眼球突出度测量方法的研究进展

饶晶，刘桂琴

(1.暨南大学第二临床医学院，广东 深圳 518040；2.深圳市眼科医院/深圳市眼病防治研究所、暨南大学附属深圳眼科医院，广东 深圳 518040)

0 引言

眼球突出度是指眼球在骨性眼眶内的相对位置，是由眼眶容积和骨性眼眶形态之间的关系决定的，并受到眶隔松紧和眼眶内血管压力的影响。多种眼眶疾病如眼眶急慢性炎症、肿瘤以及颈动脉海绵窦瘘等均可引起眼球突出，其中以甲状腺相关性眼病(TAO)最为常见；而眼眶骨折、眼眶静脉曲张或眶脂肪萎缩等可导致眼球凹陷。眼球突出度测量是诊断眼眶疾病并评价治疗效果必不可少的基础性临床检查之一。1867年，Cohn首次提出了眼球突出度测量，随后陆续出现了各种各样测量眼球突出度的方法及仪器，本文将眼球突出度测量方法分为眼球突出度计法、传统计算机断层扫描(CT)测量法、三维(3D)CT测量法及其他眼球突出度测量法四大类，就眼球突出度测量方法的研究进展做一综述。

1 眼球突出度计法

1.1 Hertel眼球突出度计

使用最广泛的眼球突出度计是1905年设计的Hertel眼球突出度计 (oculus international，berlin，germany)，它已经面世116年，它主要由一个带刻度的平杆和两个两面交叉成45°角平面镜构成的测量器(一个固定于平杆一端，另一个可以在平杆上滑动，以适应不同的眶距)组成。将测量器的切迹处嵌于受检者颞侧眶缘，测量角膜顶点到颞侧眶缘的垂直距离，测量的基线是两侧眶外缘皮肤面的连线。该方法价格低廉、简单、快速、易于操作，但受操作者误差、患者外侧眶缘前软组织厚度和仪器误差的影响较大[1-4]，其准确性和重复性很低，而且只能测量眼球相对于眼眶外缘的突出程度，不能测量眼球相对于眼眶上缘和下缘的突出程度，当眼眶外壁形态异常时该指标就失去了意义。

1992年Yeatts等[5]在Hertel眼球突出度计的基础上进行了改良，将外耳道作为测量眼球突出度的参照点，用于评估面部畸形、外伤、手术或疾病导致无法以外侧眶缘为基准测量眼球突出度患者的眼球突出或凹陷程度(图1A)。这种改良版Hertel眼球突出度计可以有效避免眶骨受损及软组织肿胀时对测量精确度的影响，也可用于双眼眼球突出度不对称患者眼球突出程度的评估；但是不同个体外耳道至角膜顶点的距离存在较大的个体差异，测量的精确度不高。

1994年Kratky等[6]发明了一种可以安装于Hertel眼球突出计上的适配器，安装了适配器的Hertel眼球突出计(图1B)通过两个前额固定点及一个可调节的鼻梁固定点来固定，用于测量外侧眶缘不完整患者的眼球突出度，作为Hertel眼球突出度计的补充。但这项研究的样本例数较小，且依然无法克服测量误差较大的问题。

图1 各类眼球突出度计图示

1.2 Naugle眼球突出度计

1992年设计的Naugle眼球突出度计[7]是以眼眶上下缘为基准来测量眼球突出度。Cole H P等[8]的研究表明Naugle眼球突出度计测量结果变异度及测量者之间的个体差异均较Hertel眼球突出度计小，且可重复性更高，在测量垂直方向上眼球突出及凹陷明显的病例上更具优势，在评价眶缘外侧移位眶颧部骨折的眼球内陷程度比Hertel眼球突出度计更可靠，可用于评估眼眶外侧壁受损或缺失的患者的眼球突出或凹陷程度。

