徐 悅，張曉峰

0引言

圓錐角膜(keratoconus，KC)是一種雙側和不對稱的擴張性角膜疾病，以進行性角膜厚度變薄和突出為特征，可能導致嚴重的視力障礙[1-2]。中晚期KC的眼部癥狀和體征往往典型，包括角膜基質變薄、錐形隆起、Fleischer環(huán)、Vogt條紋等[3]。早期KC常常因癥狀和臨床體征不明顯而易被忽視[4]。目前對于KC的分期，包括KC嚴重度評分和Amsler-Krumeich分類等，都沒有為早期KC的檢測提供明確的指導[5]。對頓挫型KC和可疑KC的定義還在不斷完善中[6-7]。另外，雖然存在許多檢測技術，但是臨床醫(yī)生對多種角膜特征參數(shù)的認識相對不足，限制了這些技術在早期KC診斷中的運用和價值。本綜述旨在回顧KC診斷技術研究進展，以期早期識別KC患者，降低醫(yī)源性角膜擴張的風險并減輕角膜移植的負擔。

1角膜前表面形態(tài)參數(shù)

角膜前表面曲率和高度值的異常是KC有效的判別參數(shù)，患者角膜前表面曲率異常通常早于角膜厚度和視力的異常。基于placido盤的角膜地形圖可以通過檢測角膜前表面局部陡峭程度，生成量化角膜表面不規(guī)則性的多個參數(shù)，常被用于診斷KC[8]。通常來說，當出現(xiàn)以下角膜地形圖參數(shù)異常應當引起重視并進行進一步檢查：散光大于5屈光度(diopters，D)，平坦子午線角膜曲率或陡峭子午線角膜曲率大于48D，最大角膜曲率大于49D，角膜非球面系數(shù)大于-0.50μm[9]。改良的Rabinowitz-McDonnell檢驗，以正常角膜為標準，將模擬角膜鏡讀數(shù)(simulated keratoscope reading，SimK)介于47.2～48.7D和(或)角膜下方與上方平均屈光度差值(inferior-superior diopter asymmetry，I-S)介于1.4～1.8D歸為疑似KC[10]。

Pentacam眼前節(jié)分析系統(tǒng)中描述角膜前表面形態(tài)特征的參數(shù)包括：表面變異指數(shù)、高度不對稱指數(shù)、垂直不對稱指數(shù)、高度離心指數(shù)、KC指數(shù)、最小曲率半徑、中央KC指數(shù)、不規(guī)則指數(shù)[11]。這8個參數(shù)均具有較高的敏感性，特別是表面變異指數(shù)和最小曲率半徑[3]。Donoso等[12]提出Pentacam系統(tǒng)中的KC指數(shù)、高度離心指數(shù)、BAD增強擴張分析(Belin/Ambrosio Enhanced Ectasia Display)的總體偏差，以及OPD-Scan屈光分析儀中的KC預測指數(shù)、表面不對稱指數(shù)和高階三葉草像差的總和，均可用于區(qū)分早期KC和正常眼，而組合兩個設備的參數(shù)時，顯示出了更好的診斷效力。角膜前表面形態(tài)參數(shù)仍然是目前臨床工作中，用于區(qū)分早期KC眼和正常眼最常用的參數(shù)。

2角膜后表面形態(tài)參數(shù)

與正常眼相比，早期KC的角膜后表面主要表現(xiàn)為角膜后表面下方曲率的增加和后表面高度的異常[13]?；诤０蔚慕悄鄬映上癜ɑ诹严稈呙杓夹g的Orbscan眼前節(jié)分析診斷系統(tǒng)，以及基于Scheimpflug成像原理的Pentacam、Sirius和Galilei眼前節(jié)分析儀。前者由于分辨率低、圖像獲取時間過長和不能獲得角膜后表面的實際測量值，已被Scheimpflug成像原理的眼前節(jié)分析系統(tǒng)替代[14-16]。

