Pentacam与IOL Master测量角膜屈光力的比较

曹建雄，刘 伟，刘 妍，谢梅芬，张映平，常平骏，肖天林

0引言

准确的人工晶状体度数获得包括术前生物参数测量及人工晶状体公式的选择，生物参数测量的误差主要来源于眼轴长度、角膜屈光力及前房深度的测量[1-2]。 随着光学相干生物测量仪IOL Master及浸润式A超的出现，眼轴长度及前房深度测量已经达到比较精确的程度[3]。角膜屈光力的精确测量仍是难点，尤其是准分子手术后及不规则角膜等白内障患者的测量[4-6]。IOL Master是传统白内障手术测量角膜屈光力的经典仪器，其测量大部分正常角膜具有较高的准确性，当角膜形态发生改变后则测量存在较大的误差[4-6]。IOL Master测量角膜屈光力原理与传统角膜曲率计类似，通过记录投射在角膜前表面2.3mm直径对称分布的6个光点的反射，分析计算出环形的表面曲率半径。IOL Master只能测量角膜前表面，不能测量角膜后表面，将角膜后表面曲率半径假定为前表面的82.2%，即角膜前后表面曲率半径比为1.2，按照标准屈光指数(1.3375)计算角膜屈光力[7]。实际上角膜由两个表面组成，角膜前表面及后表面均是构成角膜屈光力的重要组成部分，因此这些假定是否完全正确已受到质疑[8-9]。Pentacam是最新一代的三维眼前节分析系统，具有角膜厚度测量、角膜前后表面地形图分析，角膜像差分析、白内障分析等多种功能[10]。Pentacam与IOL Master测量原理不同，它根据Scheimpflug 光学原理，在少于2s内，从0～180度旋转扫描,拍摄50张Scheimpflug 图像，每张照片可获取500个真实的高度点，最终每个层面产生25 000个真实的高度点，获得眼前节的三维图像[11]。既往的研究已经证实了Pentacam测量眼前节参数的准确性[12-13]。Pentacam系统测量角膜屈光力提供以下几个K值：sim K、true net power及Equivalent K-reading(EKR)。sim K根据角膜中央3mm直径前表面曲率半径及1.3375屈光指数计算；true net power:根据角膜前表面，后表面曲率半径，按照真实的角膜屈光指数(空气1.000，角膜基质1.376，房水1.336)计算，其结果不能直接用于传统人工晶状体计算公式；EKR考虑了角膜前表面曲率半径，后表面曲率半径及角膜厚度，主要适用于准分子手术后白内障患者人工晶状体屈光度计算[13-15]。准分子手术后白内障患者角膜屈光力的测量是目前正在攻克的难题，传统测量方法往往会导致术后远视的屈光误差[4,15]。EKR为准分子手术后白内障患者人工晶状体屈光度计算提供了较好的方法,因而成为最近几年国外研究的热点[14-15]。目前国内报道了Pentacam测量的sim K值与IOL Master测得K值的比较研究[16]，但尚无EKR相关的研究。本研究主要比较在国人角膜正常的白内障患者中，Pentacam提供的三种K值(sim K、true net power及EKR)与IOL Master测量所得K值的差异性、相关性和一致性。不仅为角膜正常屈光力的测量提供更多的选择，而且可以为准分子手术后及其他不规则角膜等白内障患者人工晶状体屈光度计算提供参考。

1对象和方法

1.1对象前瞻性临床研究。选择2017-01/06拟在我院行超声乳化白内障摘除联合人工晶状体植入手术的患者41例64眼，左眼34只。其中男21例，女20例，年龄49～83(平均69.7±9.14)岁。排除角膜屈光手术史，角膜外伤，角膜瘢痕及其他角膜疾病，无角膜接触镜配戴史。所有患者均知情同意。本研究通过医院伦理委员会审核。

1.2方法选用IOL Master光学相干生物测量仪及Pentacam三维眼前节成像系统(软件版本6.03r19)分别测量角膜屈光力。每种仪器的测量都由一位熟练操作的技师完成。两种仪器检测的间隔时间小于10min,检查前患者未接受任何眼部药物。