1.3 Oculus眼球突出度计

1995年有学者设计了以4个点固定在眼部上下眶缘来测量眼球突出度的Oculus眼球突出度计法[9]，在测量结果上增加2.7mm将测量值转换为“Hertel等效值”，用来测量来眼眶外侧壁受损或缺失的患者的眼球突出度。该研究的样本量较小，后续也未见相关研究证明这种方法的可靠性。

1.4 Mourits眼球突出度计

2015年Mourits等[10]设计的Mourits眼球突出度计(图1C)的测量器是由棱镜构成的。Delmas等[11]的研究发现Mourits眼球突出度计精确度较Hertel眼球突出度计高。

2 传统计算机断层扫描(CT)测量法

鉴于Hertel眼球突出度计测量受皮肤和软组织厚度、脚板放置位置的影响，可重复性及可靠性均较低，出现了利用CT影像测量以获得更精的确眼球突出度的测量方法。

2.1 在CT图像中直接测量眼球突出度

随着新一代的计算机断层扫描(CT)仪器的出现，可以实现在CT扫描的基础上实现重建冠状面、矢状面和斜轴平面，1983年Marsh等[12]发现在经过眼眶顶点和角膜中心点连线的斜轴平面上，可在按比例重建的图像上直接测量术前、术后眼球突出度(图2A)。但是这种方法在对比不同个体的突出度上没有明显优势。

图2 传统计算机断层扫描(CT)测量眼球突出度图示

1984年Gibson等[13]提出了在CT图像中测量眼球突出度更为直观的新方法：在二维 CT水平扫描视神经与晶状体同时出现的最大层面图像上，用CT自带软件测量角膜前表面到两侧眶外缘连线的垂直距离，测量的基线是两侧眶外缘颧突的连线。(图2B)与眼球突出计测量法相比，CT测量准确、 CT 数据可存储而且可以从不同的视角同时分析，此法不受检查者的经验和外侧眶缘前软组织厚度的影响，但必须保证测量时患者睁眼、直视前方，当患者歪头、眼位偏斜尤其是大角度斜视，在外伤性眼眶骨折、病源性或医源性眼眶外壁缺损或变形时，测量精度下降。

2001年Kim等[14]提出连接眼眶内侧缘和外侧缘，测量角膜后表面至内外侧眶缘连线的垂线距离来表示眼球突出度；Kim等同时提出用角膜顶点到内外眶缘连线的距离(D)/眼眶外侧缘与眼眶内侧缘的距离(C) 作(图2 C)为眼球突出度评估的指标，他们的研究表明D/C值在儿童和成人没有差异[14]，可用于评估儿童及成人的眼球突出度。2019年Heller等[15]提出用眼球突出指数(EI，双眼眼球前缘与双侧颧骨额突前缘连线之间的直线距离之比)来衡量肿瘤相关的双侧不对称的眼球突出度(图2 D)。

有眶侧壁手术史的患者面临眶壁缺损或移位的问题，导致以双侧眶外缘连线为参考测量眼球突出度的常规方法并不适用。2018年Park等提出在矢状位CT中测量眼球突出度的新方法[16]：在矢状面上连接上眶缘、下眶缘之间，自角膜后表面作上下眶缘连线最长的垂线，测垂线的长度来表示眼球突出度(图2E)。2018年Afanasyeva等提出以左右侧颞骨茎突顶点的连线为参考线，分别测量双侧角膜顶点到参考线的垂线距离作为眼球突出度(图2 F)[17,18]，2020年Tiong等提出以后鞍突为参照点，作为传统CT测量眼球突出度的替代方法(图2G)[19]；这些方法可用于外侧眶缘不完整或缺如、移位的情况下在CT中眼球突出度的测量，但需要更大规模的研究数据验证其准确性。