Pentacam系統(tǒng)提供了可重復測量的角膜后表面參數(shù)，主要包括：后表面中央散光度、后表面最小矢狀曲率、后表面高度最大值、最小值和高度差[11]。OCULUS Pentacam軟件還提出了“Belin ABCD”的KC分級系統(tǒng)[17]。它根據(jù)角膜最薄點3mm區(qū)域的角膜前、后表面角膜曲率半徑，角膜最薄點厚度和最佳矯正視力將KC分為0～4級[9]。其中，1～4期的角膜前表面曲率與傳統(tǒng)的Amsler-Krumeich分類呈現(xiàn)相關性，通過融入對角膜后表面的評估和分級，更全面地描述了角膜結構和功能的改變[17]。De Sanctis等[18]發(fā)現(xiàn)角膜后表面高度大于29μm可作為檢測亞臨床KC患者相對特異但不敏感的方法。

Sirius眼前節(jié)分析儀研究的角膜后表面主要參數(shù)包括后表面曲率對稱指數(shù)，后表面Baiocchi-Calossi-Versaci指數(shù)，角膜后表面膨隆的最高點以及后表面4.5mm或8mm范圍內每單位面積均方根值[19]。一項利用Sirius眼前節(jié)分析儀回顧性分析1632眼的角膜前表面、角膜后表面和角膜最薄點厚度的研究提示，在區(qū)分亞臨床KC患者與正常人時，最敏感的是角膜后表面的參數(shù)[20]。在多種角膜測量參數(shù)的基礎上，Sirius利用支持向量機自動將所測量的眼睛歸類正常眼、KC眼和亞臨床KC眼等，同時提出角膜后表面曲率和測厚數(shù)據(jù)對于檢測亞臨床KC眼十分重要[21]。

Galilei眼前節(jié)分析儀與Pentacam相似，但具有跟蹤眼球運動的功能，減少了運動誤差。不規(guī)則散光指數(shù)大于0.450，角膜屈光力標準偏差大于1.065，以及表面規(guī)則指數(shù)大于0.735，被認為是利用Galilei眼前節(jié)分析儀評估頓挫型KC患者具有診斷意義的指標[8]。Jafarinasab等[22]使用Galilei眼前節(jié)分析儀評估了中央3、57mm區(qū)域內最大角膜前、后表面高度，發(fā)現(xiàn)中央7mm區(qū)域的最大角膜后表面高度能最好地區(qū)分亞臨床KC。

基于Scheimpflug成像原理的眼前節(jié)分析儀可同時測量角膜前、后表面的參數(shù)和角膜厚度。其中，角膜后表面參數(shù)和角膜厚度分布圖是臨床工作中診斷早期KC的重要參數(shù)[23-24]。另外，不同儀器的參數(shù)之間存在差異，不能對其進行簡單地互換。因此，在診斷早期KC時，需要強調對不同儀器得到的參數(shù)進行具體分析[25]。

3角膜曲率數(shù)學分析模型

Maeda等[26]通過對SimK1、SimK2、表面不對稱指數(shù)、差異扇區(qū)指數(shù)、對側扇區(qū)指數(shù)、中央/周圍指數(shù)、不對稱散光指數(shù)和分析面積8個地形圖參數(shù)的計算分析得出KC預測指數(shù)，該指數(shù)大于0.23的患者被提示為KC患者。其中差異扇區(qū)指數(shù)和對側扇區(qū)指數(shù)對周邊角膜異常陡峭的鑒別較為敏感，而中央/周圍指數(shù)對中央角膜異常陡峭的鑒別較為敏感。KC百分比指數(shù)是基于中央角膜屈光力、I-S值、角膜散光指數(shù)和最陡峭軸的相對偏移量計算得出的，KC百分比指數(shù)在60%～100%被認為是可疑KC[27]。此外，還有研究構建了一個神經(jīng)網(wǎng)絡，并將10種不同的地形圖參數(shù)作為網(wǎng)絡的輸入?yún)?shù)，以計算KC嚴重程度指數(shù)，當KC嚴重程度指數(shù)介于15%～30%被認為是可疑KC眼。BAD增強擴張分析通過將角膜海拔和厚度數(shù)據(jù)相結合，并將其與“增強的最佳擬合球面”相比較，從而更敏感地獲取早期KC的改變[28]。Pentacam中的BAD將測得的角膜前、后表面海拔數(shù)據(jù)與8mm范圍固定光學區(qū)計算出的最佳擬合球面數(shù)據(jù)相比較，對角膜前后表面海拔變化、角膜最薄點厚度、角膜最薄點位移和厚度改變與正常人數(shù)據(jù)庫的各參數(shù)平均值的標準偏差進行回歸分析，從而做到更為靈敏地對早期KC進行篩查[29]。

