正常角膜前后表面散光的相關研究

姜丹丹，湯 欣，苑曉勇，宋 慧

（天津醫科大學眼科臨床學院，天津市眼科醫院白內障科，天津300041）

角膜散光是角膜中經常遇到的一種光學像差，它對確定未矯正的視力有重要作用，也是決定角膜屈光手術和白內障手術術中矯正散光的大小和軸位的決定因素。角膜總散光（TA）由角膜前表面散光（AA）和角膜后表面散光（PA）組成，傳統的角膜曲率計測量角膜散光時忽略了PA，因為PA很難測量，因此角膜曲率計散光用屈光指數1.337 5及角膜前表面半徑來粗略估計總角膜散光，也稱（KA）。隨著技術的不斷進步與發展，角膜后表面散光逐漸被發現和準確測量，而Pentacam和Galileo就是使用Scheimpflug成像來準確測量角膜后表面散光的新型儀器[1-2]。本研究選擇Pentacam眼前節分析儀來測量角膜散光，選取天津市4歲以上能配合Pentacam眼前節分析儀檢查的正常人為研究對象，測量其AA、PA并矢量計算出TA，研究AA、PA的分布規律及PA對TA的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取天津市4歲以上來天津市眼科醫院進行Pentacam眼前節分析儀檢查的患者及來我院欲進行白內障手術的患者571例（989眼），將其按年齡分組。年齡5～17歲為少年組131例（262眼）；年齡18～40歲為青年組 163例（258眼）;年齡41～65歲為中年組169例（246眼）；年齡＞65歲為老年組108例（223眼）。本研究遵循赫爾辛基宣言。排除標準：（1）角膜疾病及影響角膜散光的疾病，如圓錐角膜、翼狀胬肉等。（2）眼外傷和角膜手術史，包括角膜移植、準分子激光角膜屈光手術、翼狀胬肉切除術等。（3）角膜接觸鏡佩戴者。

1.2 測量儀器 Pentacam眼前節分析儀（德國Oculus公司）

1.3 研究方法 測量并統計來我院進行Pentacam眼前節分析儀檢查者的角膜地形圖數據，操作由同一個人完成，熟練迅速，選擇Pentacam檢查質量為“OK”的圖像進行統計和分析。本研究主要對角膜前后表面散光度數及軸位的大小、分布進行描述，并分析其與年齡有無關系及AA與PA的相關關系以及PA對TA的影響。在分析AA與PA的關系時，為便于分析PA隨AA的變化關系，將571例989眼按角膜前表面散光大小的不同分為4組，A組散光小于0.8D，B組為0.8D-1.5D，C組為1.6D-2.5D，D組大于2.5D，比較各組相對應的角膜后表面散光度數及軸位均值有無差別。本研究按角膜前表面散光軸位的Gimbel方法分類[3]，對角膜后表面散光狀態進行分類：順規散光（with the rule，WTR）：45°＜散光軸位≤135°；逆規散光（against the rule，ATR）：散光軸位≤30°或 150°＜散光軸位≤180°；斜軸散光（Obi lque）：30°＜散光軸位≤45°或 135°＜散光軸位≤150°。

1.4 統計學方法 應用SPSS21.0統計軟件，定量數據采用表示，經統計分析發現角膜前后表面散光度數、年齡、性別均為非正態分布，因此相關分析采用Spearman相關性分析，正態分布相關性分析采用Pearson相關系數，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 角膜散光度數分布 角膜后表面散光度數平均值為（0.34±0.16）D，最小值為0.00D，最大值為1.00D，角膜后表面散光度數在0.3D以下者占29.1%（288眼），0.3D-0.5D 者占 62.7%（620眼），＞0.5D者占8.2%（81眼）。另外，我們對角膜前表面散光度數的分布進行了分析：角膜前表面散光度數在 0.8D以下者占34.2%（338眼），0.8D-1.5D者占39%（386眼），1.6D-2.5D者占 20.6%（204眼），＞2.5D者占6.2%（61眼）。