2.2 在CT图像中计算面积比表示眼球突出度

2013年Campi等[20]人介绍了一种用二维-CT图像计算眼球突出程度的新方法：他们人工选定一个可见晶状体层面的水平位CT图像，标记外侧颧骨前突、筛骨板内侧壁以及视神经的起点并连成三角形计算面积记为眼眶面积(OA)；大致根据眼环轮廓拟合一个圆形，计算圆与三角形相交的眶内部分面积为眼球面积(CA)，计算CA/OA比值用以量化Graves眼病(GO)患者的轴向眼球突出程度(图3 A)。这种方法需要通过复杂的几何计算，因此Choi等[21]人在Campi等测量眼球突出度的方法的基础上，应用ImageJ 基本工具来绘制三角形眶区(OA)以及拟合后巩膜的圆圈，自动计算相交部分眶内眼球区域的面积(GA)以及眶内眼球区域的面积与眶区面积的比值(GA/OA)(图3 B)，解决了数学计算复杂的问题。这两种方法测量时不要求患者睁眼，该比值受患者头位的影响不大，但是当高度近视后巩膜扩张眼球前后径拉长时眼环变成近似椭圆形而不是近似圆形，使测量的眼球突出程度比实际突出程度变小，另外眼位偏斜尤其是大角度斜视和眼眶外侧壁高度对该面积比的影响也较大，使测量精度下降。

图3 在CT图像中计算面积比表示眼球突出度图示

3 三维(3D)CT测量法

随着3D重建技术现世，学者们陆续提出了通过3D-CT来测量眼球突出度的各种方法。

3.1 在3D-CT中计算体积比量化眶减压手术可后退范围

2010年Kamer等应用三维重建技术在CT骨窗用CT标准化视图标记眼眶前后边界的方法计算眼眶体积(OV)，在CT软组织窗测量眼球体积(GA)(图4 A)，计算GA/OV的比值，与不同形态眼眶的参考数据对比，可量化眶减压手术可后退的范围[22]。但在较薄骨壁处软件不能自动识别，需要人工标记，且这种软件设定的三维重建存在较大误差，也不能直观地表示出眼球突出的程度。

图4 三维(3D)CT测量眼球突出度图示

3.2 三维重建面部轮廓测量眼球突出度

2017年Shin等[23]将CT数据进行面部轮廓的三维重建，测量眶上下缘软组织表面连线到眼睑最突出点距离作为眼球突出度(图4 B)，但这种方法受软组织厚度的影响，不适用于肥胖患者的测量，也影响测量结果的精确度。

3.3 重建三维CT测量角膜前表面到各解剖标志的矢状方向距离

2017年Abramson等[24]人提出在重建的三维CT中，以矢状方向上角膜前表面中央顶点到定义的冠状平面的距离为参考，分别用各面部、眼眶解剖标志到冠状平面的矢状方向距离减去参考距离得到角膜前表面中央顶点到各个解剖标记点的矢状方向距离来反映眼球与眼眶的关系。这种测量方法可不受头位的影响，但耗时长，不利于临床推广。

3.4 基于CT半自动化重建眼球测量眼球突出度

2020年Huh等[25]人开发了一种基于CT的三维重建软件来测量眼球突出的程度的新方法：1)对眼球半自动化分割进行三维重建(图4 C)，2)通过3个自定义参考点确定三维空间中颧间平面，3)测量三维空间中眼球表面顶点到颧间平面的垂直距离作为眼球突出度。这种通过逐层分割重建眼球的方法较精确，所测眼球突出度观察者间的可靠性较CT测量法高。但测量的距离仍为点到面的绝对距离，不能排除不同个体眼球大小差异的影响。

3.5 重建三维CT建立三维坐标系

2018年我国学者郭洁等[26]提出在三维重建影像中建立参考坐标系，定义角膜顶点为C点，利用CAD(计算机辅助设计)功能建立一个在轴位、矢状面和冠状面图像上与眼球壁重叠的球体，定义球心为E点；用三维矢量EC表示该球体在参考坐标系中的位置。这种方法可用于描述斜视患者的眼球位置，但不能直观的反映眼球突出度，因此他们在此基础上进行了改进：在三维重建影像中建立三个互相垂直的平面：眶耳平面、中矢状面、眶缘平面，测量角膜顶点到眶缘平面投影线的垂直距离以及共同圆心到眶缘平面投影线的垂直距离来表示眼球突出度[27](图4D)。此方法可降低扫描时不同头部位置带来的偏差，在评估重度斜视患者眼球突出度有一定的优势。