4角膜像差

KC患者的角膜上下方不對稱膨隆、角膜頂點移位，導致彗差明顯增加；而角膜中央相較于周邊屈光力的明顯增加，也可導致角膜球差的顯著增加。KC眼的角膜總高階像差約是正常眼的38倍，其中最顯著的差異體現(xiàn)在垂直彗差，大約是正常眼的78倍[30]。因此，以垂直彗差為代表的角膜波前像差被認為可用于區(qū)分早期可疑KC眼和正常眼[8]。同時，將角膜前表面波前像差和眼波前像差納入分析，可將診斷的敏感度和特異度提高到80%以上[30]。Naderan等[31]的研究發(fā)現(xiàn)，相較于角膜像差，全眼像差更能區(qū)分頓挫型KC和正常眼，提示眼內像差和角膜后表面的改變發(fā)生在角膜前表面改變之前[31]。在區(qū)分早期KC和正常眼時，以Zernike像差為基礎的三階像差、球差被認為具有最高的判別能力，可以識別非常早期的KC患眼[32-33]。同時需要注意，角膜高階像差隨著瞳孔直徑大小的增大而增加，但可疑KC和KC患者的增加幅度比正常眼更大，其中三階像差對角膜總像差的貢獻隨瞳孔增大而減小，而四階像差的貢獻隨瞳孔增大而增大。因此，在鑒別早期KC時，應以較大的瞳孔直徑為宜，可取瞳孔直徑為6mm時，觀察像差的變化。因此，當發(fā)現(xiàn)總高階像差，尤以彗差或負性球差增高時，應引起重視，并結合角膜曲率、海拔和厚度等角膜地形圖數(shù)據(jù)進一步排查KC。結合角膜像差參數(shù)，可將早期KC診斷的敏感度和特異度提高到90%以上[34-36]。

5角膜上皮及角膜全層厚度地形圖

在KC中，角膜上皮會通過在頂點處變薄而周圍的環(huán)形區(qū)域內增厚來補償角膜基質的變薄和膨隆，一定范圍內代償不規(guī)則的前表面，稱之為“角膜上皮重塑”[37-38]。因此，僅檢測角膜前表面難以發(fā)現(xiàn)這一微小改變，加入對上皮和全層厚度的檢查，有助于早期KC的診斷。目前，角膜上皮和全層厚度的檢測方法主要包括：接觸式測量(超高頻率數(shù)字超聲儀)與非接觸式測量光學相干斷層掃描(optical coherence tomography,OCT)[10]。Feng等[39]利用超高頻率數(shù)字超聲儀發(fā)現(xiàn)角膜全層厚度的測量對區(qū)分地形圖異常的可疑KC眼具有重要意義。Silverman等[40]根據(jù)超高頻率數(shù)字超聲儀衍生的上皮和基質厚度圖開發(fā)了一種基于6個角膜上皮和基質厚度相關變量的模型，并報道該模型與KC嚴重程度等級相關。

