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.
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”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”
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.
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. 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.