《眼科新进展》  2024年6期 458-463   出版日期:2024-06-03   ISSN:1003-5141   CN:41-1105/R
以角膜顶点或瞳孔为中心不同区域全角膜散光及矢量的分析


在全球,约21%的白内障手术患者术前角膜散光大于1.25 D[1],散光可对视觉质量产生影响,主要表现为视疲劳、视物模糊、视物重影、眩光等不适,并且在白内障术后可能出现视力和对比敏度的下降、视网膜成像的清晰度下降以及影响脱镜率,建议对术前散光超过0.75 D的患者进行散光矫正[2]。研究表明,屈光性白内障手术术中联合矫正角膜散光可以提高患者的视觉质量[3-4],而术前角膜散光的精准测量是决定术后效果的关键因素之一[5-6]。Pentacam眼前节分析仪,能同时测量角膜前后表面及全角膜散光,具有良好的准确性、稳定性[7-9],其中全角膜测量考虑了角膜前后表面曲率,更能真实反映角膜的屈光状态[10]。在屈光手术中,术前选择以角膜顶点和以瞳孔为中心测量角膜散光仍是具有争议的话题[11-12]。由于瞳孔大小随光线变化,其相对应的角膜部位也不同,而现阶段文献多集中于角膜前表面或后表面散光的研究,对于角膜不同测量中心以及区域的研究较少。因此,本研究通过Pentacam测量角膜散光,对不同测量中心及不同区域范围的角膜散光进行详细分析,为散光矫正型人工晶状体(Toric IOL)的精确计算和个性化选择提供一定的数据支持。
1 资料与方法 
1.1 一般资料
横断面研究。纳入2021年10月至2022年6月在潍坊眼科医院行超声乳化白内障吸除联合人工晶状体(IOL)植入术的年龄相关性白内障患者共102例,随机选择一眼纳入研究,共入选102眼,其中男47例,女55例,年龄50~72(62±10)岁。纳入标准:为年龄相关性白内障;核硬度分级在Ⅱ~Ⅲ级;患者无交流障碍,能配合完成术前相关检查;Pentacam检查质量参数为“OK”。排除标准:有角膜炎、干眼症、圆锥角膜、翼状胬肉等眼表疾病史,或有青光眼、葡萄膜炎、眼底视网膜神经血管病变等其他眼部疾病史;固视欠佳者;长期配戴角膜接触镜者;有眼部外伤或眼科手术史者。本研究符合《赫尔辛基宣言》原则,通过潍坊眼科医院伦理委员会评审(批号:2021-01-04),所有患者均知情同意并签署知情同意书。
1.2 方法 
1.2.1 屈光力检查
使用Pentacam眼前节分析仪(Oculus公司,德国)行屈光力检查。检查在暗室中进行,患者于自然瞳孔状态下正坐于设备前,前额顶住额托,下颌置于下颌托,检查过程中嘱被检者尽量睁大双眼注视设备内部指示灯,减少眼动。由同一位经验丰富的操作者完成测量,获得以角膜顶点或瞳孔为参考中心,不同区域模式下的角膜散光,其中,圆区模式为指定直径区域内的角膜屈光力,反映整个区域内的屈光力情况,而圆环模式为指定直径环上的角膜屈光力,反映该圆环上的角膜屈光力情况。选取检查质量参数为“OK”的测量结果进行数据分析。记录分别以角膜顶点或瞳孔为测量中心,圆环和圆区不同测量模式下,2 mm、4 mm、6 mm角膜直径时的全角膜散光值及全角膜散光轴位。
1.2.2 矢量分析
将全角膜散光进行矢量分析:从ASCRS网站(https://ascrs.org)下载绘图工具(Astigmatism Double Angle Plot Tool),将数据录入该Excel表中,得到散光双倍角图和矢量质心值;利用笛卡尔坐标系将全角膜散光值分解到X轴及Y轴上,具体方法为:X=C×cos(2×A),Y=C×sin(2×A),C=(X2+Y2)1/2θ=0.5×arctan(Y/X)。如果Y≥0且X>0,则A=θ;如果Y<0且X>0,则A=θ+180°;如果X<0,则A=θ+90°;如果X=0且Y>0,则A=45°;如果X=0且Y<0,则A=135°。其中,X示全角膜散光在X轴上的分量,Y示全角膜散光在Y轴上的分量,C示全角膜散光值,A示散光陡峭轴的轴位,θ示使用XY计算出的角度。