IOL Master检查方法：受检者下颌置于仪器的下颌托上，嘱患者注视仪器中的视标，采用IOL Master分别测量AL、K1、K2、ACD。AL及ACD连续测量5次取平均值，角膜曲率K1、K2(按照1.3375屈光指数计算)连续测量3次取平均值。再计算Km，即Km=(K1+K2)/2。

Pentacam检查方法：测量在暗室,自然瞳孔状态下完成，被检查者下颌置于下颌垫，前额轻贴额带，嘱患者充分瞬目后，注视蓝色带状指示灯中的光点，检查者使用操纵杆按屏幕指示进行瞄准和对焦，为了避免检查者偏倚，选择自动释放测量系统模式，即仪器探测到瞳孔中心和边缘及角膜顶点清晰后即自动开始测量。按要求只接受成像质量(quality specification，QS)显示OK的检测结果。连续测量至少3次，取平均值。采集的数据包括sim K、true net power、角膜中央1.0～7.0mm直径EKR值。

统计学分析：采用SPSS16.0统计学软件，对Pentacam与IOL Master测量所得数据的差异进行配对样本t检验,两种仪器所测数据的相关性采用Pearson相关分析并绘制散点图，P<0.05为差异具有统计学意义。两种仪器间所测数据的一致性采用MedCalc12.1.4软件Bland-Altman统计分析[17]，用横轴x表示两种方法测量每个对象的平均值,纵轴y表示两种方法测量每个对象的差值，并计算95%一致性界限(limits of agreement，LoA)作为评价一致性的指标。

2结果

2.1Pentacam测量simK、truenetpower及EKR与IOLMaster测量所得Km的差异与相关性Pentacam测量所得平均sim K及角膜中央4.0mm直径EKR值分别为44.21±1.238和44.28±1.240D，IOL Master测量所得平均Km为44.24±1.232D，差值均值分别-0.03±0.252和0.04±0.244D，差异无统计学意义(t=-1.018,P=0.313;t=1.461,P=0.149)。Pentacam测量所得 true net power及角膜中央1.0、2.0、3.0、4.5、5.0、6.0、7.0mm直径EKR与IOL Master测量所得Km差异有统计学意义(均P<0.01)。差值均值最大的为true net power-1.22±0.296D。经Pearson相关分析及散点图显示， Pentacam测量所得sim K及角膜中央4.0mm直径EKR与IOL Master测量所得Km具有最高的相关性(r=0.979、0.981，均P<0.01)。随着角膜测量直径的增大，EKR值逐渐增大，小于4.0mm角膜直径的EKR值比IOL Master测量的Km小;大于4.0mm角膜直径的EKR值比Km大，见表1和图1。

图1Pentacam测量所得simK，turenetpower和4.0mmEKR与IOLMaster测量所得Km值的散点图A: sim K; B: ture net power; C：4.0mm EKR。

图2Pentacam测量所得simK、turenetpower及4.0mmEKR与IOLMaster测量所得Km值的Bland-Altman图A: sim K; B: ture net power; C：4.0mm EKR。

表1Pentacam测量simK、truenetpower及EKR与IOLMaster测量所得Km的差异与相关性

D)

注：EKR= Equivalent K；Km=(K1+K2)/2；K=keratometry。

表2Pentacam测量所得simK、truenetpower及EKR与IOLMaster测量所得Km的一致性D

注：EKR= Equivalent K；Km=(K1+K2)/2；K=keratometry；95%LoA=95%一致性界限。

2.2Pentacam测量所得simK、truenetpower及EKR与IOLMaster测量所得Km的一致性Pentacam测量所得sim K及角膜中央4.0mm直径EKR值与IOL Master测量所得Km具有最高的一致性，95%一致性界限分别为-0.53～0.46D和-0.43～0.52D。分别有94%(60/64)、94%(60/64)的点落在95%一致性界限内。true net power与IOL Master测量所得Km一致性最低，95%一致性界限为-1.8～-0.64D，有95%(61/64)的点落在95%一致性界限内,见表2和图2。