2.2 角膜散光軸位的分布 角膜前表面散光軸位平均為(89.88±63.70)°，按 Gimbel分類方法：36.7%（363眼）為順規散光，58.2%（576眼）為逆規散光，5.1%（50眼）為斜軸散光；角膜后表面散光軸位平均值為（87.59±65.72）°，34.8%（345眼）為順規散光，62.5%（618眼）為逆規散光，2.6%（26眼）為斜軸散光。

2.3 相關性分析

2.3.1 角膜前后表面散光與年齡的關系 角膜前后表面散光度數與年齡的Spearman相關分析結果表明角膜前后表面散光度數均與年齡相關（r=-0.14，r=-0.28，P＜0.01），進一步計算少年組、青年組、中年組、老年組中各組角膜前后表面散光度數和軸位的平均值見表1，將AA、PA、AAA、APA中各年齡組進行多獨立樣本非參數檢驗，Kruskal-Wallis檢驗、中值檢驗、Jonckheere-Terpstra檢驗結果均顯示，AA和PA與年齡相關（P＜0.05)，組間兩兩比較結果顯示中年和老年組間差異無統計學意義（P=0.94，0.89)，而其他各組間差異均有統計學意義（均P＜0.05），AAA和APA與年齡沒有明顯相關關系（P＞0.05)。根據上述Gimbel分類方法對散光狀態進行分類，結果顯示：角膜散光在18歲以下75.9%屬于順規散光，40歲以前由順規散光向逆規散光轉化，但40歲以后又逐漸變回順規散光，但總體趨勢為由順規散光逐漸轉為逆規散光（表2）。

表1 各年齡組角膜前后表面散光度數及軸位的分布Tab 1 The distribution diopterand axis of anterior and posterior corneal astigmatism in all age groups

表1 各年齡組角膜前后表面散光度數及軸位的分布Tab 1 The distribution diopterand axis of anterior and posterior corneal astigmatism in all age groups

AA為前表面散光大小，AAA為前表面散光軸位，PA為后表面散光大小，APA為后表面散光軸位

組別 A A/D A A A/° P A/D A P A/°少年組 1.2 9±0.6 3 9 0.1 2±4 0.3 1 0.3 2±0.1 5 9 1.4 8±4 0.4 2青年組 1.4 4±0.8 4 9 1.3 5±8 0.8 9 0.4 0±0.1 5 8 1.1 0±8 2.2 9中年組 0.9 2±0.6 5 9 2.6 4±6 1.2 3 0.2 9±0.1 5 9 3.7 0±6 5.1 0老年組 0.8 8±0.6 2 8 2.5 1±5 3.6 5 0.2 8±0.1 7 8 8.9 7±5 7.6 8

表2 各年齡組角膜前表面散光軸位分布Tab 2 Distribution axis of anterior corneal astigmatism in all age groups

2.3.2 角膜前、后表面散光度數和軸位的相關關系計算角膜前表面及各自對應的角膜后表面散光度數均值見表3，相關分析結果表明B、C、D組及總的角膜后表面散光度數與前表面散光度數呈正相關（r=0.52，P＜0.01），A 組角膜前后表面散光無相關關系，即角膜前表面散光度數較小時，角膜前后表面散光無明顯相關性，大于0.8D時角膜后表面散光度數隨著角膜前表面散光的增加而增加，忽略散光大小和軸位分組時，角膜后表面散光隨前表面散光增加而增加（圖1）。

表3 角膜前后表面散光度數比較（）Tab 3 Comparison of anterior and posterior corneal astigmatism（）

表3 角膜前后表面散光度數比較（）Tab 3 Comparison of anterior and posterior corneal astigmatism（）

