孫冰清，張曉宇，周行濤

0 引言

圓錐角膜(keratoconus)是一種慢性非炎癥性的角膜局部擴張性疾病，以中央或旁中央角膜基質變薄、中央頂點呈圓錐形突出變形為特征，嚴重威脅視力[1]。遺傳因素和環(huán)境因素均參與其發(fā)病過程，年發(fā)病率高達1/2000，國內男性發(fā)病率高于女性，發(fā)病年齡高峰為20～30歲；常累及雙側，兩眼可先后發(fā)病[2]，是我國致盲的重要原因之一[3]。因此，圓錐角膜的早期診斷和干預成為我國醫(yī)學領域的重要挑戰(zhàn)。光學相干斷層掃描(optical coherence tomography,OCT)是一種通過低相干的干涉測量技術顯示眼內結構的非接觸式成像方式，于1991年首次用于眼后段的成像[4]。1994年，第一臺眼前節(jié)OCT(anterior segment OCT,AS-OCT)應用于臨床，可以顯示角膜、前房、虹膜、晶狀體等眼前節(jié)段構，如今已經成為無創(chuàng)評估眼前節(jié)的重要成像技術[4]。OCT可以顯示角膜的上皮層、前彈力層、基質層、后彈力層以及角膜表面高反射的淚膜，對于角膜疾病評估具有重要作用，因此逐漸應用于圓錐角膜的管理。本文描述了圓錐角膜的臨床特點，歸納了光學相干斷層技術的分類和特點以及在圓錐角膜的診斷、治療和并發(fā)癥處理中的作用，也總結了其衍生技術的研究進展，為將來圓錐角膜的管理規(guī)范化提供理論依據。

1 圓錐角膜的臨床特點

圓錐角膜早期可導致不規(guī)則散光和高度近視，晚期會出現急性角膜水腫，形成角膜瘢痕，造成永久性的視力損害[1]。目前，圓錐角膜的診斷主要依靠典型的眼部體征和角膜參數，前者包括Fleischer環(huán)、Vogt條紋、Munson征等，后者主要包括角膜前后表面的曲率和高度值、像差、厚度和生物力學指標等[5]。角膜地形圖是目前診斷圓錐角膜的金標準，以Placido盤為基礎的角膜地形圖[6]和基于裂隙掃描的地形圖(如Orbscan)[7]可以提供角膜前后表面曲率；采用Scheimpflug相機的角膜地形圖(如Pentacam)可以對前后表面進行成像，同時Pentacam系統(tǒng)還提供了用于早期診斷的BAD(Belin/Ambrosio Enhanced Ectasia Display)診斷系統(tǒng)和監(jiān)測病情進展的ABCD圓錐角膜分級系統(tǒng)[8]。然而，角膜地形圖的成像效果在眼表情況差以及角膜混濁或瘢痕的患者中具有一定偏差，周邊部角膜成像的可重復性不如中央部，較長的圖像采集時間增加了運動偽影的風險，并且無法提供角膜亞層成像[9-10]。圓錐角膜治療方式的選擇取決于其嚴重程度：輕度可通過框架眼鏡進行視力矯正，中度可配戴角膜接觸鏡，進展期患者可通過角膜交聯手術(corneal collagen cross‐linking,CXL)阻止疾病進展，而重度病例則需要進行角膜移植手術[5]。