角膜厚度相對應區(qū)域的不對稱性是診斷早期KC的關鍵。OCT不僅構建了角膜全層和上皮厚度地形圖，顯示了角膜頂點和最薄點的位置，還自動比較了I-S角膜及上皮厚度差值，以及鼻上-顳下角膜厚度差值，這些對早期KC均具有提示作用[41]。Rattan等[42]發(fā)現(xiàn)，可疑KC眼角膜下方上皮厚度更薄，上皮最薄點厚度的偏移是早期KC診斷的有利指征。更為重要的是，OCT可以檢測到早期KC患者中“角膜上皮重塑”等早期征象[43-44]。Li等[45]發(fā)現(xiàn)角膜各亞層厚度分布與角膜生物力學相關參數(shù)之間存在顯著的相關關系。因此，OCT可用于獲取角膜全層厚度以及角膜上皮厚度、角膜最薄點厚度、角膜最薄點相對瞳孔中心的坐標，這些OCT參數(shù)對早期KC的診斷具有重要提示作用。

6角膜共聚焦顯微鏡

角膜共聚焦顯微鏡(invivoconfocal microscopy，IVCM)是一種在細胞水平上非侵入式活體成像的技術[46]。在臨床上沒有明顯Vogt條紋的患者中，50%患者在IVCM的角膜基質圖像中觀察到了條帶[47]。IVCM的使用有助于觀察KC患者Bowman層的破裂和中央上皮下神經(jīng)叢的變化，同時，還可能觀察到上皮細胞拉長、基質皺褶、上皮基底膜下神經(jīng)增厚以及內皮細胞的多形性增加[48]。體外研究提示KC患者的角膜上皮基底膜細胞密度降低，IVCM證實并進一步發(fā)現(xiàn)這一差異與KC的嚴重程度無關[49-50]。Bitirgen等[47]研究發(fā)現(xiàn)，在KC的早期階段，角膜上皮基底細胞的退行性改變先于角膜上皮基底細胞的丟失。許多研究表明KC患者角膜神經(jīng)纖維出現(xiàn)異常的分支模式、密度降低、彎曲度增加和增粗，角膜基底下神經(jīng)失去正常的放射狀和中央螺紋狀的形態(tài)，取而代之的是，錐頂處基底下神經(jīng)形成一個包含許多閉合環(huán)形的曲折的網(wǎng)絡，而圓錐基底部神經(jīng)圍繞底部呈同心圓式地延展[47]。在輕度KC患者中，角膜上皮基底細胞的密度明顯降低，而角膜淺層及深層基質細胞密度和內皮細胞密度沒有顯著差異，提示KC變性過程開始于上皮基底細胞水平，為利用IVCM進行早期KC的診斷提供了依據(jù)。Ozgurhan等[51]則提出早期KC患者的淺層和深層角膜基質細胞密度較正常眼降低，而平均基質神經(jīng)直徑較正常眼增高。

7角膜生物力學

角膜基質纖維的丟失、單個膠原纖維的方向改變、交聯(lián)數(shù)減少以及角膜細胞功能障礙，都會導致角膜機械穩(wěn)定性的下降，KC發(fā)生發(fā)展過程中均伴有角膜生物力學的改變，而角膜曲率、高度和厚度的變化均是角膜擴張的繼發(fā)表現(xiàn)[52]。因此，對角膜生物力學特性的研究可能有助于早期KC的診斷。眼反應分析儀可以測定包括角膜遲滯和角膜阻力因子等多種角膜生物力學參數(shù)，兩者在KC眼中均降低，但受中央角膜厚度和眼壓的影響很大，難以區(qū)分早期KC眼和正常眼[53]。Corvis ST角膜生物力學分析儀可動態(tài)記錄、分析角膜受壓形變和復原過程中發(fā)生的生物力學改變，并記錄角膜厚度、眼內壓及角膜變形幅度、壓平長度、反向曲率半徑、壓平速率等生物力學數(shù)據(jù)。在控制了眼壓和角膜厚度后，變形幅度是臨床前期KC診斷中比角膜遲滯更為敏感的參數(shù)，但在用于區(qū)分早期KC眼和正常眼時仍存在較大的重疊區(qū)[54]。Brillouin顯微鏡是一種新型光學彈性成像技術，目前被用于體外檢測角膜，該技術的體內版本正在開發(fā)中，被認為可能是評估KC生物力學特性更靈敏的工具[55]。KC患者的平均Brillouin頻率降低，在錐體區(qū)域最為明顯，且隨著疾病的嚴重程度增加而增加，輕度KC眼可通過Brillouin頻率來區(qū)分雙眼嚴重程度。因此，雙側生物力學的不對稱性可作為早期KC的診斷指標。