AA為角膜前表面散光大小，PA為角膜后表面散光大小，Total為所有散光

A組 B組 C組 D組 T o t a l A A/D 0.4 6±0.1 8 1.1 1±0.2 1 1.9 0±0.2 6 3.1 8±0.4 7 1.2 2±0.7 5 P A/D 0.2 6±0.1 3 0.3 1±0.1 3 0.4 3±0.1 5 0.5 9±0.1 5 0.3 4±0.1 6 r 0.1 2 0.1 8 0.2 9 0.4 4 0.5 2 P 0.0 6 0.0 0 0.0 0 0.0 0 0.0 0

圖1 角膜前后表面散光度數相關性散點圖Fig 1 Scattered plot of the relationship between anterior and posterior coronal astigmatism

根據AA軸位將角膜散光分為順規散光、逆規散光、斜軸散光，分別對三者進行AA和PA大小的Spearman相關性分析，結果顯示順規散光和逆規散光時AA和PA的大小均具有一定的相關性（均P＜0.01），斜軸散光時AA和PA無相關性（P＞0.05）（表4）。

表4 前、后表面散光大小的相關性分析Tab 4 Correlation analysis of anterior and posterior surfaceastigmatism

經統計發現角膜前后表面散光軸位為正態分布，因此相關性分析采用Pearson相關系數，分析結果顯示角膜前后表面散光軸位呈正相關（r=0.38，P＜0.05）（圖2）。

圖2 角膜前后表面散光軸位相關性散點圖Fig 2 Scattered plot of the relationship between anterior and posterior coronal astigmatism axial

角膜前表面散光的度數與軸位分布如表5所示，由此得知隨角膜前表面散光度數的增加，順規散光的比值逐漸減小，而逆規散光所占的比例越來越大（圖3）。

表5 各組角膜前表面散光軸位分布Tab 5 The distribution axis of anterior corneal astigmatism in each group

圖3 角膜前表面散光度數與散光軸位分布Fig 3 The distribution of anterior corneal astigmatism and axial

2.4 角膜后表面散光對角膜總散光的影響 根據角膜前、后表面散光值和軸位計算角膜總散光TA及軸位AAA=PA×APA，軸位 AAA（陡峭軸子午線）及軸位APA（扁平軸子午線）模擬角膜曲率計散光KA：扁平子午線屈光力K1=-nk-1/r1，陡峭子午線屈光力K2=nk-1/r2，KA=K2-K1，其中 nk=1.337 5，角膜中央 3 mm直徑范圍內前表面角膜曲率半徑r1（平坦軸）、r2（陡峭軸），AKA為陡峭子午線即AKA=AAA。KA、TA散光大小分別為（1.21±0.76）D、（1.43±0.88）D，運用 t檢驗統計學方法比較二者差異具有統計學意義（t=21.95，P＜0.01），二者散光值大小差異的均值為（0.21±0.29）D，KA 與 TA 的散光軸位分別為（89.88±63.70）°、（89.29±61.53）°，同樣運用t檢驗統計學方法比較二者差異無統計學意義（t=-1.08，P=0.28）。二者散光軸位差異的均值為（0.59±16.52）°。Bland-Altman散點圖比較KA與TA的大小及軸位見圖4、5，其中散光大小和軸位差值的95%置信區間分別為-0.36～0.70D 和-31.79°～32.97°。

圖4 TA與KA的Bland-Altman散點圖Fig 4 Bland-Altman plots of TA and KA

圖5 ATA與AKA的Bland-Altman散點圖Fig 5 Bland-Altman plots of ATA and AKA

3 討論

白內障手術合并散光人工晶狀體植入術現已成為白內障患者有效和可靠的矯正散光方法之一[4-5]，那么術前準確測量角膜散光從而精確選擇散光矯正型人工晶狀體的度數和軸位是影響術后散光矯正效果的必不可少的因素。并且Koch等[6]還發現，全角膜散光的測量誤差主要來自角膜后表面散光。為了克服這個缺陷，分別引入了Baylor諾模圖和Barrett復曲面計算器，通過回歸分析和理論模型調整散光矯正型人工晶體屈光力以解決角膜后表面散光[6-7]。隨著Scheimpflug成像在前房成像眼科學中的出現，角膜后表面對全角膜散光的貢獻已經獲得國內外眼科醫生的重視，對角膜后散光的研究也越來越多。研究發現，通過Pentacam測量的角膜前后表面散光的矢量求和得到的角膜總散光來作為散光矯正人工晶體植入術術前散光更加準確[8]。

