三種儀器測量白內障術前角膜生物學參數的比較

陳 果，李 霄，鄭廣瑛

0引言

人工晶狀體屈光度數的準確預測是患者術后視覺質量的關鍵，其主要取決于人工晶狀體計算公式的選擇及術前眼軸長度、前房深度及角膜曲率[1]等的準確測量。在人眼屈光系統中，角膜屈光力約占全眼屈光力的2/3[2]，近年來隨著屈光性白內障手術的開展與散光型人工晶狀體的應用，精確測量術前角膜曲率、散光值及軸位顯得尤為重要。臨床上測量角膜曲率的儀器有三維眼前節分析系統Pentacam、光學眼生物測量儀IOL Master及iTrace視覺功能分析儀等，本研究旨在比較上述三種儀器所測得的角膜曲率和散光情況，分析其在白內障術前檢查中的應用價值與相互替代性。

1對象和方法

1.1對象前瞻性臨床研究。收集 2020-09/2021-01于鄭州大學第一附屬醫院接受手術治療的白內障患者68例82眼的臨床資料，其中男31例39眼，女37例43眼，年齡43～88(平均63.4±10.2)歲。納入標準：(1)確診為年齡相關性白內障的患者；(2)可配合行Pentacam、IOL Master及iTrace術前檢查者；(3)全身狀況良好者。排除標準：(1)合并角膜炎、干眼等眼表疾病者；(2)既往有角膜、晶狀體手術史者；(3)近1wk內配戴過角膜塑形鏡(rigid gas permeable，RGP)者；(4)先天性小角膜、晶狀體脫位及半脫位者；(5)因視力低下、眼球震顫、嚴重白內障等不能行本研究相關檢查者；(6)存在全身系統性疾病者。本研究通過本院倫理委員會審批，所有患者均知情同意，并簽署知情同意書。

1.2方法受檢者在自然瞳孔狀態下，由同一位操作熟練的醫師分別應用Pentacam三維眼前段分析系統、IOL Master 500生物測量儀、iTrace視覺功能分析儀測量眼前節生物學參數，三種儀器測量順序隨機，每兩種儀器測量的時間間隔小于15min，檢查前未接受任何眼部藥物，測量時多次瞬目后睜眼，盡量避免眼瞼對角膜的遮擋及因淚膜不穩定造成的測量誤差，每種儀器均測量3次后取平均值或取重復性較好的數據。分別記錄平坦軸角膜曲率(K1)、陡峭軸角膜曲率(K2)、角膜散光度數(cylinder，C)及陡峭軸的軸位(axis，A)，計算平均角膜曲率(Km)，Km=(K1 + K2)/2，將散光度數、軸位代入傅立葉矢量公式得到J0、J45，J0=-(C/2)cos(2A)，J45=-(C/2)sin(2A)，J0 為水平及垂直方向的散光，J45為 45°方向的斜散光[3]。

2結果

2.1三種儀器測量的角膜生物學參數納入患者術前均采用Pentacam、IOL Master和iTrace測得角膜曲率(K1、K2)、散光度數和軸位，并計算出Km、J0、J45，結果見表1，其中男性和女性患者分別采用Pentacam、IOL Master及iTrace三種儀器測得的平均角膜曲率Km值見表2。

表1 三種儀器測量的角膜曲率和散光值

表2 不同性別患者采用三種儀器測量的Km值

2.2三種儀器測量角膜生物學參數的差異性和相關性三種儀器測量的K1、K2、Km、J0、J45差異均無統計學意義(P>0.05)。Pearson相關性分析結果顯示，三種儀器測量的K1、K2、Km值均呈高度相關性(|r|>0.5，P<0.01)，IOL Master與Pentacam、iTrace測量的J0、J45值均呈中度相關性(0.3<|r|<0.5，P<0.01)，Pentacam與iTrace測量的J0、J45值均呈低度相關性(0.1<|r|<0.3，P<0.05)，見表3。

表3 三種儀器測量角膜生物學參數的差異性及相關性分析

2.3三種儀器測量角膜生物學參數的一致性

2.3.1 Pectacam與IOL Master Pectacam與IOL Master測量K1、K2、Km、J0、J45一致性比較的95%LoA分別為-0.67～0.66、-0.79～0.65、-0.68～0.60、-0.68～0.67、-0.69～0.67D，分別有4%(3/82)、6%(5/82)、5%(4/82)、4%(3/82)、7%(6/82)的點位于95%LoA之外，95%一致性區間寬度分別為1.33、1.44、1.28、1.35、1.36D，差值均數分別為-0.005、-0.072、-0.040、-0.007、-0.006D，其中K2和J45有超過5%的點位于95%LoA之外，K1、K2、Km、J0、J45測量值的95%LoA區間寬度均大于1.0D，一致性較差，見圖1。

