国产与进口Scheimpflug成像技术原理的眼前节生物分析系统测量中央角膜厚度和角膜曲率的对比分析

王浩 王闯 张波 王树林 李金 顾宇伟 宋鹏 庞辰久

作者单位：河南省人民医院，河南省立眼科医院，河南省眼科研究所，郑州大学人民医院，河南大学人民医院，郑州 450003

角膜屈光手术是矫治屈光不正的重要方法，精确的术前检查对于角膜屈光手术来说至关重要，中央角膜厚度（CCT）和角膜曲率是角膜屈光手术方式选择的重要参考指标[1]。光学眼前节分析系统具有方便、快捷、非接触等特点，一次测量即可获得包括CCT、角膜曲率、前房深度、角膜白到白直径等多个眼前节生物测量值的优势，被广泛用于角膜屈光术前检查及手术设计中[2-4]，但几乎均为国外生产。国内自主研发的新型三维眼前节分析系统Scansys，采用Scheimpflug成像技术进行眼前节综合分析，可覆盖360°眼前节数据，可为屈光手术术前筛查提供详细数据，目前尚缺乏该设备在临床中使用可靠性的客观评价。本研究对Scansys测量CCT和角膜曲率的可重复性进行评估，同时与临床中广泛使用的Pentacam（德国Oculus公司）的测量结果进行比较，为其在临床的应用提供依据。

1 对象与方法

1.1 对象

纳入标准：①18周岁以上，2年内屈光度数稳定，无眼部手术史和外伤史；②无角膜接触镜配戴史；③各项检查排除角膜及其他眼部疾病；④最佳矫正视力>0.8，近视范围-10.00～-1.00 D，散光在3.00 D 以内；⑤泪膜破裂时间大于5 s；⑥Schimer Ⅰ试验>10 mm/5 min。排除标准：①伴有其他眼部急性、进行性合并症；②伴有全身系统性疾病；③有眼部感染史及角膜云翳、瘢痕；④有眼部手术史。

选取2020 年6 ─7 月在河南省立眼科医院屈光手术中心就诊并拟行角膜屈光手术的门诊患者共100 例（100 眼）为研究对象，其中男42 例，女58 例，年龄17～35（23.5±5.3）岁，术前等效球镜度-10.50～-2.00 D。患者双眼均接受检查，仅取右眼数据用于分析。本研究遵照赫尔辛基宣言并经河南省立眼科医院医学伦理审查委员会批准[HNEECKY-2019（5）]，告知被检者相关检查流程并且均签署知情同意书。

1.2 仪器

1.2.1 Scansys眼前节三维分析仪 Scansys眼前节三维分析仪（上海美沃公司）采用了Scheimpflug成像，单次拍摄生成28张高清角膜前后表面断层图片，1 s采集了107 520个数据点，通过分析计算，生成角膜地形图、角膜厚度图、高度图等。

1.2.2 Pentacam眼前节分析仪 Pentacam眼前节分析仪（德国Oculus公司）是基于Scheimpflug光学原理的三维眼前节诊断分析系统，利用475 nm波长的可见光（蓝光）进行旋转摄像，采集25或50张眼前节裂隙图像，可测量出多达25 000个角膜数据点进行三维重建和计算分析。

1.3 测量方法

1.3.1 测量步骤 首先对患者进行常规检查，包括裸眼视力、裂隙灯显微镜、验光、最佳矫正视力等。接着每位患者依次接受Scansys和Pentacam检查以测量CCT和角膜曲率。为避免外来光源干扰图像，检查均在暗室、自然瞳孔状态下完成，所有操作均由同一位技术熟练的医师实施，测量时间限定在20 min以内，双眼依次测量，每次重复测量之间间隔15 s，2种仪器测量间隔时间为5 min。实验时间在10∶00～17∶00，所有被检者在睡醒睁眼至少3 h后接受检查，以减少生理节律对眼部的影响，尤其是睡眠闭眼缺氧对CCT的影响[5，6]。

1.3.2 Scansys检查方法 在暗室环境下，令患者下颌置于下颌托，额部紧贴额托，双眼平视正前方，调整位置使患者外眦与仪器水平标线保持同一高度。嘱患者睁大双眼，注视蓝色裂隙灯显微镜中的圆形固视点。对焦成功后会自动触发Scansys拍摄程序，仪器在2 s内完成扫描拍摄28张Scheimpflug图像，每次测量结束后患者头部离开托架。头部再次放在托架上进行再次测量。仅接受成像质量（Auality specification，QS）显示为OK的3次检查结果，并在5 min内完成双眼检查。

