白内障患者角膜后表面散光评估方法及临床意义

Assessment and Clinical Characteristics of Posterior Corneal Astigmatism in the Patients with Cataract

摘要: 随着白内障手术进入屈光手术时代，充分评估角膜散光，尽量减少可能的测量误差，对于术后达到理想屈光状态至关重要。术前对角膜散光进行准确测量是白内障手术的关键环节。过去，由于对角膜后表面散光(PCA)的认识不足和检查仪器的限制，人们低估了PCA对整个角膜散光的影响。目前，利用各种不同的仪器，可以直接或间接地获得角膜后表面的信息。本文从相关测量仪器、临床特点以及与在白内障手术中的临床意义3个方面对PCA进行综述。

Abstract: With cataract surgery evolved from visual restoration surgery to refractive surgery, adequately and correctly assessing corneal astigmatism is critical to achieving the ideal refractive state after sur-gery. Accurate measurement of corneal astigmatism is a necessary part of cataract surgery. The ef-fect of posterior corneal astigmatism (PCA) on overall corneal astigmatism was underestimated due to a lack of knowledge of PCA and limitations of the examination instrumentation. Currently, infor-mation on the posterior corneal surface can be collected directly or indirectly using different prin-ciples. This article describes the measurement methods and clinical characteristics of PCA to im-prove the understanding of these factors and bring attention to them in clinical practice.

1. 引言

随着白内障手术技术日新月异的发展，白内障术后视觉质量也得到了不断的提升。据报道，约有20%~30%的白内障患者合并角膜散光 > 1.25 D，而角膜散光 > 1.00 D会严重影响患者术后的视觉质量 [1] ，引起视物模糊、复视、光晕、眩光等症状，因此术后残留散光是影响患者术后视觉质量的重要因素之一。散光矫正的方法包括配戴眼镜、角膜接触镜以及做角膜松解切口等，目前认为，在白内障手术中植入散光矫正型人工晶体是矫正角膜散光的有效方法 [2] 。在白内障术前规划中，准确评估应矫正的角膜散光，尽量减少可能出现的测量误差，这对术后达到理想屈光状态至关重要 [3] 。Goto等认为患者术后出现屈光误差的重要原因之一在于术前角膜散光不精准的测量 [4] 。

角膜前表面散光(Anterior corneal astigmatism, ACA)及角膜后表面散光(Posterior corneal astigmatism, PCA)共同组成全角膜散光(Total corneal astigmatism, TCA)。既往由于研究方法的限制，且角膜的屈光指数(1.376)与房水(1.336)之间的差异很小，所以对散光的关注多集中在角膜前表面，PCA曾一度被认为是可以忽略不计的。临床上发现，在白内障手术后，即使散光矫正型人工晶体未出现明显的偏心和倾斜 [5] ，患者术眼验光数据也与测量的前表面散光结果不一致 [6] 。自从2013年Koch等、报告了角膜后表面散光对全角膜散光的影响后，PCA在屈光性白内障手术中的作用越来越受到眼科医生的关注。

随着检查技术设备的不断更新换代，我们可以通过仪器直接或者间接获得角膜后表面信息 [7] ，目前，后角膜曲率可以通过浦肯野图像，扫描狭缝成像，Scheimpflug成像和光学相干断层扫描等不同的技术组合来测量。使用这些工具的同时，利用Gaussian光学透镜公式 [8] (高斯成像公式：1/u + 1/v = 1/f，即物距的倒数加上像距的倒数等于焦距的倒数)以及光线追踪原理，通过测量角膜的前后曲率和角膜的厚度来确定总角膜屈光力。总体角膜散光由仪器测量的ACA和一个特定的修正屈光指数(通通常为1.3375)计算所得，称为模拟角膜散光 [9] 。

