Transcript 角膜非球面性测量
角膜地形测量及其意义 南京医科大学第四临床医学院 南京医科大学附属眼科医院 曹国凡 • HVID 10.6 毫米 • 角膜直径 11.7 毫米 正常角膜大小和地形 11.7 毫米 (Hogan等., 1971) 1.7毫 米 11.7 毫米 10.6毫 米 10 -14 mm 平均: 11.7 mm 前面? 后面? .67 • VVID 平均 : 10.6 mm 11.5 毫米 1.5毫 米 .52 K = 7.8 毫米 2.6 毫米 <HVID 0.5 -1.0 mm .67 94065-5S.PPT 角膜厚度 • 临床研究 0.50 -0.65 毫米 • Gullstrand 1号模型眼 0.50毫米毫米 中央和周边角膜厚度 角膜厚度(毫米) 右眼 (Mishima, (Mishima, 1968) 1968) 左眼 0.70 0.60 ? ? 鼻? 0.50 40 30 20 10 0 距离中央距离 (角度) 94065-7S.PPT 10 20 30 角膜厚度测量技术 • 角膜测厚仪 • 超声 --A超或20MHz时间放大 • 光学 --裝在裂隙灯上的分光器 --使用游标尺 超声厚度测量仪 • 使用A超或时间-幅度 • 频率为20MHz。更高频率因为较好的图形分 辨率用于监测眼睛结构比较理想 • • - 测量原理 操作原理是基于从测量的结构反射的声波 的时间测定 角膜厚度测量器是测量声音从测 量探头到前房界面然后反射回来的时间。超 声波的方向与视轴对齐的 - 测量的单位 厚度的测量是角膜前表面到后表面的时间间隔, 单位是微米, 仪器校准是按照角膜的超声速度 转换成厘米 - 误差范围 ± 0.1-0.2毫米 ± 0.25-0.50D 光学角膜厚度测量仪 • 使用连接在裂隙灯上的光线分离器。它 光标尺来测量 - 原理： 双棱镜把角膜光学切面分成 排 的两个图像。在角膜前表面和后表面的 距离是角膜厚度 激光断层摄影术 • 采用低相干性干扰法来测量角膜厚度的 - 光波被用来获得两维的横截面眼睛图 像,侧相和纵向图形分辨率大约为10微米, 对弱背景散射光线的敏感度超过95dB （I.Zatt等, 1994） 折射率 1.376（角膜物质） • 上皮：1.401（SD ±0.005） • 前基质：1.380 （SD ±0.005） • 后基质：1.373（SD ±0.001） 角膜地形 • • • • 角膜曲率 中心的角膜区域的特征 r= 7.8 毫米 (7.0 -9.5 毫米) 顺规性散光 (年轻时) --角膜中央曲率是不固定的 因为眼睛不因 为眼睛不停地运动 • r 在每次测量时结果是不同的 (Emsley, (Emsley, 1984) 1984) F N’ P A N P 模型眼 (Gullstrand第1号) 94065-12S.PPT M F’ 角巩缘地形 • 角巩缘是眼球地形的一部分 • 在相似屈光力和角膜曲率的眼睛上配戴隐 形眼镜, 因为角巩缘移行区的不同而引起镜 片装配的不同 • 角巩缘地形图, 特别是有浅的移行区的眼睛 上, 常常影响隐形眼镜的配适 角巩缘地形图的评价 • 裂隙灯 评价角巩膜结合区的裂隙光带的 连续性 • 角膜盘 评价角巩膜区域的圆环的扭曲度 角巩膜连接区的分类 • 用1--5级别, 1级为浅连接, 5级为角膜和 巩膜之间曲率差异大 角巩缘连接部的轮廓 角巩缘连接部的轮廓 (S.H.F.A., (S.H.F.A., Olten, Olten, 瑞士) 瑞士) 1 2 1. ? 2. ? 3. ? ? 凸面 ? 的切? 著凸面 3 4 4. ? 著切? 5. 