2 OCT技術的介紹

根據成像原理，常用的OCT系統(tǒng)可分為時域OCT(time domain OCT,TD-OCT)和基于傅里葉的頻域OCT(Fourier-domain OCT,FD-OCT)；后者又可根據光源和檢測方案分為光譜域OCT(spectral domain OCT,SD-OCT)和掃頻源OCT(swept source OCT,SS-OCT)。TD-OCT通過機械移動參考鏡獲取樣品各點的深度信息，成像速度較慢，難以形成角膜地形圖；但其掃描光波長，組織穿透性優(yōu)于FD-OCT[11]。FD-OCT將光譜儀對眼部進行掃描得到的數據經傅立葉反變換獲得不同深度的OCT圖像；SD-OCT作為第二代OCT技術，采用寬帶低相干光源，采集速度明顯提升；而最新的SS-OCT則采用快速可調節(jié)的窄帶激光器，兼具TD-OCT的單點檢測和SD-OCT的快速成像的優(yōu)點[11]。在臨床應用中，FD-OCT由于數據采集的速度更快，展示出比Scheimpflug系統(tǒng)更優(yōu)越的重復性和再現性[12]；SS-OCT掃描光束的穿透力強，可以在混濁的角膜中呈現出高質量的圖像[10]，并呈現不同深度角膜結構的細微變化。

3 OCT技術在圓錐角膜中的應用

3.1OCT技術在圓錐角膜診斷中的應用角膜前表面曲率增加、后表面抬高、厚度及厚度分布異常是圓錐角膜的典型特征，其中厚度測量在圓錐角膜診斷中的重要性日漸提高[1]。FD-OCT因其更快的掃描采集速度和更高的軸向分辨率，使其在角膜厚度檢測方面更有優(yōu)勢。Li等[13]確定了5個OCT的角膜厚度參數(最小厚度值、最小與中間值角膜厚度差、下方和上方平均厚度的差值、顳下部和鼻上部平均厚度的差值、最薄點的垂直位置)，在圓錐角膜的診斷中具有高度的靈敏度和特異度。

OCT對于角膜亞層的成像分析有助于圓錐角膜的早期診斷。圓錐頂端的角膜上皮會在早期進行重塑變薄，以彌補基質層變薄變陡引起的角膜前表面不規(guī)則[14]；FD-OCT可以檢測到圓錐頂部上皮變薄呈現“甜甜圈樣”改變，整體上皮厚度減少，以及最小和最大上皮厚度間差值增大[14]。FD-OCT還可區(qū)分早期圓錐角膜和配戴隱形眼鏡所導致的角膜翹曲，兩者最大角膜屈光力的位置分別和最小上皮厚度和最大上皮厚度位置相對應[15]。此外，圓錐角膜患者的前彈力層存在橫向膠原纖維的選擇性喪失[16]，FD-OCT可顯示前彈力層“飛蛾樣(moth-like)”的形態(tài)改變[17]、厚度變薄及光散射增加[18]。

角膜厚度的變化可用于監(jiān)測圓錐角膜的進展[1]，SD-OCT所測得的角膜下方旁中央區(qū)的上皮厚度變化對于疾病進展的評價更為敏感[19]。Sandali等[20]運用FD-OCT制定了基于角膜結構的圓錐角膜五期分類法，并證實具有高度的可重復性。

3.2OCT技術在角膜水腫中的應用重度圓錐角膜會導致后彈力層破裂，使得房水流入角膜基質和上皮，誘發(fā)角膜水腫；通常角膜水腫會在3mo內自行消退，但嚴重者則需要角膜縫合或前房內氣體注射進行干預；水腫消退后會殘留角膜瘢痕并形成新生血管，嚴重者會導致細菌性角膜炎、假性囊腫形成以及角膜穿孔[21]。OCT可用于評估急性角膜水腫的形態(tài)，典型的圖形為后彈力層破裂脫離，基質層水腫增厚，房水滲入其中形成的大裂隙，并與前房溝通形成上皮下積液[22]；裂隙周圍的基質層菲薄，易發(fā)生角膜穿孔[22]。后彈力層的破裂程度和脫離深度決定了角膜水腫的消退時間[23]；OCT也可顯示角膜瘢痕，提示愈合情況[21]。Fuentes等[24]發(fā)現OCT所識別的以下解剖特征與圓錐角膜發(fā)生角膜水腫的風險有關，包括上皮的增厚、基質層變薄、瘢痕的缺失以及前彈力層前部的高反射。AS-OCT也可引導角膜水腫的手術治療：OCT可用于監(jiān)測前房內氣體注射后的眼內氣泡和后彈力層的修復情況；Siebelmann等[25]報道了在后彈力層小型缺損的急性角膜水腫中利用顯微鏡聯合OCT術中引導基質微穿刺聯合加壓縫合和氣體注射；Alio等[26]報道了在唐氏綜合征患者中應用OCT引導前房內注射富血小板血漿成功治療重度圓錐角膜所致角膜水腫。