本文旨在介绍PCA在白内障手术中的临床特点、测量方法和临床意义，以便眼科医生在临床实践中加以利用。

2. PCA测量的技术设备

2.1. 不同仪器

传统使用角膜曲率计或者部分光学相干生物测量仪器等对于角膜后表面散光进行测量，通过角膜前表面半径及不同的屈光指数(通常为1.3375)来粗略计算，这样的测量方式不能直接对角膜后表面的信息进行采集。1995年临床上第一次出现可以直接获取角膜后表面信息的仪器设备裂隙光扫描系统 [10] ，如Orbscan和Orbscan II。设备结合Placido盘和三维裂隙扫描技术，其光学装置从颞侧和鼻侧发射20条裂隙光束，以45˚角投射并扫描角膜，收集从角膜反射的图像信息并分析三角关系，一共得到40个裂隙切片面，其中每个切面有240个数据点，最终获得9600个数据点 [11] 。最终制作出角膜前表面高度图、角膜后表面高度图、角膜前表面屈光地形图及全角膜厚度图。

而后，根据Scheimpflug原理设计的Pentacam、Galilei和Sirius等设备开始在临床应用，Pentacam HR是基于 Scheimpflug成像原理对眼球进行旋转扫描的三维眼前节分析诊断系统 [12] ，可在2 s内扫描获得共轴的50幅裂隙图像，每幅图像包含500点，最终每个层面产生25,000个真实的高度点，从中得出角膜曲率和屈光力 [13] ，所得数据与参考点轴向和测量方向无关，因此得到的数据更加精准且重复性更高。

Galilei和Sirius则都是分别将Placido盘与双旋转或单旋转Scheimpflug摄像机相结合的设备。两个设备前表面曲率均由Placido环和Scheimpflug相机联合获得，角膜厚度图、前后表面角膜高度图通过Scheimpflug相机获取，Sirius旋转180˚扫描眼球，得到25张图像和1张Placido环像，最终获得2500个有效数据点 [14] ，Galilei则运用两个Scheimpflug摄像机同时旋转180˚扫描眼球捕获122,000个数据点。

目前有些报道彩色LED地形测量仪(Cassini I-Optics, Den Haag, The Netherlands) 也可以应用于角膜后表面散光的测量，Cassini由679个红色、黄色和绿光LED以特定的模式排列构成，以确保光源和图像点之间的1:1的对应关系。使用正向光线追踪，重建角膜前表面。结合角膜前表面的信息，再借助浦肯野原理及7个额外的红外线LED来研究角膜的后表面 [15] 。在91只眼睛的研究中，Cassini所测得角膜后表面散光的中位数为−0.35 D。

光学相干断层成像设备(OCT)是基于低相干干涉测量的原理，通过比较从眼前节反射的红外光与参考反射的时间延迟来计算和分析整体角膜信息 [7] 。临床常用是扫频OCT，其优势在于直接采集两侧反射光的干涉光谱，而无需纵向扫描，再经过傅里叶变换后获取角膜信息，提高了采集速度的同时，减少了眼球运动引起的伪影、降低信噪比和提供更好的分辨率 [10] 。IOL-Master 700 (Carl Zeiss Meditec, Jena, Germany)是一种新型的无创光学生物测量仪，使用波长为1050 nm的扫源光学相干断层扫描(SS-OCT) [16] 。使用角膜表面的反射光点测量角膜曲率，以及基于巩膜和虹膜图像测量瞳孔直径、视轴和白到白(WTW)等。IOL-Master 700在一次测量采集过程中获得每个参数的多次测量，基于扫频源频域OCT进行轴向测量，可实44毫米的扫描深度和22微米的组织分辨率 [17] 。

2.2. 仪器间的对比

在以往的一些研究 [18] 表明基于Scheimpflug原理设计的Pentacam HR和Galilei与Orbscan相比，其一致性和可重复性更高，Scheimpflug原理避免了角膜的非平面形状引起的对周边角膜数据捕获的困难性和不可靠性这一弊端。Pentacam HR测量受限于角膜透明度，对于混浊的角膜无法得到精确的结果。Menassa等报道Galilei和Sirius在PCA和TCA的评估中都具有良好的可重复性，但是针对其在圆锥角膜人群中应用的可靠性有待进一步证实。Koch认为与Pentacam相比，Galilei会低估PCA。Stijn等认为Pentacam和Cassini对于总角膜散光测量的准确性高于前角膜散光测量。