本研究結果中81.1%的角膜后表面散光對角膜總散光有疊加作用，也就是說如果忽略PA，將會使KA低估了TA，考慮PA的TA與KA相比，大小差別大于0.50 D者占8.71%，有文獻報道占5.90%～12.56%[9-11]。軸位差別大于10°者占17.42%，文獻報道占17.20%～23.70%[9-10]。張念蝶等[12]的研究中TA與KA大小差別大于0.50者占5.71%，軸位差別大于10°者占22.86%，也與本研究的結果大體一致。之前的研究也顯示，僅測量角膜前表面散光是導致散光矯正型人工晶體手術的殘余散光的重要原因，忽略角膜后表面散光可使原有的順規散光過矯，使原有的逆規散光欠矯[6，13-14]。本研究中無論角膜前后表面散光軸位如何分布，角膜后表面散光均會增加角膜總散光，只有16.3%的角膜后表面散光對角膜前表面散光有補償作用進而減小角膜總散光，其中85.1%的角膜前后表面均為逆規散光，而且年齡多在50歲以下，這一結果與以往研究結果不一致的原因可能是本研究的樣本是全年齡段人群，而以往的研究多是針對50歲以上的老年白內障患者。研究結果還顯示角膜前后表面散光的變化與年齡均有一定關系，即40歲以前角膜前后表面散光均隨年齡增加而增加，40歲以后又有隨年齡增加逐漸減小的趨勢，65歲趨于穩定。這與很多研究中角膜前后表面散光與年齡無關的結果不一致，其主要原因可能是對年齡的分組不同，本研究是整個年齡分組，而大多數研究主要是對老年人群進行分組。本研究中角膜散光在18歲以下順歸散光為75.9%，成年以后明顯轉為逆規散光，但40歲以后又逐漸變回順規散光，總體趨勢為由順規散光逐漸轉為逆規散光，這與Kanellopoulos[15]的研究結果中隨著年齡的增加，角膜散光由順規散光逐漸向逆規散光轉變基本一致。還有研究發現在順規散光中多于85%的角膜后表面軸位在垂直方向更陡峭，并且隨著前表面散光的大小增加而增加；而在逆規散光中，角膜后表面散光平均約0.2D，并且不隨角膜前表面散光的大小而發生變化[9]。本研究也發現角膜后表面散光的大小和軸位均與角膜前表面散光大小和軸位呈正相關（P＜0.05），即隨著角膜前表面散光大小和軸位的增加，角膜后表面也隨其增加，二者有一定的吻合性，這一結論與廖茉莉[16]的研究結果完全一致。這大概是與角膜前后表面生理結構形態一致性有關。Koch等[6]對AA和PA大小的相關性分析中也表明，AA為順規或斜軸散光時，AA和PA大小分別呈中度及微弱的相關性（r=0.56、0.37，P＜0.01）；Ho等[10]的研究中也發現忽略散光軸位時兩者顯示中度相關（r=0.48，P＜0.01）。也就是說如果在無法測量角膜后表面散光的情況下可以用角膜前表面散光來大致估計角膜后表面散光，但這一結論還需要進一步的證實。

綜上所述，在所有年齡正常角膜人群中，大部分PA對AA有一定程度的疊加作用，忽略PA可能會導致具有臨床意義的TA估計值的差異，其中誤差大于0.50D者占8.71%，軸位差別大于10°者占17.42%。因此，在白內障手術中，特別是選擇散光矯正人工晶體術前測量患者散光時，一定要測量角膜后表面散光，否則將會導致患者術后散光的欠矯或過矯。