凹面 5 角膜地形非球面 • 角膜是非球面性的表面 • 非球面是指中心到周边的曲率差异变化 圆锥切面 圆锥曲线 圆锥曲线 椭圆形 圆形 椭圆形 圆锥曲线形态 抛物线 双曲线 双曲线 94065-19S.PPT 抛物线 圆形 椭圆形 双曲面 • 沿对称轴的圆锥形进行旋转 • 表面的标准线形成一渐屈线 角膜顶点 角膜顶点是曲率最大或曲率半径最 短的点，离开角膜顶点的区域的曲率半 径均比角膜顶点大 角膜非球面性测量 • 离心率 • 形状因子 • 非球面参数 =e =p =Q 离心率 周边非球面性程度 p-值/离心率 圆锥切面的离心率 e = 1 - e22 圆圈 e= 1-p 椭圆形 e22 = 1 - p 拋物线 e = 1.0 双曲线 e > 1.0 94065-26S.PPT e=0 0 < e < 1.0 94065-25S.PPT 测量p值的目的 • 得出角膜外形的量化表示值 • 数学定义角膜表面非球面性的程度 角膜非球面性 • 角膜表面是非球面的 • 它有一椭圆性外周 • 它不是侧向或放射状对称的 人眼角膜的离心度 • 人类角膜是椭圆形的 • 离心率的测量结果如下 - 范围：0.41-0.58 （Holden, 1970；Kiely 等, 1984；Guillon等, 1986） - 平均值：0.47 角膜非球面性区域 • 中央区域或角膜顶部（帽） • 旁周边区域 角膜术语 • 周边区域 (Sampson等, (Sampson等, 1965) 1965) B G D A F C E B A. B. E. G. 顶点区 过渡区 几何中心 角膜缘 C. 视轴 D. 顶点中心 F. 限制边缘 94065-31S.PPT 角膜帽 • 近似直径：4毫米 • 近似位置：从中心到鼻侧0.2-0.6毫米及上方 0.2毫米 • 如果偏心过大会影响隐形眼镜的配戴 • 周边角膜不规则形态在每条经线上是不同的 角膜帽的推测 • • • • 有限的平坦度 各子午线的差异不大 K读数不在几何中心 单曲率镜片在旁周边配适不匹配 中周区域 • 更加平坦的区域 • 负值非球面 周边区域 • 90%的半子午线是正值非球面 • 其余-零或负值 • 鼻侧和鼻上侧半子午线非球面程度比其它区 域大 周边区域 • 测量意义 • 估计屈光不正 • 评估病理情况 • 评估隐形眼镜配适和屈光手术的效果 测量的问题 • • • • • 角膜曲率计 注视 准确 仪器误差 操作者的差异 误差来源—仪器 • • • • • • 假设 使用近轴理论 估计焦点长度=像距 目标来源于平面 可重复性 假设角膜是散光的 误差来源—操作者 • • • • 聚焦 近距离调节 图像 仪器方向 角膜曲率计聚焦偏差的效果 梯形目标图像和格子线 梯形目标图像和格子线 (Bennett (Bennett 和 和 Rabbetts, Rabbetts, 1984 1984 不一致 不一致 梯形目标图像和格子线 梯形目标图像和格子线 仪器物镜 一致 仪器物镜 一致 角膜 角膜 h’ h’BB h’ h’AA 11 22 目镜格子线固定位置 目镜格子线固定位置 焦点 焦点 11 == 正确 正确 焦点 焦点 22 == 不正确 不正确 不正确的聚焦产生图像高度h’ 不正确的聚焦产生图像高度h’B’B’w与h’ w与h’AA不同 不同 94065-40S.PPT 误差来源：病人 • 角膜局部扭曲或引起梯形目标的扭曲, 特别 是使用Scheiner盘 • 病人注视不稳定使得图像不稳定, 这样增加 实际测量的误差 角膜地形仪器:测量方法 • 光学法 - 反射法 - 光学轮廓法 - 干扰量度法/相干波纹法 • 接触法 - 浇铸 模压 - 超声波 - 试戴隐形眼镜法 测量方法 ——光学反射法 • 不接触/非侵犯性 • 快速的数据收集 • 最方便 • 输出使用表格 例子 • 大多数商业化系统 • 角膜镜/角膜曲率计 测量方法 —光学断层成像法（2D） • 不接触/无侵犯性 • 快速的数据收集 • 高准确度 • 每次扫描仅仅测量1条子午线 • 仍然有技术困难 • 然而可能超越角膜曲率计 例子 • 激光断层成像法 • 目前没有商业化 测量方法—光学断层成像法（3D） • 一些是非接触的 • 提供快速的数据收集 • 可能有很高准确度 • 3D扫描（单一扫描） • 仍然有一些技术困难 例子 • 激光干涉仪 （如Twyman-Green） • 