前节OCT技术可以大幅提升眼前节图像的分辨率和清晰程度，因此在理论上认为与Scheimpflug成像技术相比，前节OCT技术可获得更为精确的角膜前后表面信息。在一项在对530眼的角膜后表面散光数据测量研究 [19] 中，对比了扫频OCT及双旋转Scheimpflug成像系统(DSA)，DSA测得的平均角膜后表面散光值为−0.29 D，明显高于扫频OCT所得平均值−0.19 D，两者有着临床上的显著差异。与DSA相比，扫频OCT所测得的后部角膜散光值较低。LaHood在2018年首次报道了IOLMaster 700对1098例患者进行了角膜散光测量，结果表明IOLMaster700所测得角膜后部散光的平均幅度为0.24 D，略低于其他设备的研究数据。

目前，还没有公认的黄金标准来比较后部角膜散光的测量，因此很难验证任何新设备的准确性。在目前阶段，最好的办法是比较不同仪器(见表1)所测得的数值以及其相关性。因此，在术前规划中，医生有必要考虑不同仪器之间由于测量原理和测量范围的不同而产生的结果差异。

Table 1. Results of posterior corneal astigmatism measurements for different instruments

表1. 不同仪器的PCA测量结果

3. PCA的临床特征

3.1. PCA基本临床特征

蒋元丰等 [10] 人对于既往报道中纳入眼数大于100眼的研究所得结果进行统计分析，PCA平均值约为0.30 D，其中有约占比6%~15%的人群超过0.50 D，Koch等认为超过0.50 D约占比9%，PCA的轴位绝大多数为逆规，这与之前的研究结果相似。Jiang [9] 的研究发现年轻患者平均PCA高于老年患者(r² = 0.045, P < 0.001)，认为PCA随年龄增长缓慢且轻度的向顺规飘移趋势。Naeser等 [20] 在对不同年龄组的统计研究中发现，PCA在不同性别间差异没有统计学意义。在对于中国地区1979只眼的相关与回归分析中发现PCA与角膜后表面低阶像差(LOA)之间存在正相关(r = 0.172, P < 0.001) [21] ，与角膜后表面高阶像差(HOA)仅呈弱正相关(r = 0.033, P < 0.001)，由于HOA和LOA均为评价视觉质量的重要客观指标，所以忽略PCA会对白内障术后视觉质量产生较大影响。对比高度近视人群与普通人群的散光分布，PCA的平均大小以及轴位分布不具有统计学意义。对于PCA与测量角膜直径的相关性研究，Liu和Wylęgała [22] 分别使用Orbscan及Galilei对于不同直径的角膜进行测量，认为PCA不同测量直径中具有统计学意义。而Fredriksson等 [23] 认为PCA在分别以瞳孔为中心和以角膜顶点为中心的测量之间具有统计学差异。

3.2. PCA与TCA、ACA

景清荷等 [21] 研究认为ACA以顺规散光为主，而PCA和TCA中以逆规散光为主。ACA随着年龄增长，从顺规散光逐渐向逆规逆转，而绝大多数人群PCA呈逆规散光，因此PCA对ACA多数起到一定的补偿作用，进而降低TCA，随着年龄的增长可能会转变成叠加作用。与之相关，有研究 [23] 表明年龄小于60岁的患者TCA主要为顺规散光(WTR)，而年龄大于60岁的患者TCA主要为逆规散光(ATR)。在ACA轴位为顺规时(WTR)，PCA与其呈强正相关；ACA轴位为顺规时(ATR)，PCA与其无相关性；则ACA为斜轴时，两者呈弱相关性。推测角膜前后表面形态一致性(顺规眼最高，逆规眼最低)越高，ACA与PCA的相关性就越强。对于PCA的忽略或者不准确测量，可能会导致一些人群中TCA的估计出现显著偏差。基于PCA以上临床特征，考虑若ACA为顺规散光，那么TCA是减低的；若ACA为逆规散光，那么TCA呈增加趋势。在一项对于3769只眼的研究中发现，TCA的两个年龄转折点是36岁和69岁。从18岁到35岁，TCA向逆规则散光的平均变化为0.13 D/10年，从36岁到68岁为0.45 D/10年，69岁以后这种变化趋势下降，这种变化主要考虑与ACA相关。