3.3OCT技術在圓錐角膜治療中的應用

3.3.1隱形眼鏡的驗配對于中重度的圓錐角膜患者而言，由于前表面極不規(guī)則，傳統(tǒng)的框架鏡和軟性隱形眼鏡無法滿足視力矯正的需求，配戴硬性隱形眼鏡則是提高視力最適用的方法，其中最常用的是硬性透氣性角膜接觸鏡(rigid gas permeable contact lens,RGPCL)和鞏膜鏡(scleral lens,SL)。

RGPCL的驗配通常使用“三點接觸法”，即鏡片中央部和錐體頂點之間有輕微的接觸，旁中央部貼在錐體的周邊，外周部輕度翹曲以保證鏡下適當的淚液交換并獲得最佳的鏡片貼合度[27]。臨床常用Orbscan Ⅱ等角膜地形圖進行RGPCL的驗配，但近年來發(fā)現OCT應用于RGPCL的驗配具有額外的優(yōu)勢，因為能確定上皮、基質和淚液鏡的厚度[27]。由于CXL術后RGPCL對角膜的壓力將壓縮基質層從而降低角膜曲率，因此OCT對于上皮和基質厚度的測量有利于CXL術后RGPCL的驗配和病情的管理[27]。此外，Elbendary等[28]使用SD-OCT評估淚液鏡的厚度發(fā)現，當中心厚度接近35μm，外周厚度接近100μm時，鏡片的貼合度理想。

鞏膜鏡是一種大直徑的硬性角膜接觸鏡，其外周覆蓋于鞏膜，不與角膜和角鞏膜緣相接觸，可在角膜前表面形成液態(tài)穹窿，常用于重度圓錐角膜的視力矯正[29]。OCT對于鞏膜曲率和矢狀高度、角鞏膜夾角、角鞏膜緣和鞏膜著陸區(qū)形態(tài)的測量可指導鞏膜鏡試戴片的選擇[29]。OCT也可直接測量淚液鏡的厚度及其隨配戴時間的變化，以及著陸區(qū)鞏膜的凹陷情況[29]，以評價鞏膜鏡的適配性。理想的淚液鏡中央厚度為100～300μm[30]，過薄會導致角膜上皮的損傷，過厚則易導致角膜的缺氧水腫。OCT可以在不脫去鞏膜鏡的情況下評價角膜水腫程度，避免角膜暴露于空氣后的迅速消腫[31]。由于鞏膜鏡的厚度會影響角膜和空氣的氧氣交換，Vincent等[32]應用OCT精確測量鞏膜鏡厚度的分布，以真實評估鞏膜鏡的整體透氣性。OCT還可以顯示鞏膜鏡片下代謝物聚積引起的起霧(midday fogging)，指導患者1d中摘除、沖洗并重新配戴鞏膜鏡的頻率，從而降低起霧對視力和對比敏感度的影響[33]。眼瞼的壓力及鞏膜的高度不對稱通常會使預制的鞏膜鏡中心向顳下偏移，從而引起高階像差，而OCT可量化這一偏移并指導糾正[29]。

3.3.2CXL CXL通過將角膜浸泡于維生素B2(核黃素)，然后暴露于370nm的紫外線下照射，使角膜組織發(fā)生交聯反應，從而提高其生物力學強度，以減緩或阻止圓錐角膜進展[34]。目前已衍生出多種CXL的手術方案。

