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 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).
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”
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的四聯圖，在一個畫面上同時顯示前表面高度、後表面高度、角膜屈光力與角膜厚度四項。中央數值欄可讀取最薄點角膜厚度與屈光力分布。對應正文「判讀步驟」中透過四聯圖掌握整體情況的內容。
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”
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 (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.
- Nelapatla GI, Chaurasia S. Pellucid marginal corneal degeneration in a teenager. BMJ Case Rep. 2022;15:e248599.
- Jhanji V, Ahmad S, Amescua G, et al. Corneal Ectasia Preferred Practice Pattern. Ophthalmology. 2024 Apr;131(4):P205-P246. doi:10.1016/j.ophtha.2023.12.038.
- 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.