屈光手术规划。
历史上，17世纪初Scheiner利用角膜反射进行了研究，19世纪末引入了Placido盘。现代设备使用同心圆环、裂隙光或干涉光，能够高精度地绘制整个角膜的地图。
角膜地形图（topography） 是一种主要利用Placido环反射测量角膜前表面形状（曲率）的技术。而角膜断层扫描（tomography） 是一种使用Scheimpflug相机或眼前段OCT测量角膜前表面、后表面及厚度等三维结构的先进技术1)。临床上，将地形图与断层扫描相结合进行全面的角膜评估。
角膜断层扫描
Q
地形图和断层扫描有什么区别？
2. 设备的种类与特点
Section titled “2. 设备的种类与特点”角膜地形图仪根据测量原理大致分为四种类型1)。
Placido盘型设备
Section titled “Placido盘型设备”
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 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).
显示Oculus Keratograph 5M拍摄的Placido环反射像（左）和从同心圆环像计算出的轴向曲率图（右）。对应本文“Placido盘型设备”一节中讨论的Placido环反射原理和轴向曲率图。
将Mire环（黑白同心圆）投影到角膜前表面（角膜前泪膜），根据反射像的形状定量测量角膜曲率半径和屈光力。代表设备：TMS（TOMEY公司）、Atlas、Keratograph。
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，限制了周边病变的检测6)。在严重角膜形态异常时，Mire环的显示变得困难。
Placido环的Mire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型设备（裂隙扫描型）
Section titled “Scheimpflug型设备（裂隙扫描型）”使用Scheimpflug相机拍摄旋转裂隙光，重建角膜前后表面的三维结构。可测量角膜前表面形状、后表面形状、角膜厚度以及整个角膜的屈光力和高阶像差1)。代表设备：Pentacam（OCULUS公司）、Galilei（双Scheimpflug+Placido）、Sirius（Scheimpflug+Placido）。
优点：可同时获取前后表面曲率、高度和角膜厚度图。
局限性：测量时眩光；角膜混浊病例中，散射使断面成像困难。
眼前节OCT
Section titled “眼前节OCT”利用干涉光分析，受泪液和混浊影响小，并可获取周边信息。SS-OCT（波长1,310 nm）以CASIA2（TOMEY公司）为代表，测量范围广，可在一幅图像中显示整个角膜。SD-OCT（波长840 nm）实现高分辨率。
优点：非接触、快速，即使在角膜混浊病例中也可评估。泪膜影响小。
局限性：不适用于评估泪膜破裂（干眼症）。
波前像差分析仪
Section titled “波前像差分析仪”通过结合Placido型设备（角膜形态和像差测量）与Hartmann-Shack法（波前传感器用于屈光像差测量），可以比较角膜屈光数据和眼球屈光数据。
各设备的特点如下所示。
| 设备 | 测量原理 | 前表面 | 后表面 | 角膜厚度 |
|---|---|---|---|---|
| Placido型 | 环反射 | ○ | × | × |
| Scheimpflug型 | 旋转裂隙 | ○ | ○ | ○ |
| 眼前节OCT | 光干涉 | ○ | ○ | ○ |
3. 检查技术与结果解读
Section titled “3. 检查技术与结果解读”将被检者头部固定在颌托和额带上，使其正视固视灯。对焦和居中调整直接影响测量精度。为尽量减少眼睑的影响，应鼓励充分睁眼。至少拍摄两次以确认可重复性。
隐形眼镜停戴期：隐形眼镜会暂时改变角膜形态。为获取准确数据，硬性（RGP）镜片需停戴至少2周，软性镜片需停戴至少1周。在判断屈光手术适应证时，建议在停戴隐形眼镜后进行多次测量并确认可重复性6)。
在确认检查结果时，首先检查对焦和居中是否在一定范围内，并确认自动数字化没有错误识别不同的环。然后通过彩色编码图进行屈光度标度评估。
角膜形态指数
Section titled “角膜形态指数”以下指数用于角膜形态的定量评估。
| 指数 | 含义 |
|---|---|
| SimK（模拟角膜曲率） | 角膜经线第6至第8环平均值中的最高值 |
| SimK1/Ks | 强主子午线 |
| SimK2/Kf | 与SimK1正交的子午线 |
| AveK（平均角膜曲率） | SimK1和SimK2的平均值 |
| MinK（最小角膜曲率） | 弱主子午线 |
| SAI（表面不对称指数） | 表示角膜对称性的指数 |
| SRI（表面规则性指数） | 表示角膜局部均匀性的指数 |
| PVA（潜在视力） | 根据SRI预测的矫正视力 |
地图类型与解读方法
Section titled “地图类型与解读方法”
Hashemi H, Mehravaran S. Day to Day Clinically Relevant Corneal Elevation, Thickness, and Curvature Parameters Using the Orbscan II Scanning Slit Topographer and the Pentacam Scheimpflug Imaging Device. Middle East Afr J Ophthalmol. 2010;17(1):44-55. Figure 3. PMCID: PMC2880373. License: CC BY 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/).