相干波纹技术 （如Brass 2 – Rotlex） 测量方法 ——接触法 • • • • 接触可能改变角膜形态 耗时 有些方法只是定性 数据理解困难 例子 • 浇铸/模压 • 超声波 • 隐形眼镜试用镜 测量角膜地形的仪器 • • • • 角膜镜 照相角膜镜 角膜曲率计 计算器辅助角膜地形仪 照相角膜镜/角膜盘 • 观察区域宽 • 完全聚焦 • 定性检查 角膜盘 定性评估 仅显示总体变化 角膜盘的原理 • 利用亮环在角膜上的反射 • 通过中心的放大镜片来观察 • 外环有较大的角度, 产生模糊的周边图像 照相角膜镜图像 • 椭圆 -散光 • 扭曲 -疤痕,不规则 • 非对称 -圆锥角膜 角膜镜缺点 • • • • 角膜散光不能定量 没有中心环反射 拍照时缺乏聚焦深度 鼻子和眼眶可能限制检查区域 角膜曲率计 • 测量前表面角膜曲率半径。它们是假设 角膜后表面的度数为前表面度数的10% , 并且用折射率1.3375来校准仪器的 • 主要功能是测量角膜中央部分（角膜帽） 的曲率半径 角膜曲率计 提供有关信息 • 角膜前表面曲率 • 总体角膜度数 角膜曲率计应用 • CL验配和试戴镜片的选择 • 监视角膜外形 • 隐形眼镜参数的验证 角膜曲率计实际上测量什么? • 前角膜曲度 • 限制在中央3 毫米区域 • 弧矢半径 角膜曲率计的测量原理--- 仪器学 • 角膜曲率计是基于测量物体的图像高度。因为物象在前房 不能直接测量 • 一短焦点望远镜（长焦点显微镜）用来形成 第二图像（梯 形目标）以便测量 • 物镜的放大比例需要恒定 • 一固定刻度位于第一主交点与物象距离的共轭焦点上 • 角膜曲率计向病人移动直到第二图像在刻度上清晰可见 • 测试目标是固定并且与仪器一起移动的 • 因此物体和角膜上第一个虚像同时和第二焦距保持一致 ， 目镜刻度需要准确聚焦 角膜曲率计测量原理光学 • 测量反射图像（第一Purkinje图像）的角度 大小 • 图像大小由在一定距离上的物象平面形成 • 在角膜后面形成虚像图像重合原则 角膜曲率计光学原理 AB AB == 目标 目标 (梯形目标) (梯形目标) A’B’ A’B’ == 虚像 虚像 hh == 目标高度 目标高度 A A h’ h’ == 图像高度 图像高度 A” A” 角膜 角膜 A’ A’ h’ h’ hh C C FF B’ B’ B” B” B B 曲率半径, 曲率半径, 目标到图像的距离, 目标到图像的距离, dd 目标到图像的距离, 目标到图像的距离, xx 94065-59S.PPT rr (=2f) (=2f) h’ h’ 分光原理 • 测量图像高度 • 分光装置：平面棱镜 • 移动＝图像高度 • 通过梯形目标剪刀样图像扭曲来决定轴向 分光原理 (Bennett (Bennett 和 和 Rabbetts, Rabbetts, 1984) 1984) A A’2’2 ?? 器物? 器物? 平光棱? 平光棱? ?? 像移位 像移位 >> ?? 像高度 像高度 A A’2’2 h’ h’11 角膜 角膜 h’ h’22 ?? 像移位 像移位 ＝? ＝? 像高度 像高度 A A’2’2 ?? 像移位 像移位 << ?? 像高度 像高度 94065-62S.PPT 未聚焦 未聚焦 未对齐和未调整 未对齐和未调整 对齐和调整的K(Javal-Schiötz 对齐和调整的K(Javal-Schiötz Ophthalmome Ophthalmome 未聚焦、未对齐和未调整 未聚焦、未对齐和未调整 未对齐和未调整的 未对齐和未调整的 未聚焦、已经调整K(Bausch 未聚焦、已经调整K(Bausch && Lomb Lomb 角膜曲率仪) 角膜曲率仪) 调整和对齐的(Zeiss 调整和对齐的(Zeiss Ophthalmometer) Ophthalmometer) 双倍的系统种类 • • • • 固定 变化的 分开的 完整 固定分光系统 • 可变 图像大小和目标距离 • 固定 物体高度和分光图像距离 • 当物体高度、屈光力和分光棱镜是固定 的，该装置改变图像的高度和物体梯形 目标的分离度使得第二图像等同与固定 的移位大小 •完全分光系统 •全孔： •光线分离装置 • 该系统通过完 全的光线分光 装置来实现的。 