8基因檢測

目前，包括VSX1、DOCK9、TGFβ1、SOD1、miR-184、COL4A3、COL4A4在內的多個基因，因在KC患者中被檢測到相應突變或是與KC發(fā)病機制相關而被選為KC的候選基因[29]。其中，VSX1和SOD1這2個基因被關注得最多[56]。Li等[57]第一個報道了關于KC的全基因組關聯(lián)研究(genome-wide association studies，GWAS)，提示2q21.3染色體上RAB3GAP1基因附近的一個基因組區(qū)域與KC存在潛在的關聯(lián)，且被Bae等[58]的另一項獨立的研究驗證。Burdon等[59]之后進行了第二次關于KC的GWAS研究，報道的最顯著的關聯(lián)位于HGF基因的上游，其特異性變異也與正常人的血清HGF水平有關，且該關聯(lián)被Sahebjada等[60]的獨立的研究復制。一項GWAS研究提示2個中央角膜厚度相關的基因組區(qū)域FOXO1和FNDC3B與KC風險相關[61]。最新的關于KC轉錄組學的研究除了鑒定了編碼基因的組織特異性作用外，還開始評估新型非編碼RNA靶標，KC患者角膜中許多基因發(fā)生了嚴重的改變，特別是那些影響角膜組織生物力學特性的基因[62]。從KC患者中收集的角膜上皮微小RNA微陣列中鑒定出許多上調和下調的微小RNA，提示在微小RNA對應的靶基因中細胞連接、細胞分裂和運動活性過表達[63]。通過對KC相關基因組區(qū)域進行高通量生物信息學分析，發(fā)現(xiàn)微小RNA基因和單核苷酸突變在包含KC基因座的區(qū)域中非隨機分布，以微小RNA為基礎的研究雖尚不成熟，但或將成為未來基因研究的重點，從而為早期KC診斷的生物標記物和潛在治療靶標提供新的思路。

9小結

綜上所述，基于placido盤角膜地形圖獲得的角膜前表面形態(tài)特征僅依賴于角膜前表面曲率圖，單獨用于診斷早期KC患者的靈敏度較低。基于Scheimpflug成像原理的眼前節(jié)分析系統(tǒng)增加了對角膜厚度和角膜后表面形態(tài)特征的分析，是當前診斷早期KC最主要的手段。OCT檢測角膜上皮層及全層厚度地形圖，可獲得角膜最薄點厚度及坐標，其偏離角膜中心情況的分析對早期KC的診斷具有重要的提示作用。綜合角膜前、后表面形態(tài)特征、角膜以及角膜最薄點厚度及其偏離角膜中心等檢測結果是目前診斷早期KC相對最有效和可靠的方法。角膜曲率數(shù)學分析模型則進一步優(yōu)化了KC相關參數(shù)的選擇和計算模型，有助于簡化評估流程。角膜波前像差、IVCM和角膜生物力學的改變對早期KC的診斷均具有一定的提示作用，但這些檢查相應指標的敏感度和特異度有待進一步提高。以上對于早期KC診斷的技術手段，多僅關注患者單眼的情況。今后通過人工智能對患者的雙眼數(shù)據(jù)進行對比和判斷或將成為早期KC診斷研究的熱點。基因檢測為早期KC的診斷提供了新的方向，但由于KC發(fā)病基因目前尚不明確，并且不同人種之間遺傳特性差異也很大，因此早期KC基因診斷技術尚不成熟。