1.3.3 Pentacam检查方法 与Scansys检查操作类似。患者坐位，头位固定，调整好位置后，嘱患者睁大双眼，注视旋转轴中心—蓝色光带中间的红色圆形目标，检查者按仪器操作软件提示调整对焦，Scheimpflug三维成像系统在2 s内完成360°扫描，拍摄25张图像。同Scansys检查和选择结果的标准类似，每次测量结束后患者头部离开托架。头部再次放在托架上进行再次测量。只接受机器显示QS为通过的3次扫描结果，上述双眼检查同样控制在5 min内完成。

1.4 统计学方法

系列病例研究。采用SPSS 25.0 和MedCalc 19.0.7 统计软件进行分析。对2 种仪器测量的CCT和角膜曲率进行描述性统计，计量资料采用Shapiro-Wilk检验进行正态性检验，如符合正态分布则以均数±标准差表示。对重复性的检测由同一检查者重复测量的组内标准差（Within-subject standard deviation，Sw）表示，采用单因素方差分析进行比较。重复性定义为1.96Sw，也就是2.77Sw，表示在重复性的条件下，2次测试结果绝对差小于或等于此数值的概率为95%。组内变异系数（Coefficient of variation，CoV）定义为Sw与总体均值的比值，CoV越低，重复性越高[7]。此外我们还通过组内相关系数（Intraclass correlation coefficient，ICC）、Bland-Altman分析法及重复测量方差分析（Repeated measures analysis of variance，RMANOVA）评估2种仪器测量参数的重复性[8，9]，如ICC>0.9 则表示可重复性较好。2 种仪器CCT和角膜曲率测量值的差异性比较采用配对t检验，相关性分析采用Pearson相关性分析法，一致性分析采用“金标准”Bland-Altman检验[10]，以95%一致性界限（Limits of agreement，LoA）进行一致性描述。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 Scansys和Pentacam测量CCT的重复性

Scansys重复测量CCT的3 次数值均符合正态分布，3 次测量值分别为（538.36±33.94）μm，（538.72±34.90）μm，（539.07±34.36）μm。3次重复测量CCT的ICC为0.990，Sw为2.12，2.77Sw为5.87，CoV为0.39%。Scansys 3次测量CCT结果经重复测量方差分析显示总体差异无统计学意义（F=0.011，P=0.989），见表1。进一步的Bonferroni矫正结果显示第1次与第2次测量的差值为（-0.36±4.87）μm（P=1.0）；第1次与第3次测量的差值为（-0.71±4.87）μm（P=1.0）；第2 次与第3 次测量的差值为（-0.35±4.87）μm（P=1.0），任意2次测量结果比较差异均无统计学意义。见表2。

表1.Scansys与Pentacam测量CCT和角膜曲率的重复性对比Table 1.Comparison of repeatability of CCT and corneal curvature measured by Scansys and Pentacam

表2.Scansys与Pentacam测量CCT和角膜曲率的重复性对比Table 2.Comparison of repeatability of CCT and corneal curvature measured by Scansys and Pentacam

Pentacam重复测量CCT的3次数值经Shapiro-Wilk 检验均同样符合正态分布，3 次测量值分别为（541.32±34.26）μm，（542.42±34.54）μm，（542.92±34.67）μm。Pentacam 3次重复测量CCT的ICC为0.996，Sw为3.44，2.77Sw为9.53，CoV为0.63%。Pentacam 3次测量CCT结果经重复测量方差分析显示总体差异无统计学意义（F=0.056，P=0.945），见表1。进一步的Bonferroni矫正结果显示第1次与第2次测量的差值为（-1.10±4.88）μm（P=1.0 0）；第1 次与第3 次测量的差值为（-1.60±4.88）μm（P=1.00）；第1次与第2次测量的差值为（-0.50±4.88）μm（P=1.00），任意2次测量结果比较差异均无统计学意义。见表2。

2.2 Scansys与Pentacam测量CCT的差异性、相关性及一致性

Scansys测得的CCT值比Pentacam小（3.50±2.80）μm，差异无统计学意义（t=1.25，P=0.21）。2 种仪器检测CCT 的结果分析呈正线性相关（r=0.989，P<0.001），见表3。Scansys与Pentacam测量CCT的95%LoA为-4.26～11.26 μm，范围较窄，Scansys与Pentacam的CCT测量值有4.0%（4/100）的点位于95%可信区间外，说明2种仪器测量CCT的结果一致性较好（见图1）。