圖1 Pentacam與IOL Master測量值的Bland-Altman一致性分析圖 A：K1；B：K2；C：Km；D：J0；E：J45。

2.3.2 Pentacam與iTrace Pentacam與iTrace測量K1、K2、Km、J0、J45一致性比較的95%LoA分別為-0.78～0.72、-0.75～0.74、-0.71～0.67、-0.65～0.64、-0.71～0.67D，分別有5%(4/82)、4%(3/82)、5%(4/82)、7%(6/82)、7%(6/82)的點位于95%LoA之外，95%一致性區間寬度分別為1.50、1.49、1.38、1.29、1.38D，差值均數分別為-0.029、-0.010、-0.020、0.004、-0.024D，其中J0、J45有超過5%的點位于95%LoA之外，K1、K2、Km、J0、J45測量值的95%LoA區間寬度均大于1.0D，一致性較差，見圖2。

圖2 Pentacam與iTrace測量值的Bland-Altman一致性分析圖 A：K1；B：K2；C：Km；D：J0；E：J45。

2.3.3 IOL Master與iTrace IOL Master與iTrace測量K1、K2、Km、J0、J45一致性比較的95%LoA分別為-0.74～0.69、-0.63～0.75、-0.65～0.69、-0.58～0.60、-0.68～0.64D，分別有2%(2/82)、5%(4/82)、4%(3/82)、8%(7/82)、6%(5/82)的點位于95%LoA之外，95%一致性區間寬度分別為1.43、1.38、1.34、1.18、1.32D，差值均數分別為-0.024、0.062、0.020、0.011、-0.018D，其中J0、J45有超過5%的點位于95%LoA之外，K1、K2、Km、J0、J45測量值的95%LoA區間寬度均大于1.0D，一致性較差，見圖3。

圖3 IOL Master與iTrace測量值的Bland-Altman一致性分析圖 A：K1；B：K2；C：Km；D：J0；E：J45。

3討論

由于IOL Master生物測量儀、Pentacam三維眼前節分析系統、iTrace視覺功能分析儀的測量原理與優缺點不同，在對于角膜屈光手術或白內障手術的術前檢查、手術設計及術后隨訪等方面也有不同的作用，本研究旨在比較Pentacam、IOL Master和iTrace測量白內障患者術前角膜曲率和散光狀態的差異性、相關性和一致性，評估它們在臨床使用中是否可以相互參考與替代。

Pentacam是基于Scheimpflug光學原理的非接觸式眼用圖像診斷儀[4]，由兩臺攝影機架構而成，其中一臺攝影機可旋轉掃描受檢者眼部，創建眼前節三維數據模型，從而提供不同直徑范圍角膜曲率等數據，另一臺攝影機用于定位眼球位置，及時糾正眼球位移，因其避免了從單一角度測量的弊端，故測量結果具有很好的準確性與重復性[5]。IOL Master也是一種非接觸的眼部光學生物測量儀器，利用部分相干干涉技術與圖像分析處理技術記錄投射在角膜前表面的直徑為2.3mm的以6個方向對稱分布的6個光點的反射影像，測量反射光影像之間的距離，從而自動計算出環形的角膜表面曲率半徑以及測量兩點間的平均角膜曲率[6]。iTrace視覺功能分析儀將經典的Placido盤角膜地形圖系統與Ray Tracing像差儀相結合，在進行角膜地形圖拍攝時運用窄光束光路追蹤技術，將采集到的數據轉換成曲率圖、屈光力圖、高度圖等，從而進行角膜曲率、散光度數及軸位的測量[7]。

本研究發現，Pentacam、IOL Master與iTrace對于K1、K2、Km、J0、J45測量的差異均無統計學意義(P>0.05)，三種儀器測量Km時，IOL Master的值最大，Pentacam的值最小。研究表明，利用IOL Master測得角膜曲率值較其他儀器大[8]，原理可能與測量的角膜范圍不同有關，如本研究中Pentacam和iTrace均測量的是角膜前表面中央直徑為3mm范圍內的生物學參數，均大于IOL Master測量的角膜前表面中央直徑2.3mm的范圍。此外，盡管角膜中央瞳孔區直徑約4mm范圍內區域各點的曲率半徑基本相同，但越接近角膜中央區角膜的屈光力越陡峭[9]，因而IOL Master測量的角膜曲率結果理論上大于Pentacam和iTrace。本研究還發現，三種儀器測量的女性Km均高于男性，這種性別之間的差異可能是因為女性的角膜直徑較小，角膜曲率半徑也較小，所以角膜曲率較男性大[10]。