3讨论

Pentacam与IOL Master采用不同的测量原理，其潜在优点是可以测量角膜前后表面，计算真实的角膜屈光力。目前能够测量角膜后表面的仪器主要有OrbscanⅡ及Pentacam，已有研究证实OrbscanⅡ测量后表面存在较大的误差[18]。本研究主要评价在角膜正常的白内障患者，Pentacam 测量所得K值与IOL Master测量所得K值的一致性以及EKR哪个范围的K值才是中国人最佳的K值。

Pentacam所测sim K根据角膜中央3mm直径前表面曲率半径及标准屈光指数(1.3375)，按照薄透镜高斯光学公式计算，sim K=(1.3375-1)×1000/r，其计算原理与传统角膜地形图sim K一致。为了减少系统误差，IOL Master所测Km计算亦采用标准屈光指数(1.3375)。我们的研究结果显示Pentacam 测量所得平均sim K比IOL Master测量所得平均Km小(-0.03±0.252D)，差异无统计学意义，这可能跟测量直径有关。IOL Master测量角膜前表面中央2.3mm直径，Pentacam测量角膜前表面中央3mm直径，越往角膜中央区角膜屈光力越陡峭。两者之间具有较高的相关性(r=0.979)，且95%一致性界限的范围比较窄-0.53～0.46D，具有较高的一致性。Elbaz等[19]研究结果表明两者相差为-0.47D，潘虹等[16]研究结果显示两者相差-0.49D，差异具有统计学意义。以上结果的差异可能是由于采用不同的屈光指数计算得来。IOL Master系统有1.3315及1.3375等多个屈光指数可供选择，而作者均没有公布 IOL Master计算角膜屈光力的屈光指数。Reuland等[20]用Pentacam与IOL Master对82眼测量角膜曲率半径进行对比研究，结果表明两种仪器具有较高的测量准确性，测量结果差异无统计学意义。

True net power根据角膜前后表面曲率半径及真实的角膜屈光指数(空气1.000，角膜基质1.376，房水1.336)，按照厚透镜高斯光学公式计算。

公式如下[9]：true net power=(1.376-1.000)/ram×1000+(1.336-1.376)/rpm×1000，ram为角膜前表面曲率半径，rpm为角膜后表面曲率半径。本研究结果显示，平均true net power为43.02±1.258D,比IOL Master测量所得Km小(-1.22±0.296D)，这跟Symes等[21]的研究结果一致(差值为-1.43D)。虽然true net power是最接近角膜真实的屈光力，但目前人工晶状体屈光力计算公式是在传统角膜曲率计测量结果的基础上通过回归分析得出来的，因此不能用于目前人工晶状体计算公式[15,21]。

为了使Pentacam测量所得K值适用于传统人工晶状体计算公式，2006年Oculus公司联合Holladay开发了Pentacam用于准分子手术后白内障患者角膜屈光力测量的软件Holladay报告，公式如下[15]：

nc为角膜基质屈光指数1.376；nk为标准角膜屈光指数1.3375；ram为角膜前表面曲率半径；rpm为角膜后表面曲率半径；RATbf为角膜正常后表面曲率半径与前表面曲率半径的比值0.822；RATkc为标准角膜屈光指数与角膜基质屈光指数计算角膜屈光力的比值0.8976，即：(1.3375-1.000)/(1.376-1.000)=0.8976。EKR考虑了角膜前后表面及角膜厚度。系统默认角膜中央4.5mm直径的EKR值计算人工晶状体屈光度，Pentacam并提供1.0～7.0mm的EKR分布值。