1.3 统计学分析
采用SPSS 26.0对数据进行统计学分析。经Kolmogorov-Smirnov检验,全角膜散光轴位符合正态分布,以x?±s表示,采用配对样本t检验对散光轴位进行差异性分析。全角膜散光值为非正态分布,以M(P25,P75)表示,采用Wilcoxon符号秩检验对散光值进行差异性分析。全角膜散光在X、Y轴上的分量为非正态分布,以M(P25,P75)表示,采用Wilcoxon符号秩检验对X、Y轴上的分量进行差异性分析。检验水准:α=0.05。
2 结果 
2.1 2 mm、4 mm、6 mm角膜直径时全角膜散光值及轴位的差异性分析
在相同圆环模式下,以角膜顶点为中心与以瞳孔为中心比较,6 mm角膜直径时全角膜散光值差异有统计学意义(P<0.05);在相同圆区模式下,以角膜顶点为中心与以瞳孔为中心比较,2 mm、4 mm、6 mm角膜直径时全角膜散光值差异均有统计学意义(均为P<0.05)。以角膜顶点为中心,圆环与圆区模式下比较,2 mm、6 mm角膜直径时全角膜散光值差异均有统计学意义(均为P<0.05);以瞳孔为中心,圆环与圆区模式下比较,2 mm、4 mm、6 mm角膜直径时全角膜散光值差异均有统计学意义(均为P<0.05)(表1)。在相同测量中心,圆环与圆区模式下比较,及在相同区域模式,以角膜顶点为中心与以瞳孔为中心比较,2 mm、4 mm、6 mm角膜直径时全角膜散光轴位差异均无统计学意义(均为P>0.05)(表2)。





2.2 以角膜顶点或瞳孔为中心不同测量模式全角膜散光矢量质心及矢量分布图
在圆环模式下,以角膜顶点为中心2 mm、4 mm、6 mm角膜直径时矢量质心分别为0.09 D@106°±1.05 D、0.15 D@94°±1.01 D、0.20 D@89°±1.27 D。在圆环模式下,以瞳孔为中心2 mm、4 mm、6 mm角膜直径时矢量质心分别为0.09 D@106°±1.02 D、0.15 D@85°±1.01 D、0.18 D@89°±1.22 D。在圆区模式下,以角膜顶点为中心2 mm、4 mm、6 mm 角膜直径时矢量质心分别为0.07 D@117°±1.11 D、0.12 D@102°±0.98 D、0.15 D@94°±0.99 D。在圆区模式下,以瞳孔为中心2 mm、4 mm、6 mm角膜直径时矢量质心分别为0.10 D@115°±0.90 D、0.11 D@96°±0.93 D、0.15 D@90°±0.96 D(图1)。


2.3 对比以角膜顶点和瞳孔为中心不同区域全角膜散光的差异矢量质心
在圆环模式下,以角膜顶点和瞳孔为中心对比:2 mm、4 mm、6 mm角膜直径时差异矢量质心分别为0.004 D@45°、0.05 D@3°、0.02 D@116°。在圆区模式下,以角膜顶点和瞳孔为中心对比:2 mm、4 mm、6 mm角膜直径时差异矢量质心分别为0.03 D@153°、0.03 D@4°、0.02 D@95°。以角膜顶点为中心,圆环和圆区模式对比:2 mm、4 mm、6 mm角膜直径时差异矢量质心分别为0.03 D@125°、0.05 D@121°、0.06 D@107°。以瞳孔为中心,圆环和圆区模式对比:2 mm、4 mm、6 mm角膜直径时差异矢量质心分别为0.03 D@104°、0.06 D@111°、0.04 D@112°。
2.4 圆环和圆区模式下以角膜顶点或瞳孔为中心全角膜散光差异的矢量分析