角膜曲率计种类 二位角膜曲率计 - 需要轴向旋转来测量各主要子午线 一位角膜曲率计 - 通过一对垂直图像可以同时测出相关 子 午线的曲率 - 主子午线假定是彼此垂直的 角膜曲率计校准 校准： • 从角膜反射的图 像光线最少距顶 点1毫米 • 校准通过已知曲 率半径的金属球 来完成 折算率： • 角膜曲率计使用 一特定的折射率来计 算角膜前后表面的曲 率 • 校准折算率通常 采用1.332或1.3375 角膜曲率计 用角膜曲率计测量硬片曲率 • 在头靠上附加棱镜或镜子 • 45°棱镜 • 等值镜面数值 角膜地形分析系统（计算器辅助） • 计算器辅助的算法产生一个来源于数码照 • 相角膜镜立体的角膜表面图像 • • • • LSU角膜地形仪 (LUCTS) 立体角膜地形仪 (TMS) 计算机角膜地形仪EH-270(CCT) 角膜分析系统(CAS) 地形分析系统—参数描述 • 仿真角膜曲率计值(Sim K) - 类似角膜曲率计测量的结果 表示角膜,表 面最陡峭 和最平坦的子午线和屈光力 - 这可从第7、8和9角膜镜环来得到, 因为它们的测量位 置和角膜曲率计相近 • 表面不对称系数(SAI) - 在对于点之间的角膜度数采用的加权总和。这些点 是180度分开的128等距子午线穿过4个中心角膜镜环 • 表面规则系数(SRI) - 在10个中心角膜镜环256等距半子午线上的度数波动 的总和 - 该系数为零表示角膜表面平滑 使用计算机辅助的角膜地形系统 • • • • • • 研究正常角膜地形 研究疾病的影响 手术前后比较 研究隐形眼镜的效果 比较屈光手术的变化 记录角膜矫形术的变化 隐形眼镜验配时的眼睛参数测量 • • • • • 角膜直径 瞳孔直径 睑裂大小和眼睑位置 角膜曲率计 照相角膜镜检查 • 角膜直径 - 与角膜地形测量结合使用用来分析隐形眼镜引 起的角膜曲率的变化 - 需要测量2个直径 - 可见虹膜横径（HVID） - 可见虹膜纵径（VVID） • 瞳孔直径： - 测量在标准房间照明下 （近似200lux）和低照 明（<100lux）情况下完成 - 当试戴镜片和订镜片时瞳孔大小是很重要的 • 睑裂大小和眼睑位置 - 正常睑裂和眼睑位置有利于了解其对镜片 装配的影响。这将影响适当镜片的选择 • 角膜曲率计 - 主子午线上的角膜曲率测量 - 尽管只是限于中央角膜（3-4毫米）的曲率, 这为镜片装配提供最有用信息 - 复杂地形图技术能显示角膜地图 • 照相角膜镜检查 - 一些现代化的系统能帮助选择镜片设计 - 更新的系统能处方镜片的设计 临床记录 • 曲率半径(毫米毫米)和/或屈光度 (D) • 记录主子午线的读数 • 平均3次读数 异常角膜地形 • • • • 圆锥角膜 球形角膜 不规则角膜散光 不规则角膜 圆锥角膜 • 非炎症性角膜变薄和突出 • 发病率: 1:3,000 -1:80,000 • 环形目标扭曲 球形角膜 因为系统性胶原病引起角膜非炎症性 和无进展性变薄。广泛的角膜变薄出现 角膜变大病情突出, 其周围被畸形巩膜 所环绕 眼睛的光学变化 隐形眼镜配戴引起以下变化 • 曲率/屈光度 • 折射率 • 厚度 硬镜配戴引起屈光度数的研究 • • 所有的硬片倾向于按镜片曲率改变角膜 曲率 镜片引起水肿使得中央角膜 变陡峭 增加近视度数 （被镜片掩盖 ） 角膜曲率测量与隐形眼镜 圆锥表面曲率的主曲率半径 • 弧矢半径 • 正切半径 • 任何点在圆锥表面会有2个主子午线和 2个主曲率半径 弧矢半径 正切半径 • 角膜曲率计测量角膜定点以外的点的 弧矢半径 弧矢半径 垂直于正切半径且从椭圆表面的P点延 伸到和光轴的交汇点 弧矢半径方程式 正切半径 垂直于弧矢半径且从圆锥表面的P点延 伸到渐屈线的正切点 END