角膜地形圖
角膜地形圖檢查
1. 什麼是角膜地形圖？
Section titled “1. 什麼是角膜地形圖？”角膜地形圖是一種定量測量角膜前表面和後表面曲率和形狀的檢查。其主要目的是檢測和量化角膜不規則散光、評估疾病進展以及用於屈光矯正手術規劃。
歷史上，17世紀初Scheiner利用角膜反射進行研究，19世紀後期引入了Placido盤。現代設備使用同心圓環、裂隙光或干涉光，能夠高精度地繪製整個角膜的地圖。
角膜地形圖（topography） 是一種主要利用Placido環反射測量角膜前表面形狀（曲率）的技術。而角膜斷層掃描（tomography） 是一種使用Scheimpflug相機或眼前段OCT測量角膜前表面、後表面及厚度等三維結構的先進技術1)。臨床上，將地形圖與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相機或眼前段OCT
提供數據：前後表面曲率、高度及角膜厚度圖
優點：可評估角膜後表面。即使在混濁或水腫的情況下也可能進行測量1)。
Q
地形圖和斷層掃描有什麼區別？
A
地形圖是一種主要利用Placido環反射測量角膜前表面形狀（曲率）的技術。而斷層掃描使用Scheimpflug相機或眼前段OCT測量角膜前表面、後表面及厚度等三維結構。在圓錐角膜等疾病中，後表面的變化可能早於前表面出現，因此斷層掃描評估更為重要。
2. 設備的種類與特點
Section titled “2. 設備的種類與特點”角膜地形圖儀根據測量原理大致分為四種類型1)。
Placido盤型設備
Section titled “Placido盤型設備”
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.
顯示Oculus Keratograph 5M拍攝的Placido環反射像（左）和從同心圓環像計算出的軸向曲率圖（右）。對應本文「Placido盤型設備」一節中討論的Placido環反射原理和軸向曲率圖。
將Mire環（黑白同心圓）投影到角膜前表面（角膜前淚膜），根據反射像的形狀定量測量角膜曲率半徑和屈光力。代表設備：TMS（TOMEY公司）、Atlas、Keratograph。
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，限制了周邊病變的檢測6)。在嚴重角膜形態異常時，Mire環的顯示變得困難。
Placido環的Mire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型設備（裂隙掃描型）
Section titled “Scheimpflug型設備（裂隙掃描型）”使用Scheimpflug相機拍攝旋轉裂隙光，重建角膜前後表面的三維結構。可測量角膜前表面形狀、後表面形狀、角膜厚度以及整個角膜的屈光力和高階像差1)。代表設備：Pentacam（OCULUS公司）、Galilei（雙Scheimpflug+Placido）、Sirius（Scheimpflug+Placido）。
優點：可同時獲取前後表面曲率、高度和角膜厚度圖。
局限性：測量時眩光；角膜混濁病例中，散射使斷面成像困難。
眼前節OCT
Section titled “眼前節OCT”利用干涉光分析，受淚液和混濁影響小，並可獲取周邊資訊。SS-OCT（波長1,310 nm）以CASIA2（TOMEY公司）為代表，測量範圍廣，可在一幅圖像中顯示整個角膜。SD-OCT（波長840 nm）實現高解析度。
優點：非接觸、快速，即使在角膜混濁病例中也可評估。淚膜影響小。
限制：不適合用於評估淚液層破裂（乾眼症）。
波前像差分析儀
Section titled “波前像差分析儀”透過結合Placido型裝置（角膜形狀與像差測量）與Hartmann-Shack法（波前感測器用於屈光像差測量），可以比較角膜屈光數據與眼球屈光數據。
各裝置的特點如下所示。
| 裝置 | 測量原理 | 前表面 | 後表面 | 角膜厚度 |
|---|---|---|---|---|
| Placido型 | 環反射 | ○ | × | × |
| Scheimpflug型 | 旋轉裂隙 | ○ | ○ | ○ |
| 前眼部OCT | 光干涉 | ○ | ○ | ○ |
3. 檢查技術與結果判讀
Section titled “3. 檢查技術與結果判讀”將受檢者頭部固定於下巴托和額頭帶，使其正視固視燈。對焦和置中調整直接影響測量精度。為盡量減少眼瞼的影響，應鼓勵充分睜眼。至少拍攝兩次以確認再現性。