在CXL術后，OCT中最明顯的特征是基質層內出現分界線，檢測的準確性優(yōu)于基于Scheimpflug的角膜地形圖[34]?；|分界線通常于術后1mo清晰可見，3mo后消失，有時會被深層基質中微弱的不規(guī)則高反射線所取代[34]。目前普遍認為它代表交聯和未交聯的角膜基質交界，其深度與治療效果密切相關，因此可比較不同交聯方案的效果差異[35]。OCT所能顯示到的其他基質層變化包括治療的基質的反射率增加以及出現較弱的次級基質分界線，前者與共聚焦顯微鏡觀察到的細胞外基質反射率增加和角質細胞增生有關[36]，后者與治療深度的差異以及照射時角膜厚度的波動有關[37]。CXL術后OCT也能顯示角膜上皮的重塑，主要表現為整體的厚度分布更規(guī)則，不僅提示手術療效，也可解釋術后角膜曲率和厚度發(fā)生的變化[38]。

3.3.3角膜基質環(huán)植入術角膜基質環(huán)(intrastromal corneal ring segments,ICRS)植入術通過向角膜基質中植入基質環(huán)，使角膜中央扁平化，弧長縮短，角膜曲率半徑增大，降低屈光力，從而改善輕中度圓錐角膜所致的近視與散光[39]。目前我國尚未批準ICRS的臨床應用。ICRS放置過淺易引起的前部基質壓迫、前彈力層穿孔和營養(yǎng)物質向角膜上皮擴散受限；放置過深則易導致的后彈力層穿孔和急性角膜水腫[39]。OCT通過在術前評估角膜基質的厚度[21]，以及在術中評估開通隧道的深度，以指導ICRS的植入位置，確保手術的安全性和可預測性[40-41]。ICRS的術后移位會導致屈光的改變，是較為常見的并發(fā)癥；OCT用于監(jiān)測ICRS的移位，預測并發(fā)癥的發(fā)生[21]。

3.3.4角膜移植對于產生角膜瘢痕以及有角膜水腫風險的晚期圓錐角膜患者而言，角膜移植是恢復視力的唯一方法，常用的術式為前部深板層角膜移植術(deep anterior lamellar keratoplasty,DALK)以及穿透性角膜移植術(penetrating keratoplasty,PKP)[42]。前者保留受體的后彈力層和內皮層，將基質層替換為供體來源，因而能降低內皮排斥的風險，但是需要將受體基質層完全去除，暴露光滑的后彈力層，否則會影響視覺效果；而后者則以供體角膜替代病變角膜全層，適用于全層角膜瘢痕者，但是排斥反應概率較高，晚期可能發(fā)生供體內皮細胞的進行性丟失[42]。

在術前，OCT對混濁角膜的精確成像可指導術式的選擇：若發(fā)現角膜全層瘢痕，則應該選擇PKP；若發(fā)現角膜后部存在瘢痕，則不應使用大氣泡法輔助DALK，因為會影響大氣泡的形成[43]。此外，OCT還可用于評估供體角膜的厚度、內皮細胞密度、表面規(guī)則性、角膜混濁與否及其位置，以判斷是否適合作為移植供體[44]。在術中，OCT可指導手工分離或大氣泡輔助的DALK鉆環(huán)到達盡可能深的位置，使受體的基質層完全剝離，以取得更好的視覺效果[45-46]。在術后，OCT可評估角膜的厚度、混濁情況和光密度分布[47]，以評價角膜移植的效果；OCT也可顯示移植物-宿主界面貼壁不良的情況，并且識別晚期自發(fā)性后彈力層脫離導致的雙前房[21]。

4 討論與展望

雖然OCT提供的前節(jié)參數在圓錐角膜的診療中具有重要意義，但是目前OCT還存在以下局限性：OCT所獲得的參數有限，難以單獨憑此診斷圓錐角膜；OCT和角膜地形圖結果的一致性仍需進一步探究，不少研究表明兩者在圓錐角膜中不可交換使用[48-49]；淚膜厚度的變化、揉眼或配戴硬性角膜接觸鏡等因素，都易使得OCT測得的上皮厚度數值發(fā)生波動[14]；當圓錐角膜患者發(fā)生前彈力層破裂時，上皮層和前彈力層之間的邊界將模糊不清，無法進行亞層成像[14]。