相同圆环模式,以角膜顶点为中心与以瞳孔为中心比较,4 mm角膜直径时在Y轴上分量的全角膜散光差异有统计学意义(P<0.05),在X轴上分量的全角膜散光差异无统计学意义(P>0.05);2 mm、6 mm角膜直径时在X、Y轴上分量的全角膜散光差异均无统计学意义(均为P>0.05)。相同圆区模式,以角膜顶点为中心与以瞳孔为中心比较,2 mm、4 mm、6 mm角膜直径时在X、Y轴上分量的全角膜散光差异均无统计学意义(均为P>0.05)。以角膜顶点为中心,圆环和圆区模式下比较,2 mm、4 mm、6 mm角膜直径时在X、Y轴上分量的全角膜散光差异均无统计学意义(均为P>0.05)。以瞳孔为中心,圆环和圆区模式下比较,4 mm角膜直径时在Y轴上分量的全角膜散光差异有统计学意义(P<0.05),在X轴上分量的全角膜散光差异无统计学意义(P>0.05);2 mm、6 mm角膜直径时在X、Y轴上分量的全角膜散光差异均无统计学意义(均为P>0.05)(表3)。



3 讨论
角膜散光是老年性白内障术后裸眼视力差并影响视觉质量的最主要因素之一[13],术中联合矫正角膜散光可以提高术后视觉效果。矫正角膜散光的主要方法包括透明角膜切口、角膜缘松解切口、植入Toric IOL等[14-15],其中植入Toric IOL是矫正角膜散光的首选方法[16],具有矫正范围广、可预测性强、稳定性良好等优点[17-18]。植入Toric IOL术后屈光误差主要来源是术前角膜散光测量不准确[19-20],特别是忽略角膜后表面散光对角膜散光的影响[21-22]。以往的研究多集中于2~3 mm圆环上的角膜散光值和轴位[23],不能反映角膜不同测量中心及不同区域范围的散光。因此,精准、全面的生物测量对IOL的计算和选择以及术中Toric IOL的定位具有重要的临床意义。
Pentacam眼前节分析仪基于Scheimpflug摄像原理,具有良好的准确性、稳定性[7-9],能同时测量角膜前表面和角膜后表面散光从而获得全角膜散光。该仪器具有多种测量模式,以角膜顶点或瞳孔为中心,在圆环和圆区模式下测量1.0~8.0 mm多组角膜直径的数据[24]。圆环模式以指定直径环上的数据点来计算角膜散光,而圆区模式以指定直径区域内的所有角膜曲率测量数据点计算角膜散光。不同于以往的角膜散光研究,本研究既分析了以角膜顶点或瞳孔为中心2 mm、4 mm、6 mm角膜直径时散光值和轴位,也对不同测量中心相同测量区域内全角膜散光值和矢量进行比较。
本研究发现,相同直径时,圆环模式和圆区模式的全角膜散光值是有差异的。圆环模式下,在瞳孔较大时(6 mm角膜直径),其对应的散光值有差异,在瞳孔较小(2 mm、4 mm角膜直径)时,散光值无差异;但是在圆区模式下2 mm、4 mm、6 mm角膜直径时,以角膜顶点为中心与以瞳孔为中心测量散光值均存在差异。圆环与圆区模式进行比较,以角膜顶点为中心4 mm角膜直径散光值无差异,余测量直径下散光值均有差异。因为圆区模式分析了整个区域内角膜散光的所有数据点,所以圆区模式更能代表该区域内角膜散光的状态,这提示在临床工作中对于散光值的选择,需要更重视圆区模式下整体的角膜散光。目前,对于只提供圆环上散光值的测量方法,我们需要对其综合考虑。Alpins等[25]对全角膜屈光力数据优化后的角膜残余散光标准差值(ORAsd)进行比较,ORAsd值越低,表明角膜散光的测量与角膜平面验光的柱镜度数相关性越好,代表角膜散光测量的误差越小,结果显示,使用Pentacam对1~8 mm角膜直径不同测量中心和区域的全角膜散光进行对比,发现基于圆区模式比基于圆环模式的角膜散光测量结果更准确,其结果为:以角膜顶点为中心,4 mm圆区模式下ORAsd值最小,为 0.337;以角膜顶点为中心,3 mm圆环模式下ORAsd值为0.345;以瞳孔为中心,4 mm圆区模式下ORAsd值为0.366;以瞳孔为中心,3 mm圆环模式下ORAsd值为0.363。Dong等[26]只比较了3 mm、4 mm角膜直径时以角膜顶点为中心与以瞳孔为中心圆区模式下的全角膜散光,其结果为:3 mm 角膜直径圆区模式下,以角膜顶点为中心与以瞳孔为中心全角膜散光值分别为(2.05±0.90)D、(1.89±0.86)D(P<0.001);4 mm 角膜直径圆区模式下,以角膜顶点为中心与以瞳孔为中心全角膜散光值分别为(2.00±0.90)D、(1.90±0.85)D(P<0.001)。