Orbscan II的四联图，在一个画面上同时显示前表面高度、后表面高度、角膜屈光力与角膜厚度四项。中央数值栏可读取最薄点角膜厚度与屈光力分布。对应正文「判读步骤」中通过四联图掌握整体情况的内容。
屈光力图（轴向/切向/折射）：用彩色编码显示角膜屈光力。轴向屈光力基于倾斜度，抗噪声能力强，适用于整体散光评估。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出色。折射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。前表面和后表面孤立的隆起是角膜扩张的重要指标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。偏心性变薄提示角膜扩张。
- 确认患者信息（右眼/左眼）
- 通过四联图（四画面显示）把握整体情况
- 检查色标的范围和梯度（推荐使用0.5 D固定间隔的绝对标尺）
- 绿色对应正常值范围。红色过多几乎总是表示异常。
- 检查数值叠加（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
硬性（RGP）镜片需要停戴至少2周，软性镜片至少1周。由于隐形眼镜会暂时改变角膜形态，特别是在屈光手术适应症判断中，建议停戴后多次测量以确认可重复性6)。
4. 圆锥角膜的筛查与诊断
Section titled “4. 圆锥角膜的筛查与诊断”
Alvani A, Hashemi H, Pakravan M, Aghamirsalim MR. Corneal ectasia following photorefractive keratectomy: a confocal microscopic case report and literature review. Arq Bras Oftalmol. 2023;87(6):e2021-0296. Figure 1. PMCID: PMC11629660. License: CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).
使用OCULUS Pentacam进行的双眼术前角膜断层扫描。显示前表面高度、后表面高度、轴向曲率和角膜厚度四联图，用于边界线疑似病例的形态评估。这与本文“圆锥角膜的筛查与诊断”部分讨论的使用Scheimpflug设备进行的前后面三维评估相对应。
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下常表现正常，地形图可能是唯一的线索。
不同设备的特征性表现
Section titled “不同设备的特征性表现”Placido型表现：中央部环不规则、周边部环无法投影、不对称成分大。下方陡峭化（I-S比≥1.2）和放射轴偏斜>21°是典型模式6)。筛查指标采用Klyce/Maeda法和Smolek/Klyce法。
Scheimpflug型表现：可早期检测到角膜后表面突出部的下方偏心、角膜厚度变薄。后表面高度图可能先于前表面变化出现。
眼前节OCT：可以约10μm的分辨率评估角膜实质变薄和中央至下方的圆锥状突出。
Belin-Ambrosio增强扩张显示
Section titled “Belin-Ambrosio增强扩张显示”Belin-Ambrosio增强扩张显示在Pentacam上整合了角膜厚度空间分布（CTSP）、厚度增加百分比（PTI）以及前后表面高度的偏差，提高了角膜扩张筛查的准确性5)。与Corvis ST联合使用的断层生物力学指数（TBI）能够考虑角膜生物力学进行综合筛查5)。
非典型病例的注意事项
Section titled “非典型病例的注意事项”在侧方圆锥角膜（temporal keratoconus）中，标准I-S比可能落在正常范围内。一例14岁病例中，Pentacam检测到颞侧陡峭化和变薄，T-N（颞-鼻）比对诊断有用3)。这表明除了I-S比外，多角度评估的重要性。
在透明边缘变性（PMD）中，可检测到特征性的下方陡峭化，称为龙虾爪模式。在一例青少年病例中，Belin-Ambrosio增强扩张显示和Corvis ST的角膜生物力学评估对诊断有用5)。
ABCD分级用于进展评估
Section titled “ABCD分级用于进展评估”ABCD分级系统用于评估角膜扩张的进展。由以下四个要素组成6)：
- A（前表面曲率）：最大曲率半径3mm区域的前表面曲率
- B（后表面曲率）：最大曲率半径3mm区域的后表面曲率
- C（最薄角膜厚度）：最薄处角膜厚度（μm）
- D（最佳矫正视力）：Snellen视力
进展的定义是确认前表面变陡、后表面变陡和变薄中的两项或以上6)。在儿童和青少年中，77%的眼睛在断层扫描上确认有进展7)，因此定期随访很重要。
Q
角膜地形图有助于早期发现圆锥角膜吗？
5. 检查结果的处理
Section titled “5. 检查结果的处理”圆锥角膜进展病例的处理
Section titled “圆锥角膜进展病例的处理”当ABCD分类确认进展时，适合进行角膜交联术（CXL）。CXL后每6个月至1年随访一次，确认进展停止。CXL后的角膜形态评估也使用地形图和断层扫描。
屈光手术前评估
Section titled “屈光手术前评估”排除潜在的角膜扩张症对于屈光手术的适应症判断至关重要6)。如果地形图筛查发现异常，应停止手术，考虑硬性隐形眼镜或角膜移植。
PRK和SMILE与LASIK相比，术后角膜扩张症的风险较低6)。术后使用地形图评估角膜发生的屈光度变化和偏心切削的检测。
在地形图引导的LASIK（如CONTOURA）中，使用Topolyzer Vario获取的角膜前表面数据直接决定激光照射模式2)。已提出3Z列线图来处理主观验光散光值与地形图散光值之间的不一致2)。