而隨著技術的革新，OCT的衍生技術進一步拓寬了其在圓錐角膜中的應用場景。光學相干彈性成像技術(optical coherence elastography,OCE)主要由激發(fā)裝置和OCT探測系統(tǒng)組成，通過檢測外力作用造成的角膜組織細微位移并進行生物組織力學性能的重構，以獲得角膜生物力學信息[50]。相較于傳統(tǒng)的OCT技術，OCE可實現亞納米級的動態(tài)測量；同時可采用多種激發(fā)方式，如氣體脈沖激發(fā)、聲輻射力、生物體自身產生的激發(fā)(如心跳)等，拓寬了應用場景；多種生物力學重構方法的拓展，實現了對于角膜各方向上彈性梯度的測量和量化[50]。De Stefano等[50]首次報道利用OCE測量圓錐角膜患者基質特性隨深度的變化，證實了在疾病早期即可出現前部基質的硬度弱于后部，而正常角膜的前后部基質層的剛度相同。這不僅為圓錐角膜診斷提供了新的生物標志，也提示圓錐角膜后表面抬高和局部變薄可能是由于眼內壓對后部角膜向外的作用力導致后部基質層的異常壓縮，并繼發(fā)后表面的抬高。在離體的水腫角膜中，OCE證明了角膜的機械性能改變，尤其是橫向的抗阻能力下降[51]。心跳激發(fā)的光學相干彈性成像(HB-OCE)和氣體脈沖激發(fā)加載的OCE都已經被報道用于活體角膜CXL術后的生物力學檢測，可以識別交聯和未處理角膜之間的硬度差異[52-53]。

光學相干斷層掃描血管造影(optical coherence tomography angiography,OCTA)通過相位或反射率的變化來檢測血液流動，提供血管的透視成像以及位置信息[54]，已廣泛使用于眼底檢測；近年來隨著其掃描速度的提高、特定跟蹤系統(tǒng)和前段透鏡適配器的使用以及成像算法的改進，其應用拓展至了眼前節(jié)疾病。OCTA可以顯示鞏膜鏡配戴后著陸區(qū)結膜血管的密度和受壓程度，提示隱性缺氧和適配情況[55-56]。OCTA也可精準定位角膜移植術后角膜新生血管的位置和深度，評估角膜移植免疫排異的情況[54]。

偏振敏感光學相干斷層掃描(polarization-sensitive optical coherence tomography,PS-OCT)不僅分析后向散射或反射光的強度，還檢測其偏振狀態(tài)，提高了雙折射組織中的圖像對比度，同時定量測量樣品的偏振特性[57]。角膜基質由200～250層的平行膠原纖維組成，因此具有光學雙折射的特性；PS-OCT可以敏感地檢測出圓錐角膜早期基質膠原纖維破壞而發(fā)生的相位延遲[57]。PS-OCT也可在體外識別出CXL術后基質的超散射和隨深度變化緩慢的相位延遲[58]。

5 小結

綜上所述，OCT的角膜亞層成像能力以及優(yōu)越的可重復性、分辨率和采集速度，使其成為圓錐角膜診療中不可或缺的技術；同時，隨著分辨率的提高和更先進的成像技術的誕生，不僅拓寬了OCT在圓錐角膜中的臨床應用前景，還同時提供角膜形態(tài)學和生物學的參數，有望闡明圓錐角膜的發(fā)病機制。進一步規(guī)范OCT在圓錐角膜診療體系中的應用，建立OCT與金標準角膜地形圖的校正轉化系統(tǒng)，并完善基于OCT參數的診療和隨訪體系，有望為圓錐角膜的早期診斷和及時干預帶來革新性的改變。