角膜地形图仪的原理及选购

王英丽 赵国平

精准测量角膜形态，对于保障视觉质量及医学检测结果的准确性都具有重要意义。目前临床上评估和测量角膜形态最常用的设备是角膜地形图仪，本文围绕角膜地形图仪的概念、结构、测量原理以及应用领域等相关知识作出介绍，并通过分析其性能指标及参数，对其选购方法进行分析与指导。

1 角膜的形态

1.1 角膜形态

角膜是位于眼球壁前端1/6处的无血管的透明纤维膜，正常角膜高度透明、表面光滑、前凸后凹，形如凸凹透镜，边缘与巩膜表壳相接。角膜的前表面形态和山的形态相似，中央约3mm左右为球面形，周边曲率半径逐渐增大，呈非球面形。

1.2 角膜形态测量的意义

角膜的形态与人的身体发育息息相关，人一生中，角膜形态会随着正视化进程的发展发生变化。婴儿期，角膜更近似于球形。随着年龄增长，角膜曲率半径逐渐变大，屈光力逐渐下降，最终稳定在约43D左右，并且表现出顺规性散光，即垂直方向屈光力大于水平方向。到了老年，由于眼睑松弛压迫角膜力量减轻，呈现逆规性散光，即水平方向屈光力大于垂直方向。

另外，人的自然生理周期中，角膜形态也会发生细小变化。睡眠期间，眼睑的闭合会引起角膜曲率和厚度的变化。在夜间，由于泪液的蒸发减少及渗透压的改变可使角膜增厚3%～8%，眼睑睁开后2小时内可恢复正常。睡眠时眼睑的压力可导致角膜中央变扁平，在白天则可逐渐恢复。女性在月经周期，角膜也会发生一些小的改变，雌激素水平增高可使角膜的含水量增高，导致角膜变扁平，厚度增加。所有这些变化都是较微小的，在临床上没有明显表现。

角膜的形态分析对角膜病症的诊断具有非常重要的指导性意义，例如圆锥角膜是以角膜扩张、中央变薄向前凸出，呈圆锥形的一种眼病。角膜屈光手术需要通过角膜形态分析来进行精准的术前检查和术后评价。

目前角膜形态测量主要由角膜地形图仪来完成。

2 角膜地形图仪

2.1 角膜地形图仪的概念

角膜地形图仪是一款通过电脑辅助，从而呈现角膜表面曲率映像的高精度新型设备。角膜地形图的全称是计算机辅助的角膜地形图，是通过计算机图像处理系统将角膜形态进行数码化分析，并将所获得的信息以不同特征的彩色图来表现，因其貌似地理学中地形表面高低起伏的状态，故称为角膜地形图。角膜地形图仪能够精确测量、分析全角膜前表面任意点的曲率，检测角膜屈光力，是研究角膜前表面形态的一种系统而全面的定量分析手段。角膜地形图仪能够精确地分析整个角膜表面的形态和曲率的变化，使系统、客观、精确地分析角膜性状成为可能。

2.2 角膜地形图仪的结构

角膜地形图仪的结构如图所示，它主要由3部分组成：Placido氏盘投射系统、实时图像监测系统、计算机图像处理系统。它的附件结构包括：额托、Placido环、机身、手柄、颌托及高度调整手柄。

图1 角膜地形图仪器

2.3 角膜地形图仪的测量原理

角膜地形图的设计原理与地质学中的等高线原理相同。等高线是地面上高度相等的相邻点连接而成的闭合曲线，地形图利用了等高线测量法，在成像后的图中，较平坦的地方等高线环间隔较大，较陡峭的地方等高线环间隔较小。角膜地形图则是通过Placido氏盘投射系统将28或32个圆环从中心到周边均匀地投射到角膜表面上，使整个角膜均处于投射分析范围之内。其中每一投射环上均有256个点计入处理系统，因此整个角膜就有约7000多个数据点进入分析系统。之后计算机通过实时图像监测系统进行实时图像观察、监测和调整等，使角膜图像处于最佳状态下进行摄影。角膜上不同曲率半径采用不同的颜色，暖色代表屈光力强的部位，冷色则代表屈光力弱的部位，这使得角膜地形图仪显示的结果十分直观醒目。计算机随后将其储存，以备分析。最后，通过图像处理系统将储存的图像数字化，应用已设定的计算公式和程序进行分析，再将分析的结果用不同的彩色图像显示在荧光屏上，同时，数字化的统计结果也一起显示出来。角膜地形图仪具有系统性、准确性、精确性以及直观性，是详细了解角膜表面形态的最佳设备。