白内障及其他手术
Section titled “白内障及其他手术”白内障手术前使用地形图评估角膜不规则散光。有助于提高散光型IOL轴位设置的准确性。也用于角膜移植术后的散光评估、隐形眼镜验配以及翼状胬肉引起的角膜形态变化评估。
此外，在评估腺病毒结膜炎后上皮下浸润（SEI）引起的不规则散光时，Placido环的迈耶像比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)。
6. 测量原理的详细说明
Section titled “6. 测量原理的详细说明”角膜屈光力的三种定义
Section titled “角膜屈光力的三种定义”角膜地形图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，是将角膜曲率计等效测量扩展到广泛区域的方法。
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盘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）计算总角膜屈光力。该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Scheimpflug原理中，通过操作透镜平面和像平面，使从物平面、透镜平面和像平面引出的切线相交于一点（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，除了球柱镜（二阶像差）外，还可以定量评估高阶像差（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)。部分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，整合了地形图/断层扫描和生物测量（眼轴长度、前房深度等）的复合设备已经出现1)。眼内人工晶体度数计算中全角膜屈光力的概念被提出，特别是在屈光矫正手术后的白内障手术中，有望提高度数计算的准确性1)。
AI角膜形态分析
Section titled “AI角膜形态分析”利用AI（机器学习/深度学习）进行角膜形态分析的研究正在推进。从地形图数据自动检测圆锥角膜并预测其进展的应用正在探讨中，但目前仍处于研究阶段。
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”非典型病例如颞侧圆锥角膜的报告3)表明，不仅需要标准的I-S比，还需要包括T-N比在内的多参数评估的重要性。作为Placido环的重新评估，有报告指出，即使在无法使用高级设备的环境中，定性评估也可以作为角膜表面异常的简便筛查手段4)。
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 (Basel, Switzerland). 2021;11(8). doi:10.3390/diagnostics11081466. PMID:34441401; PMCID:PMC8392046.
- Khamar P, Shetty R, Annavajjhala S, Narasimhan R, Kumari S, Sathe P, et al. Impact of crossplay between ocular aberrations and depth of focus in topo-guided laser-assisted in situ keratomileusis outcomes. Indian journal of ophthalmology. 2023;71(2):467-475. doi:10.4103/ijo.IJO_191_22. PMID:36727342; PMCID:PMC10228944.
- Zhang LJ, Traish AS, Dohlman TH. Temporal keratoconus in a pediatric patient. American journal of ophthalmology case reports. 2023;32:101900. doi:10.1016/j.ajoc.2023.101900. PMID:37546376; PMCID:PMC10400863.
- Toyokawa N, Araki-Sasaki K, Kimura H, Kuroda S. Evaluating anterior corneal surface using Placido ring mires for irregular astigmatism in refractory corneal subepithelial infiltrates after adenoviral conjunctivitis. BMC ophthalmology. 2024;24(1):515. doi:10.1186/s12886-024-03774-2. PMID:39609742; PMCID:PMC11603996.
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- Meyer JJ, Gokul A, Vellara HR, McGhee CNJ. Progression of keratoconus in children and adolescents. The British journal of ophthalmology. 2023;107(2):176-180. doi:10.1136/bjophthalmol-2020-316481. PMID:34479856.