本研究结果显示，sim K及角膜中央4.0mm直径 EKR与IOL Master测量所得 Km差值最小，差值均值分别为-0.03±0.252和0.04±0.244D，且一致性最高，95%一致性界限分别为-0.53～0.46D和-0.43～0.52D。由于1.0D角膜屈光力测量误差会导致人工晶状体屈光度计算时1.0D的误差，平均人工晶状体屈光度计算误差分别为-0.03±0.252和0.04±0.244D；95%的误差范围分布在-0.53～0.46和-0.43～0.52D。临床上0.5D之内的误差是可以接受的，并且人工晶状体按照每0.5D之差进行生产。因此Pentacam 所测的sim K及4.0mm EKR值均可以用于人工晶状体计算公式。Symes等[21]对Pentacam与IOL Master测量63眼角膜正常的白内障患者所得K值进行了对比研究，结果显示角膜直径4.5mm EKR值与IOL Master测量所得Km差值均值最小(0.02D)，其在4.0mm EKR值与IOL Master 测量所得Km的差值均值为-0.18D。分析我们的研究结果与Symes等结果的差异可能由于不同的研究人群所致。Pentacam系统默认4.5mm EKR值计算人工晶状体屈光度是基于国外人群资料的研究结果，对于国人来说不一定是最佳的，因此有必要建立我们国人的研究资料。Woodmass等[22]建议采用较小的中央光学区直径EKR值计算人工晶状体度数可能更合适，因而在他们的研究中采用4.0mm EKR值，这与我们的研究相一致。

需要注意的是，尽管我们的研究结果显示Pentacam测量所得sim K及4.0mm EKR值与IOL Master测量所得Km一致性最高，其差值均值较小且95%一致性界限均较窄。然而95%一致性界限上下限绝对值的最大差值分别为0.52和0.53D，超过了临床允许的0.5D之内的误差范围，而且均有6%(4/64)的点落在95%一致性界限外。Woodmass等[23]研究结果显示Pentacam测量所得sim K及 4.0mm EKR值与IOL Master测量所得Km的95%一致界限分别为-0.81～0.11和-1.06～0.61D。Symes等[21]发现Pentacam测量所得sim K及 4.5mm EKR值与IOL Master测量所得Km的95%一致界限分别为-1.15～0.93和-0.91～0.95D。以上两位学者所得结果比我们的研究结果均高，因此应该警惕少数屈光误差较大的情况出现。

从1.0～7.0mm角膜直径EKR值的分布趋势来看，随着测量直径的增大，EKR值逐渐增大。小于4.0mm角膜直径的EKR值比IOL Master测量所得Km小;大于4.0mm角膜直径的EKR值比Km大。根据Holladay[23]的解释，如果角膜为一个完整的球面，那么角膜中央到周边每一点的屈光力应该相等。因为存在球差，角膜并非理想球面而是一个中央较陡峭，周边较平坦的非球面。EKR计算时根据折射定律，考虑了球差，因此 1.0～7.0mm直径EKR值逐渐增大。而IOL Master测量所得Km选择固定的角膜中央2.3mm直径，根据单球面公式计算得到，未考虑球差。因此对大部分正常患者来说，IOL Master测量误差不大，但对角膜中央到周边变化趋势较大的患者(如角膜特别陡峭或特别平坦者)来说，IOL Master可能存在较大的误差。Pentacam提供了1.0～7.0mm的EKR值分布范围，对于这部分特殊角膜患者，其人工晶状体度数计算采用的角膜屈光力范围有待进一步研究。Symes等[21]研究结果显示，1.0～7.0mm角膜直径EKR值之差为-2.15D，比我们的研究结果(-1.23D)大，这可能跟研究人群不同有关。角膜中央区角膜屈光力变化较小，相对较规则，近似球形，而旁中央区角膜屈光力变化较大，非球面性变化明显，因此我们的研究结果比较相符。

本研究存在的不足在于采用IOL Master作为对照，IOL Master本身并非测量角膜屈光力的金标准，只是可以使90%的眼测量精确到±1.0D之内[24]，因而可能存在系统误差，而且我们只进行了K值的比较，需要进一步代入人工晶状体计算公式，分别计算每种K值的屈光误差，进而得出屈光误差最小的K值，用于提高人工晶状体度数计算的准确性。

随着准分子手术后白内障患者的不断增多，Toric人工晶状体，多焦点人工晶状体等功能性人工晶状体的不断发展，及患者对手术效果的期望不断增高，角膜屈光力精确的测量显得尤其重要。Pentacam理论上应该具有更高的精确性，但由于目前人工晶状体计算公式是基于传统角膜曲率计得出来的回归公式。我们进一步需要研究的方向是针对Pentacam测量的K值进行校正，或是开发适合Pentacam的新的计算公式。从而进一步提高角膜屈光力测量的精确性，对准分子手术后及不规则角膜等白内障患者具有更大的意义。