角膜地形圖
角膜地形圖
1. 什麼是角膜地形圖？
Section titled “1. 什麼是角膜地形圖？”角膜地形圖是一種無創、定量測量和可視化角膜前表面形狀的檢查技術。最早的地形圖可追溯到17世紀初Scheiner利用角膜反射的研究，19世紀後期Placido盤的引入取得了重大進展。
角膜斷層掃描是一種測量角膜前後表面形狀和角膜厚度分佈的三維結構的先進技術1)。臨床上，地形圖和斷層掃描相結合進行全面的角膜評估。
角膜斷層掃描
測量對象：角膜前後表面的三維結構
原理：Scheimpflug相機或前段OCT
提供數據：前後面曲率、高度、角膜厚度圖
優點：可評估角膜後表面。即使在混濁或水腫的情況下，有時也能進行測量1)
Q
地形圖和斷層圖有什麼區別？
A
地形圖主要利用Placido環反射測量角膜前表面的形狀（曲率）。而斷層圖使用Scheimpflug相機或前段OCT測量角膜的三維結構，包括前表面、後表面和厚度。在圓錐角膜等疾病中，後表面的變化可能早於前表面出現，因此斷層圖評估更為重要。
2. 主要適應症和臨床意義
Section titled “2. 主要適應症和臨床意義”
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四聯圖同時顯示前表面高度、後表面高度、角膜屈光力和角膜厚度四項參數。中央數值欄可讀取最薄點厚度和屈光力分佈。
角膜地形圖和斷層圖的主要臨床適應症如下所示。
圓錐角膜的篩查和追蹤：角膜地形圖是疑似圓錐角膜早期篩查的金標準6)。早期圓錐角膜在裂隙燈顯微鏡檢查中常表現正常，地形圖可能是唯一的線索。典型模式包括下方陡峭化（I-S比值≥1.2）和放射軸偏斜>21°6)。在兒童和青少年中，77%的眼睛在斷層圖上確認有進展7)，因此定期追蹤很重要。也有非典型病例如側方圓錐角膜的報導3)。在一例14歲病例中，Pentacam檢測到顳側陡峭化和變薄，T-N（顳側-鼻側）比值比I-S比值更有助於診斷3)。
透明角膜邊緣變性（PMD）的診斷：透明角膜邊緣變性在角膜地形圖上表現為特徵性的下方陡峭化模式，稱為「龍蝦爪」模式。在一例青少年透明角膜邊緣變性病例中，Belin-Ambrosio增強擴張顯示和Corvis ST角膜生物力學評估有助於診斷5)。
屈光手術的規劃和術後評估：在判斷屈光手術適應症時，排除潛在的角膜擴張症至關重要6)。術後用於評估角膜的屈光度變化，以及檢測偏心切削或消融不全。在地形圖引導的LASIK（如CONTOURA）中，Topolyzer Vario獲取的角膜前表面數據直接決定雷射消融模式2)。
角膜表面不規則性的評估：Placido環影像有助於評估腺病毒結膜炎後上皮下浸潤引起的不規則散光。SS-OCT彩色地圖難以檢測的細微表面不規則性可表現為環的變形4)。
其他適應症：也用於白內障手術和角膜移植術後的散光評估、隱形眼鏡驗配，以及翼狀胬肉或角膜混濁引起的角膜形態變化評估。
4. 檢查原理與設備
Section titled “4. 檢查原理與設備”角膜地形圖儀根據測量原理大致分為三類1)。
Placido環式
Section titled “Placido環式”將同心圓環（Placido盤）投射到角膜前表面的淚膜上，根據反射像的形狀計算角膜曲率。有大圓錐型（TMS、Atlas等）和小圓錐型（Keratograph等），還出現了彩色LED方式（Cassini）1)。
優點：高空間解析度和可重複性。最適合測量角膜前表面。
局限性：受淚膜不穩定性影響。無法測量角膜後表面。僅評估約60%的角膜表面，限制了周邊病變（如邊緣性角膜變性）的檢測6)。
Placido環影像無需設備即可定性評估角膜不規則性，尤其適用於兒童或不合作患者4)。
Scheimpflug相機式