4. PCA在白内障手术中的临床意义

4.1. PCA与散光型人工晶体

随着进入屈光性白内障手术时代，现在普遍认为对白内障合并散光的患者而言，植入散光矫正型人工晶体能显著降低总散光程度，从而有效改善患者术后视觉质量。术前对于角膜散光情况的评估及散光人工晶体的公式计算对于提高术后视觉质量至关重要。散光人工晶体计算公式综合预测的晶状体位置、人工晶体的球面功率以及角膜数据等数据来得出人工晶体度数，越来越多研究表明 [24] 不考虑PCA或仅依靠角膜前表面散光来估计整体角膜散光情况，会造成散光和轴位的偏差，从而影响后续白内障手术的规划和效果，最终导致患者术后视觉质量的下降。

目前临床上使用的散光型IOL计算公式均将PCA纳入考虑范畴，Barrett Toric在线计算公式分别将仪器直接测得的后表面散光数据以及常规预测后表面散光数据进行计算，得到不同的结果以供比较，而不同人工晶体厂家推荐使用的在线散光型IOL计算公式(例如Zeiss Toric在线计算公式等)并未采用实际测得的后表面散光数据进行计算，而是直接默认角膜后表面散光为逆规散光。Nakano等 [25] 研究认为在计算散光人工晶体度数时加入后角膜散光并不能改善斜轴眼的预测结果，与之相反的是，在WTR眼或者ATR眼中考虑真实测量的PCA则可以改善术后的屈光效果。临床工作中根据术前角膜散光及选择散光晶体的不同，运用多公式计算以及对比是必要的。

4.2. PCA与术源性散光

术源性散光(surgically induced astigmatism, SIA)是导致白内障手术术后屈光误差及视觉质量下降的重要因素之一，对于屈光性白内障手术影响更甚 [26] 。未穿透角膜后弹力层的切口不会影响PCA，所以术中在角膜陡峭子午线上设置单一或一对透明角膜切口可以矫正角膜散光。手术切口的大小、位置和结构均是SIA的影响因素，随着对于SIA的不断深入研究，发现除了关注SIA对ACA的影响之外，PCA同样会对屈光性白内障手术SIA的计算也会产生干扰，从而影响屈光性IOL植入后的视觉效果 [26] 。Li等 [27] 认为1.8 mm的陡峭轴透明角膜切口所带来的SIA可显著减少ACA，同时增加PCA，推断手术切口末端至角膜中心的距离越短，术后后角膜散光(Surgically induced astigmatism on the posterior cornea, P-SIA)可能越大。在He等 [28] 对92只眼睛的研究(2.2 mm透明角膜切口)中，角膜前表面的SIA为(0.69 ± 0.41) D，角膜后表面的SIA为(0.23 ± 0.14) D，同时证明较长的透明角膜切口合并较小的切口角度会导致更大的角膜前后表面SIA。刘文洁等 [29] 使用Pentacam对于97例白内障患者术前评估时候发现PCA与模拟角膜散光间具有正相关性(r = 0.225, P = 0.027)，认为在术前评估需矫正的TCA时，需要考虑到PCA的影响，若PCA为顺规散光，实际需矫正的散光应大于测量值，而PCA为逆规散光时，实际应矫正的散光应小于测量值。在屈光性白内障术前规划时，需要将PCA纳入到角膜切口设置及SIA的计算的考虑范围中。

5. 总结与展望

随着白内障患者对于术后视觉质量的期望值越来越高，我们需要不断发展更新屈光性白内障手术理念。多项研究 [30] [31] 发现忽略PCA会导致术后残余散光增大，使得散光矫正预测性降低，所以对于PCA的精准评估及全角膜散光的综合考虑是术前规划的重中之重。随着技术的发展，目前有多种仪器能够较为准确地测量PCA，但其一致性、稳定性和可重复性有待进一步研究。熟悉PCA的测量方式、分布规律和临床特点，对合理规划白内障手术及晶体度数选择具有重要意义。

NOTES

^*通讯作者。