角膜地形图仪在临床应用中主要有以下几点:

a.角膜规则散光和不规则散光分析；

b.圆锥角膜的诊断和治疗评判；

c.角膜接触镜的配适评估；

d.角膜屈光手术的术前/后角膜形态评估；

e.角膜移植以及外伤手术等眼病治疗前后的角膜形态评估。

2.4 角膜地形图仪的优缺点

角膜地形图仪作为新出现的角膜分析系统，与以往的角膜前表面分析方法相比有着十分明显的优点，当然也有其缺点。

优点:

a.测量区域大，获得的信息量大；角膜曲率计仅能测量角膜总面积的8%，而角膜地形图仪可以观测范围达95%以上。

b.屈光力测量范围广；对过于平坦或过于陡峭的角膜，均可准确测量其屈光力。

c.精确度高、误差小；角膜8.0mm范围内精确度达0～0.07D，且即时数码视频技术使得成像时间仅为1/30秒，避免了瞬目和心跳造成的影响。

d.易于建立数学模型；由于采用光栅摄影测量技术，在解释角膜表面变化时，以相对和绝对高度标志的球面减数图以及角膜子午线曲率标志图是采用的高度点而非曲率，所以更加易于建立数学模型。

e.受角膜病变影响小（与角膜曲率计相比）；最新的角膜地形图仪如PAR和CTS，不仅可以对上皮缺损、溃疡及瘢痕的角膜进行检查，而且其检查结果很少受角膜病变的影响，因此检查结果参考价值高。

f.结果直观；由于采用了彩色，对角膜上不同曲率半径采用不同的颜色，暖色代表屈光力强的部位，冷色代表屈光力弱的部位，使角膜地形图显示的结果直观醒目。

g.一机多用；目前先进的角膜地形图仪还具有自动角膜曲率计、角膜镜、泪膜质量评估、RGP荧光素模拟评估的功能，新型的角膜地形图仪还可以测量明视场和暗视场下瞳孔直径、角膜直径等；其软件的功能也有很大改进，如通过设定的函数换算，可以得到角膜像差的资料等。

缺点:

a.价格较昂贵；

b.对周边角膜欠敏感；

c.当非球性成分增加时准确性降低；

d.易受眼眶高度及眼球内陷程度的影响；

e.检查参数过多时，较为费时。

3 角膜地形图仪的选购

在现代眼科检查过程中，角膜地形图仪在各大眼科检查场所使用已经相当普及，角膜地形图仪作为当前测量角膜形态设备的主流产品，以其较高的测量精度，受到越来越人的青睐。关于如何进行角膜地形图仪的技术参数分析从而进行选购，可以从以下几点考虑：

a.测量角膜直径范围：一般角膜地形图仪此值约为11mm左右，部分设备具有复合地形图测量功能，能适当扩大角膜地形测量范围。复合角膜地形测量是指将周边的角膜地形图与中央的角膜地形图融合，达到扩大角膜地形测量范围的一种测量方式；

b.测量角膜屈光力范围：最小10D左右，最大为100D左右，因为角膜地形图的形态直接反应角膜的屈光力大小，对于接触镜基弧的选择，屈光手术前期测量、术后评估都具有指导性意义；

c.Placido氏盘的尺寸：角膜地形图仪根据配备的Placido氏盘的尺寸，分为大盘和小盘两种，如下图所示：大盘测量距离较远，对眼形没有要求，但在测量时会受到睫毛及眼睑的影响，角膜不能完成暴露，导致测量不全面，数据不准，小盘测量距离很小，测量精准，但对于眼窝比较深邃的人来说，在测量过程中会碰到眼表导致测量不方便；综合看来，小盘更好。

图2 Placido氏盘尺寸

d.测量环：Placido氏盘上一圈一圈的圆环就是测量环，测量环的数量一般为28个左右，有的也能达到32个，环数越多测量范围越大，精度越高，测量值越准确。

e.测量点：Placido氏盘每一个投射环上均有将近256个测量点，因此，一台角膜地形图仪整个角膜可有7000～8000个数据点，有的还可以达到上万个数据点，点数越多，精度越高，测量值越准确。

f.视力焦点距离：指设备提供的视标所模拟的眼前有限距离的大小，一般为60mm左右。

g.软件的优化程度：指不同厂家对角膜地形图数据处理的功能，不同厂家的数据处理功能各有特点，一般的都能够实现如圆锥角膜分析、波前像差分析、轴向图、切线图、高度图、静态地形图等，厂家特有的功能包括：复合地形图、白到白测量、RGP镜片库、泪膜质量分析等。

h.操作方式：指在使用角膜地形图仪进行测量时候完成测量的动作方式，主要有手动测量和自动测量两种，目前，绝大多数角膜地形图仪都是通过自动方式完成测量的,或者联合手动测量满足更多工作需求，自动测量方式高效便捷，重复性高，应用更为普遍。

i.单机是否可以完成测量：指机器在测量时是否需要并联电脑完成显示、数据采集、处理与分析的工作，如下图所示图3为单机型设备，图4为非单机型。单机型设备集成度更高、更为便携；非单机型设备并联电脑后通过软件均会具有更好的软件分析性能，两者价格相近，用户可根据使用场合及空间情况进行选择。

图3 为单机型设备

图4 为非单机型设备

j.机身尺寸：小机身设计方便测量时，检查者对被检者进行提拉眼睑的动作；市面上国内外角膜地形图仪品牌众多、规格参数也不尽相同，购买者应根据应用场合、资金预算等综合考虑以上技术参数，择优购买。

希望本文能为广大购买者提供参考和启发。