图1.Scansys与Pentacam测量CCT和角膜曲率一致性的Bland-Altman图（100眼）A：Scansys与Pentacam测量CCT一致性的散点图；B：Scansys与Pentacam测量K1一致性的散点图；C：Scansys与Pentacam测量K2一致性的散点图；D：Scansys与Pentacam测量Km一致性的散点图。实线表示差值的均值，虚线表示95%一致性界限。CCT，中央角膜厚度；K1，平坦角膜曲率；K2，陡峭角膜曲率；Km，平均角膜曲率Figure 1.Bland-Altman plot of CCT and corneal curvature consistency measured by Scansys and Pentacam (100 eyes).A:Scatter diagram of CCT consistency measured by Scansys and Pentacam;B:Scatter diagram of K1 consistency measured by Scansys and Pentacam;C:Scatter diagram of K2 consistency measured by Scansys and Pentacam;D:Scatter diagram of Km consistency measured by Scansys and Pentacam.The solid line represents the mean of the difference,and the dashed line represents the 95% consistency limit.CCT,central corneal thickness;K1,flat corneal curvature;K2,steep corneal curvature;Km,mean corneal curvature.

2.3 Scansys和Pentacam测量角膜曲率的重复性

Scansys重复测量角膜曲率（K1、K2、Km）的3 次数值经Shapiro-Wilk检验均符合正态分布。3 次重复测量K1 的ICC为0.995，3 次重复测量K2的ICC为0.985，3 次重复测量Km的ICC为0.997。重复测量方差分析结果显示Scansys重复测量3 次角膜曲率的总体差异无统计学意义（FK1=0.013，PK1=0.987；FK2=0.011，PK2=0.989；FKm=0.002，PKm=0.998）。Scansys重复3次测量K1、K2、Km的Sw、2.77Sw均较小，Cov均小于1%，提示Scansys测量角膜曲率的重复性较好，见表1。RMANOVA进一步的Bonferroni矫正结果以及Bland-Altman分析结果提示任意2 次结果比较差异无统计学意义（均P>0.05），见表2。

Pentacam重复测量角膜曲率（K1、K2、Km）的3次数值经Shapiro-Wilk检验同样都符合正态分布。3次重复测量K1的ICC为0.994，3次重复测量K2的ICC为0.992，3次重复测量Km的ICC为0.995。重复测量方差分析结果显示Pentacam重复测量3次角膜曲率（K1、K2、Km）的总体差异无统计学意义（FK1=0.014，PK1=0.986；FK2=0.012，PK2=0.988；FKm=0.01，PKm=0.990）。Pentacam重复3次测量K1、K2、Km的Sw、2.77Sw均较小，Cov也均小于1%，提示Pentacam测量角膜曲率的重复性良好，见表1。RMANOVA进一步的Bonferroni矫正结果显示任意2次结果比较差异没有统计学意义（均P>0.05），见表2。

2.4 Scansys与Pentacam测量角膜曲率的差异性、相关性及一致性

Scansys和Pentacam测量K1、K2、Km的结果差异没有统计学意义（K1：t=0.28，P=0.77；Km：t=0.50，P=0.62；K2：t=0.63，P=0.53），2种仪器K1、K2、Km测量结果均呈正线性相关（r=0.983～0.989，均P<0.05），见表3。

表3.Scansys与Pentacam测量CCT及角膜曲率的相关性、一致性和差异性Table 3.Correlation,consistency and difference of CCT and corneal curvature measured by Scansys and Pentacam

Scansys 与Pentacam 测量K1、K2、Km 的95%LoA分别为-0.48～0.55 D、-0.52～0.69 D、-0.45～0.57 D，范围均较窄，Scansys与Pentacam的K1、K2、Km测量值分别只有1.0%（1/100）、3.0%（3/100）、2.0%（2/100）的点位于95%可信区间外，说明2种仪器测量角膜曲率的结果一致性较好，见图1。