本研究結果顯示，Pentacam、IOL Master與iTrace測量的K1、K2、Km、J0、J45均具有相關性。相關系數r對隨機誤差敏感，但對系統誤差的敏銳性較差[11-12]，即存在兩組測量值通過相關性分析得到較大的相關系數r，但兩設備間確實存在因設計原理不同造成的系統誤差，就不能簡單地認為兩組測量值一致性佳；當檢查者、受檢者個體間隨機誤差導致的變異大到一定程度時，兩種設備測量數據的相關性分析所得到的相關系數r也不會很大。本研究結果顯示，三種儀器在測量角膜曲率時具有高度相關性，意味著三種儀器測量角膜曲率時很少受到人為因素干擾，但對于散光而言，IOL Master與Pentacam、iTrace在測量J0、J45時呈中度相關，Pentacam與iTrace在測量J0、J45時呈低度相關，由此可看出檢查者和受檢者產生的隨機誤差對散光測量存在影響。研究表明，散光的測量過程較容易受到人為因素的影響，軸位測量的偏移很多是由于受檢者頭位的位移所致[13-14]。因此，各儀器間測量散光矢量J0、J45的相關性不高與一致性差的原因可能如下：(1)三種儀器的工作原理及測量范圍不同；(2)檢查者的操作和受檢者的配合程度不一致；(3)測量儀器本身存在系統誤差；(4)本研究納入的受檢者均為中老年白內障患者，可能受到淚膜、裸眼視力及配合程度的影響。

評估兩種測量儀器的測量結果可相互替代需滿足兩個條件：(1)有少于5%的點超過95%LoA，在本研究中，Pectacam與IOL Master的測量值K2、J45，Pentacam與iTrace的測量值J0、J45以及IOL Master與iTrace的測量值J0、J45均有超過5%的值位于95%LoA之外，一致性較差，臨床上不可相互替代；(2)結合95%LoA寬度的臨床意義，術前角膜曲率誤差超過1.0D可能造成術后0.8～1.3D的屈光誤差[15]，所以各測量值的95%LoA寬度需小于1.0D才可被判定為一致性好，因此，雖然其余各儀器測量值的差值有少于5%的值在95%LoA之外，但是由圖1～3可知，上述儀器所比較的各測量值之間的95%LoA的寬度均大于1.0D，這在臨床運用中是無法接受的，由此可判斷三種儀器測量角膜曲率及散光值的一致性差，臨床上均不可相互替代，與賓莉等[16]、Kiraly等[17]研究結果一致。楊玉煥等[18]研究顯示Pentacam與IOL Master對長眼軸白內障患者的角膜曲率測量值可以替代，對短、中眼軸患者角膜曲率測量結果不可相互替代，分析本研究納入患者82眼，平均眼軸長度24.17±1.66mm，其中短眼軸(<22.0mm)者10眼，中眼軸(22.0～26.0mm)者66眼，長眼軸(>26.0mm)者6眼，可知有93%為短、中眼軸患者，故楊玉煥等[18]研究結果可作為本研究的參考。Haddad等[19]研究顯示Pentacam與IOL Master 500在白內障患者中測量K1一致性好，測量K2、Km一致性差，但其并未將95%LoA寬度<1.0D納入一致性檢測的條件，故結論與本研究不一致。杜云等[20]認為Pentacam與iTrace測量K1、K2、Km、J0、J45的一致性好，與本研究結論不一致，原因可能是其納入的是屈光不正患者，矯正視力可達1.0，年齡22～35歲，對于檢查的配合程度較高，檢測過程中隨機誤差較本研究小。同樣由于患者納入條件不同而與本研究結果具有差異的還有Molina-Martín等[21]研究結果，該研究表明Pentacam與IOL Master 500對于健康眼而言測量的角膜曲率與散光值具有差異且一致性差。此外，Zhang等[22]認為Pentacam、IOL Master及iTrace在健康眼中測量角膜曲率的一致性較好，Delrivo等[23]認為Pentacam和iTrace測量健康眼角膜曲率和散光度數一致性好，但軸位測量一致性差。上述研究與本研究結果不一致的原因分析可能是由于研究對象的年齡、眼部條件不同導致配合程度不同。

綜上所述，本研究表明，Pentacam、IOL Master和iTrace三種儀器測量角膜曲率和散光值的結果無明顯差異，三種儀器測量角膜曲率和散光值的結果具有相關性，三種儀器測量角膜曲率和散光值的一致性均較差，表明三種儀器測量K1、K2、Km、J0、J45的結果均不可相互替代，在臨床工作中需根據患者眼部具體情況謹慎選擇。但本研究仍存在不足之處：(1)樣本量較小，可進一步增加樣本量，使研究結果更有可信度；(2)未嚴格規定入組患者的裸眼視力的低限與白內障混濁等級，故可進一步規范研究對象的納入標準，使研究結果更有針對性。