隱形眼鏡停戴期：隱形眼鏡會暫時改變角膜形狀。為獲取準確數據，硬式（RGP）鏡片需停戴至少2週，軟式鏡片需停戴至少1週。在判斷屈光手術適應症時，建議在停戴隱形眼鏡後進行多次測量並確認再現性6)。
在確認檢查結果時，首先檢查對焦和置中是否在一定範圍內，並確認自動數位化沒有錯誤識別不同的環。然後透過彩色編碼圖進行屈光度標度評估。
角膜形狀指數
Section titled “角膜形狀指數”以下指數用於角膜形狀的定量評估。
| 指數 | 意義 |
|---|---|
| SimK（模擬角膜曲率） | 角膜經線第6至第8環平均值中的最高值 |
| SimK1/Ks | 強主子午線 |
| SimK2/Kf | 與SimK1正交的子午線 |
| AveK（平均角膜曲率） | SimK1和SimK2的平均值 |
| MinK（最小角膜曲率） | 弱主子午線 |
| SAI（表面不對稱指數） | 表示角膜對稱性的指數 |
| SRI（表面規則性指數） | 表示角膜局部均勻性的指數 |
| PVA（潛在視力） | 根據SRI預測的矯正視力 |
地圖類型與判讀方法
Section titled “地圖類型與判讀方法”屈光力圖（軸向/切向/折射）：以彩色編碼顯示角膜屈光力。軸向屈光力基於傾斜度，抗雜訊能力強，適用於整體散光評估。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。折射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。前表面和後表面孤立的隆起是角膜擴張的重要指標6)。後表面高度圖在檢測亞臨床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。偏心性變薄提示角膜擴張。
- 確認患者資訊（右眼/左眼）
- 透過四聯圖（四畫面顯示）掌握整體情況
- 檢查色標的範圍和梯度（建議使用0.5 D固定間隔的絕對標尺）
- 綠色對應正常值範圍。紅色過多幾乎總是表示異常。
- 檢查數值疊加（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、新生血管引起的假影。
Q
需要停戴隱形眼鏡多久？
A
硬性（RGP）鏡片需要停戴至少2週，軟性鏡片至少1週。由於隱形眼鏡會暫時改變角膜形態，特別是在屈光手術適應症判斷中，建議停戴後多次測量以確認可重複性6)。
4. 圓錐角膜的篩檢與診斷
Section titled “4. 圓錐角膜的篩檢與診斷”
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進行的雙眼術前角膜斷層掃描。顯示前表面高度、後表面高度、軸向曲率和角膜厚度四聯圖，用於邊界線疑似病例的形態評估。這與本文「圓錐角膜的篩檢與診斷」部分討論的使用Scheimpflug設備進行的前後面三維評估相對應。
角膜地形圖是疑似圓錐角膜早期篩檢的黃金標準6)。早期圓錐角膜在裂隙燈顯微鏡下常表現正常，地形圖可能是唯一的線索。
不同設備的特徵性表現
Section titled “不同設備的特徵性表現”Placido型表現：中央部環不規則、周邊部環無法投影、不對稱成分大。下方陡峭化（I-S比≥1.2）和放射軸偏斜>21°是典型模式6)。篩檢指標採用Klyce/Maeda法和Smolek/Klyce法。
Scheimpflug型表現：可早期檢測到角膜後表面突出部的下方偏心、角膜厚度變薄。後表面高度圖可能先於前表面變化出現。
眼前段OCT：可以約10μm的解析度評估角膜實質變薄和中央至下方的圓錐狀突出。
Belin-Ambrosio增強擴張顯示
Section titled “Belin-Ambrosio增強擴張顯示”Belin-Ambrosio增強擴張顯示在Pentacam上整合了角膜厚度空間分佈（CTSP）、厚度增加百分比（PTI）以及前後表面高度的偏差，提高了角膜擴張篩檢的準確性5)。與Corvis ST聯合使用的斷層生物力學指數（TBI）能夠考慮角膜生物力學進行綜合篩檢5)。
非典型病例的注意事項
Section titled “非典型病例的注意事項”在側方圓錐角膜（temporal keratoconus）中，標準I-S比可能落在正常範圍內。一例14歲病例中，Pentacam檢測到顳側陡峭化和變薄，T-N（顳-鼻）比對診斷有用3)。這表明除了I-S比外，多角度評估的重要性。
在透明邊緣變性（PMD）中，可檢測到特徵性的下方陡峭化，稱為龍蝦爪模式。在一例青少年病例中，Belin-Ambrosio增強擴張顯示和Corvis ST的角膜生物力學評估對診斷有用5)。
ABCD分級用於進展評估