2020年Willaert等[28]人描述了一种不依赖于参考眶骨及角膜顶点等解剖标志来测量眼球在水平面、冠状面及矢状面上的位置的方法：在三维重建的CT中设立X、Y、Z坐标系，并确定眼球的球心坐标，对合两次三维CT的颅底，根据球心的坐标的变化确定眼球在眼眶位置的变化。这种方法能准确、可靠地反映眼球的三维位置变化，可用于判断眼球突出、眼球内陷、眼球上、下移位情况，甚至在有斜视和眶骨缺损的情况下也适用。

4 其他眼球突出度测量法

4.1 光学三维成像测量眼球突出度

2004年Nkenke等[29]提出用光学3D传感器采集的面部表面数据生成的光学三维图像，将其应用于测量眼球突出度，认为可以将三维光学成像与CT数据结合起来优先应用于复杂病例的眼球突出度测量中。

4.2 基于数字化摄影照片测量眼球突出度

有学者提出可以在标准正面、侧面数字化摄影照片中测量角膜到眶外缘的距离表示眼球突出度(图5A)。但Bingham等[30]进行的一项国际性多中心观察性研究发现与CT测量值对比这种方法的测量并不准确，甚至与CT测量值的相关性以及测量准确度均不如临床Hertel眼球突出度计[31]。

图5 其他眼球突出度测量法图示

4.3 用裂隙灯测量眼球突出度

2014年Almog等[32]描述了一种简易的非接触式裂隙灯眼球突出度测量方法：将毫米坐标纸固定于在裂隙灯桌上，裂隙灯首先聚焦于角膜中心标记此时显微镜的位置(沿裂隙灯底座后面的轮廓在毫米坐标纸上画线)；裂隙灯聚焦在外侧眶缘画出第二条标记线(图5B)。测量坐标纸上两条弧线切线之间的垂直距离为眼球突出度。通过裂隙灯测量出眼球突出度是一种简单、便捷的粗略测量方法。

4.4 用海伦公式、简单勾股定理计算眼球突出度

2020年我国学者章伟利等提出了用一种由超声探头和圆规组成的工具，通过测量角膜顶点分别到双侧眶外缘的距离以及双侧眶外缘连线的距离，用海伦公式(利用三角形的三条边的边长直接求三角形面积的公式)计算眼球突出度[33]、通过勾股定理计算眼球突出度[34](图5C)。该方法成本低，但测量过程需接触患者角膜。

5 结语

目前，以上各类眼球突出度的测量方法都有各自的优势和局限性。眼球突出度计操作简单但测量误差较大且测量者间存在个体差异；CT测量较眼球突出度计准确但患者需要受辐射损伤；眼球突出计和CT检测方法大多以两侧眶外缘的连线或同侧眶内外缘的连线作为参考线通过测量角膜顶点到该参考线的距离评价眼球突出的程度，当受检者头歪、眼球偏斜时双眼不在CT扫描的同一个层面，导致检测结果偏差较大，另外由于眶外缘的权重较大，当眶外缘异常时，无法检测；利用三维重建技术的测量准确度高，在一些特殊情况下如头位不正、斜视等也可使用，但测量方法较复杂且耗时长。因此，在设计新的测量方法时应将测量精确度、测量方法的难易程度以及测量时参考基线的参考价值(如将上下内外眶缘均作为参考基线)考虑在内，在人工智能技术高速发展的今天，借助于新兴的技术探索出操作简便、测量精确度高且适用范围广的眼球突出度测量方法势在必行。