3 讨论

角膜屈光手术的发展日新月异，安全性越来越高，个性化的手术方式使手术后视觉质量越来越好，这些都离不开手术前检查的精确性。眼部参数，特别是眼前节参数检查分析是手术后安全的重要保证。其中CCT和角膜曲率是角膜屈光手术方式选择及安全厚度预留的重要参考依据[1]，其测量值的精确性对评估屈光术后发生角膜膨隆、圆锥角膜等并发症的风险具有重要意义[11，12]。眼前节检查分析系统1次测量可获取包括角膜厚度、角膜曲率、前房深度、角膜直径等多种眼前节参数，是目前屈光术前检查的必备设备。眼前节分析设备的原理包括裂隙光显微镜原理、Scheimpflug成像原理以及相干光断层扫描原理（OCT）。Scheimpflug成像原理的眼前节分析系统是目前常用的设备，包括Pantacam（德国Oculus公司）、天狼星地形图仪（Sirius，意大利CSO公司）、伽利略（瑞士SIS Surgical Instrument Systems公司）这3 种，其中Pentacam应用广泛，它采用的光源为475 nm的蓝色二极管激光，由旋转Scheimpflug相机获得眼前节的三维图像，在2 s内从0°～180°旋转拍摄50张眼前节层析图像，每张图像可获得500个真实的高度点，最终每个层面获得25 000个高度点。Pentacam检查可得到角膜任意一点的厚度值以及全角膜前后表面的高度。既往研究证实，Pentacam对于CCT和角膜曲率的测量有很好的可重复性和准确性[13]。该产品为进口设备，价格昂贵，不利于在基层医院推广。随着我国科技进步，医疗设备国产化也逐步增加，Scansys眼前节分析仪是我国自主研发的一种新的Scheimpflug成像原理的眼前节分析系统，它应用Scheimpflug成像原理，一次拍摄可覆盖360°眼前节数据，可选择28 张或60 张高清截面断层成像，分别采集107 520个或230 400个数据点，同时获取角膜前、后表面，虹膜以及晶状体数据，与Scheimpflug测量参数类似。Scansys测量CCT和角膜曲率的可重复性和精确性如何尚缺乏资料，本研究评估Scansys测量CCT和角膜曲率的重复性可精确性，并与Pentacam测量结果相比较，探讨其在临床上的应用价值。

本研究中，Scansys测量CCT 3 次的ICC为0.990，Sw为2.12，2.77Sw为5.87，CoV为0.39%，重复测量分析结果3 次测量总体差异无统计学意义（F=0.011，P=0.989），进一步的Bonferroni矫正结果显示任意2 次测量比较差异均无统计学意义。Pentacam 3次测量CCT的ICC为0.996，Sw为3.44，Sw为9.53，CoV为0.63%，Bland-Altman分析结果也显示每2次测量间一致性界限较小，同时重复测量方差分析结果显示3次测量总体差异无统计学意义（F=0.056，P=0.945）。上述结果证实Scansys和Pentacam测量CCT均有良好的重复性。与Pentacam相比，Scansy重复测量CCT的Sw、重复性界限更小，显示Scansy测量CCT的重复性相比更优秀。Scansys测得的CCT值比Pentacam所测的值薄约3.50 μm，配对t检验显示二者之间差异无统计学意义，相关性分析显示2 种机器测量CCT数值呈现出明显正线性相关关系（r=0.989，P<0.001），同时Scansys和Pentacam测量CCT的一致性分析显示95%LoA为（-4.26～11.26）μm，仅有4例并不处于此范围内，96.0%（96/100）的点在95%LoA以内，说明2种仪器测量CCT具有较好的一致性，而且二者的差值在临床实际应用中可以忽略不计，因此在临床应用中，2种仪器测量CCT的结果可以互相替代。

Scansys和Pentacam测量K1、K2、Km的ICC均大于0.985，Sw和2.77Sw数值均较小，Cov均小于1%；2 种仪器测量3 次角膜曲率的重复测量方差分析结果均为P>0.05，且进一步的Bonferroni矫正结果显示任意2 次测量比较差异均无统计学意义；Bland-Altman分析结果显示无论是Scansys还是Pentacam，3 次重复测量角膜曲率的95%LoA范围均较窄，上述结果均提示2种仪器测量角膜曲率均有很好的重复性。配对t检验结果提示Scansys和Pentacam测量K1、K2、Km的结果差异没有统计学意义。Bland-Altman分析结果显示，Scansys和Pentacam测量K1、K2、Km的95%LoA范围均较窄，证实2种仪器测量角膜曲率结果的一致性较好。

本研究证实Scansys测量CCT和角膜曲率重复性较好，通过与Pentacam的测量结果对比表现出很高的相关性和一致性，且差异较小，在临床应用中可以将2种仪器的测量值互相替代。本研究采集的样本均为近视患者的CCT和角膜曲率，在以后的研究中我们将会扩大样本量，将正视及不同近视度数患者进行分组研究，采用大样本统计结果为依据来验正结论。

利益冲突申明本研究无任何利益冲突，本研究与Pentacam和Scansys等仪器厂家无任何利益关系

作者贡献声明王浩、王闯、庞辰久：收集数据，参与选题、设计及资料的分析和解释；撰写论文；根据编辑部的修改意见进行修改。张波、王树林：参与收集数据、选题、设计和资料的分析、解释。李金、顾宇伟、宋鹏：参与选题、设计、资料的分析和解释；根据编辑部的修改意见进行核修