Section titled “ABCD分級用於進展評估”ABCD分級系統用於評估角膜擴張的進展。由以下四個要素組成6)：
- A（前表面曲率）：最大曲率半徑3mm區域的前表面曲率
- B（後表面曲率）：最大曲率半徑3mm區域的後表面曲率
- C（最薄角膜厚度）：最薄處角膜厚度（μm）
- D（最佳矯正視力）：Snellen視力
進展的定義是確認前表面變陡、後表面變陡和變薄中的兩項或以上6)。在兒童和青少年中，77%的眼睛在斷層掃描上確認有進展7)，因此定期追蹤很重要。
Q
角膜地形圖有助於早期發現圓錐角膜嗎？
5. 檢查結果的處理
Section titled “5. 檢查結果的處理”圓錐角膜進展病例的處理
Section titled “圓錐角膜進展病例的處理”當ABCD分類確認進展時，適合進行角膜交聯術（CXL）。CXL後每6個月至1年追蹤一次，確認進展停止。CXL後的角膜形態評估也使用地形圖和斷層掃描。
屈光手術前評估
Section titled “屈光手術前評估”排除潛在的角膜擴張症對於屈光手術的適應症判斷至關重要6)。如果地形圖篩檢發現異常，應停止手術，考慮硬式隱形眼鏡或角膜移植。
PRK和SMILE與LASIK相比，術後角膜擴張症的風險較低6)。術後使用地形圖評估角膜發生的屈光度變化和偏心切削的檢測。
在地形圖引導的LASIK（如CONTOURA）中，使用Topolyzer Vario獲取的角膜前表面數據直接決定雷射照射模式2)。已提出3Z列線圖來處理主觀驗光散光值與地形圖散光值之間的不一致2)。
白內障及其他手術
Section titled “白內障及其他手術”白內障手術前使用地形圖評估角膜不規則散光。有助於提高散光型IOL軸位設置的準確性。也用於角膜移植術後的散光評估、隱形眼鏡驗配以及翼狀胬肉引起的角膜形態變化評估。
此外，在評估腺病毒結膜炎後上皮下浸潤（SEI）引起的不規則散光時，Placido環的邁耶像比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)。
6. 測量原理的詳細說明
Section titled “6. 測量原理的詳細說明”角膜屈光力的三種定義
Section titled “角膜屈光力的三種定義”角膜地形圖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，是將角膜曲率計等效測量擴展到廣泛區域的方法。
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盤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）計算總角膜屈光力。該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Scheimpflug原理中，通過操作透鏡平面和像平面，使從物平面、透鏡平面和像平面引出的切線相交於一點（Scheimpflug交點），即使對於非平面物體也能獲得聚焦圖像1)。該原理使得裂隙光角膜橫截面圖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，除了球柱鏡（二階像差）外，還可以定量評估高階像差（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)。部分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，整合了地形圖/斷層掃描和生物測量（眼軸長度、前房深度等）的複合設備已經出現1)。眼內人工水晶體度數計算中全角膜屈光力的概念被提出，特別是在屈光矯正手術後的白內障手術中，有望提高度數計算的準確性1)。
AI角膜形態分析
Section titled “AI角膜形態分析”利用AI（機器學習/深度學習）進行角膜形態分析的研究正在推進。從地形圖數據自動檢測圓錐角膜並預測其進展的應用正在探討中，但目前仍處於研究階段。
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”非典型病例如顳側圓錐角膜的報告3)表明，不僅需要標準的I-S比，還需要包括T-N比在內的多參數評估的重要性。作為Placido環的重新評估，有報告指出，即使在無法使用高級設備的環境中，定性評估也可以作為角膜表面異常的簡便篩查手段4)。
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.
- 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.