Section titled “Scheimpflug相機式”通過旋轉裂隙光拍攝Scheimpflug圖像，重建角膜前後表面的三維結構1)。代表性設備包括Pentacam（單旋轉Scheimpflug）、Galilei（雙Scheimpflug+Placido）和Sirius（Scheimpflug+Placido）1)。
優點：同時獲取角膜前、後表面的曲率、高度和角膜厚度圖。
局限性：無法觀察不透光的組織。由於照明光傾斜入射，房角難以成像。存在屈光面影響的校正精度問題。
| 設備 | 測量原理 | 前表面 | 後表面 | 角膜厚度 |
|---|---|---|---|---|
| Placido | 環反射 | ○ | × | × |
| Scheimpflug | 旋轉裂隙 | ○ | ○ | ○ |
| AS-OCT | 光學相干 | ○ | ○ | ○ |
前眼部OCT
Section titled “前眼部OCT”透過OCT斷層影像重建角膜三維結構1)。SS-OCT（波長1,310 nm，如CASIA）測量範圍廣，可在一張影像中顯示整個角膜。SD-OCT（波長840 nm）測量範圍較窄，但解析度高。
優點：即使有混濁或水腫，也能進行角膜形狀分析。非接觸、快速。受淚膜影響小。可在暗處拍攝。
Belin-Ambrosio增強型擴張顯示是Pentacam上的一項功能，可整合顯示角膜厚度的空間分佈以及前後表面高度的偏差，提高角膜擴張症篩檢的準確性5)。
5. 檢查技術與結果判讀
Section titled “5. 檢查技術與結果判讀”將患者頭部固定在頷托和額帶上，囑其注視固視燈。對準焦點和中心後拍攝。注意固視不良、無意中壓迫眼球以及眼瞼上舉導致的角膜變形。至少拍攝兩次以確認再現性。對於隱形眼鏡使用者，建議停戴兩週以上6)。
地圖類型與閱讀方法
Section titled “地圖類型與閱讀方法”屈光力圖（軸向/切向/屈光）：用彩色編碼顯示角膜屈光力。軸向屈光力基於斜率，抗雜訊能力強。切向（瞬時）屈光力反映局部曲率，在識別圓錐角膜頂點方面表現優異。屈光屈光力基於斯涅爾定律反映光學特性。
高度圖：顯示角膜表面與參考球面之間的高度差異。前表面和後表面的孤立隆起是角膜擴張症的重要指標6)。後表面高度圖在檢測潛伏性圓錐角膜方面具有高敏感度和特異度6)。
角膜厚度圖：顯示角膜厚度分佈。正常角膜中央最薄，向周邊逐漸增厚。最薄點的偏心提示角膜擴張症。
| 地圖 | 主要用途 | 特點 |
|---|---|---|
| 軸向屈光力 | 整體散光評估 | 抗雜訊能力強 |
| 切向屈光力 | 局部變化檢測 | 有助於識別圓錐頂點 |
| 高度圖 | 擴張症篩查 | 後表面是早期指標 |
- 確認患者資訊（左右眼）
- 查看四聯圖（4畫面顯示）以掌握整體情況
- 確認顏色標尺的範圍和梯度。建議使用0.5 D固定間隔的絕對標尺
- 綠色對應正常範圍。過度紅色幾乎總是表示異常
- 確認數值疊加（SimK、最小角膜厚度、Kmax等）
- 與裂隙燈檢查結果對照。注意角膜疤痕、乾眼症、新生血管引起的偽影
Q
需要停戴隱形眼鏡多久？
A
隱形眼鏡（尤其是硬式透氣性隱形眼鏡）會暫時改變角膜形狀，因此需要停戴一段時間才能獲得準確的角膜地形圖數據。通常建議軟式隱形眼鏡停戴至少2週，硬式隱形眼鏡停戴更長時間（2-4週）。在屈光手術適應症評估等重要情況下，尤其需要嚴格的停戴期。
6. 光學原理與詳細測量原理
Section titled “6. 光學原理與詳細測量原理”角膜屈光力的定義
Section titled “角膜屈光力的定義”角膜地形圖中使用的角膜屈光力有三種定義。
軸向屈光力（矢狀屈光力）：Pa = (n-1)/d。根據測量點法線到參考軸的距離d計算。基於斜率，抗噪聲能力強。將角膜曲率計類似的測量擴展到廣泛區域。