本研究发现,在圆区模式下,以角膜顶点为中心与以瞳孔为中心对比,不同角膜直径散光值有差异,散光轴位无明显差异,这提示我们在临床工作中需要注意不同测量中心散光值的差异。Meng等[27]测量59例Toric IOL植入术患者的角膜散光,比较Pentacam不同分析模式的预测误差,即实际角膜散光与测量散光的差值,发现在圆区模式下,不同角膜直径下以角膜顶点为中心较以瞳孔为中心的预测误差小。以角膜顶点为中心测量更准确的原因可能为α角比Kappa角更可靠和稳定[28],角膜顶点通常对应于晶状体囊袋的中心,而瞳孔随光线的强度而变化。本研究发现,角膜散光值的测量受不同中心和不同测量模式的影响,但其散光轴位无明显差异,这与文献[29-31]结果一致。不同中心和不同区域模式对散光轴位无明显影响,这为散光轴位的选择提供一定的参考。
散光具有矢量性,包括大小和方向。传统方法评估角膜散光,仅参考散光值的大小,未将散光值和轴位同时纳入进行分析。本研究将全角膜散光进行矢量分析,结果发现,矢量分析法与传统方法分析散光的结果具有差异性。双倍角图作为IOL植入术后散光分析的标准方法可以用于计算角膜散光的质心、标准偏差和95%的置信椭圆,并同时考虑了散光值和轴位[32]。本研究通过矢量分析法分析全角膜散光发现:不同测量中心比较,只有在4 mm角膜直径时圆环模式下散光在Y轴上的分量有差异;不同区域模式比较,在4 mm角膜直径时以瞳孔为中心下散光在Y轴上的分量有差异;余测量直径时散光在X轴和Y轴上的分量差异均无统计学意义。而单纯计算散光法:在圆区模式不同测量中心进行比较,2 mm、4 mm、6 mm角膜直径时散光值均有差异,这提示我们在临床工作中需用应用矢量分析法对角膜散光的值和轴位进一步分析,以提供更准确的角膜散光结果。对于白内障手术患者角膜散光的结果,质心预测误差优于平均绝对误差。 Chang等[33]评估2.4 mm 和3.3 mm角膜直径区域白内障术后植入非Toric IOL的角膜散光预测误差(术后实际角膜散光和测量角膜散光之间的差异),发现使用平均绝对误差来评估角膜散光时,2.4 mm和3.3 mm角膜直径区域的角膜散光无明显差异,而使用矢量分析法时,散光在X轴上的分量有差异。
根据矢量质心结果分析,我们发现在相同测量中心和相同测量区域模式下,质心的大小随着测量直径的增大而增大,这与Meng等[27]研究结果基本一致。质心值越靠近0,说明散光值越小。已有研究表明,在正常人眼中,测量角膜区域直径越大,纳入的角膜范围越广,角膜不规则性越高[34-35],越靠近角膜周边,角膜形态越平坦,与中央部角膜曲率半径相差较大。 Chang等[33]使用双倍角图法计算2.4 mm、3.3 mm角膜直径时圆区模式的全角膜散光质心测量误差,发现3.3 mm(0.09 D@25°±0.58 D)质心测量误差低于2.4 mm(0.09 D@87°±0.68 D)。Dong等[26]比较3 mm、4 mm角膜直径时圆区模式全角膜散光质心,发现在不同测量中心,4 mm较3 mm角膜直径时质心测量误差更小,结果分别为:以角膜顶点为中心,4 mm质心为0.71 D@177°±2.08 D,3 mm为0.81 D@179°±2.71 D;以瞳孔为中心,4 mm质心为0.67 D@178°±2.07 D,3 mm为0.82 D@2°±2.13 D。
4 结论
全角膜散光在不同测量中心及不同区域模式下,散光值具有一定的差异,但散光轴位无明显变化。与传统方法相比,矢量分析法得出的全角膜散光结果存在一定差异。在临床实际应用过程中,可以借助矢量分析法进行综合全面的角膜散光评估和分析,个体化选择散光的值来进行计算。