瞬時屈光力（切向屈光力）：Pi = (n-1)/r。根據測量點的局部曲率半徑r計算。更準確地反映局部形狀變化，但對噪聲敏感。
屈光力（焦點屈光力）：Pr = n/f。基於焦距f。基於斯涅爾定律，最準確地反映光學特性。
角膜曲率指數的問題
Section titled “角膜曲率指數的問題”自動角膜曲率計和Placido式設備僅測量角膜前表面，不考慮後表面。假設角膜前後表面形狀成比例，使用角膜曲率指數（通常為1.3375）代替角膜基質折射率來計算總角膜屈光力。這一假設在正常角膜中基本成立，但在屈光手術後或角膜擴張症中，前後表面的比例關係被破壞，導致誤差1)。
Scheimpflug原理
Section titled “Scheimpflug原理”在理想攝影中，透鏡平面和像平面平行，但對於角膜這樣的非平面物體，會產生影像畸變。根據Scheimpflug原理，通過調整像平面和透鏡平面，使物體平面、透鏡平面和像平面的延長線交於一點（Scheimpflug交點），即使對於非平面物體也能獲得聚焦影像1)。該原理使得裂隙光角膜橫截面影像無畸變成像成為可能。
與波前像差分析的整合
Section titled “與波前像差分析的整合”將角膜形態分析與波前像差分析相結合，可以定量評估球面和柱面分量（二階像差）以及高階像差（彗差、球差等）。像差用Zernike多項式展開，並以RMS（均方根）值量化。圓錐角膜的特徵是垂直彗差顯著增加6)。一些設備可以同時進行地形圖和像差分析1)。
7. 最新研究與未來展望
Section titled “7. 最新研究與未來展望”複合設備的發展
Section titled “複合設備的發展”近年來，出現了整合地形圖、斷層掃描和生物測量（眼軸長度、前房深度等）的複合設備1)。提出了用於人工水晶體度數計算的總角膜屈光力概念，預計將提高屈光手術後白內障手術的度數計算精度1)。
地形圖引導的雷射治療
Section titled “地形圖引導的雷射治療”基於地形圖數據的客製化消融在屈光手術中廣泛使用。Topolyzer Vario獲取的角膜前表面數據直接決定CONTOURA手術的雷射照射模式2)。針對自覺屈光檢查的散光值與地形圖散光值不一致的問題，提出了3Z列線圖2)。也有報告將PTK與地形圖引導的PRK合併用於角膜疤痕。
角膜擴張症的早期檢測技術
Section titled “角膜擴張症的早期檢測技術”Belin-Ambrosio增強擴張顯示整合了角膜厚度空間分佈（CTSP）和厚度增加百分比（PTI），提高了潛在性圓錐角膜的檢測準確性5)。與Corvis ST合併使用的斷層掃描和生物力學指數（TBI）能夠考慮角膜生物力學進行綜合篩查5)。非典型病例如顳側圓錐角膜（temporal keratoconus）的報告3)提示了不僅需要標準I-S比，還需要包括T-N比在內的多角度評估的重要性。
Placido環的重新評估
Section titled “Placido環的重新評估”在評估腺病毒感染後上皮下浸潤（SEI）引起的不規則散光時，有報告稱Placido環的邁爾像比SS-OCT彩色圖更敏感地檢測表面不規則性4)。Placido環的連續拍攝對於他克莫司眼藥水治療的監測也很有用4)。即使在無法使用高級設備的環境中，Placido環圖像的定性評估也可以成為角膜表面異常的簡便有效的篩查工具。
Q
角膜地形圖有助於早期發現圓錐角膜嗎？
8. 參考文獻
Section titled “8. 參考文獻”
- 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.
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- 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.