第3章第2节角膜曲率计 - 眼视光器械学

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第3章第2节角膜曲率计

2009-12-02 18:29:56 来源:网络作者:皇家乐园【大中小】浏览:16516次评论:0条

角膜具有中央接近球形、朝周边逐渐平坦的光学结构特征。根据Gullstrand模型眼，角膜中央区域的前表面中心曲率半径为7.8㎜，后表面中央曲率半径为6.8㎜，折射率为1.367，等效角膜屈光力为43.05D，折合眼睛总屈光力的2/3。
角膜是非球面性的表面，非球面是指中心到周边的曲率存在差异变化，角膜是按照椭圆形形成的非球面体。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在曲率半径均比角膜顶点的曲率半径大。
测量角膜非球面性特征的参数在文献中有不同的描述，但是最常见的是以下几种：偏心度（e）、外形因子（p）和非球面性参数（q），每个参数之间可以相互推算。偏心度为曲率和球形表面曲率的差异程度，也表达了周边平坦/陡峭的程度；外形因子的测量目的是得出角膜外形的量化表示值，用数学定义角膜表面非球面性的程度。它们之间的关系如下：
在文献中-e2有时表达为q，作为非球面性参数。角膜非球面性参数说明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。为了对角膜的形态有更生动地理解，人们试图把角膜分成几个区域进行分析，图3-1就是Sampson（1965）的分区方式：①中心区域或角膜顶部（角膜帽）；②旁周边区域；③周边区域。

对于角膜中央区域的概念的建立是基于：①靠近角膜中心的角膜曲率变化较小，该中心区域可以假定为球性表面并且在每条径线上的曲率相同；②该中心区域的各径线上曲率的变异是很有限的，并且是不显著的；③角膜曲率计不是准确测量几何中心的曲率，而是测量中心两边1.2～1.8㎜距离的角膜曲率作为近似值。
角膜形态的测量可以：①估计屈光不正；②评估角膜的病理变化；③预测或评价角膜接触镜的验配；④评估角膜接触镜的配戴效果；⑤评估屈光手术的效果；⑥为特殊角膜接触镜设计提供参数。
角膜形态测量的设施基本采用两大类方法，即光学方法和接触法。光学法有：①光学反射法；②光学轮廓法；③干扰量度法/相干波纹法。接触法有：①浇铸/模压；②超声波；③试戴角膜接触镜法。由于接触法在测量过程中会改变角膜形态，很耗时间，同时数据理解和处理比较困难，所以目前常规使用的角膜地形测量设施基本采用了光学反射方法设计的。目前用于临床的主要有：
1、角膜盘/照相角膜镜。
2、角膜曲率计。
3、计算机辅助角膜地形仪。

一、角膜曲率计的原理
角膜曲率计是利用角膜反射性质来测量其曲率半径的。在角膜前一特定位置放置一特定大小的物体，该物经角膜反射后成像，测量出此像的大小，便可算出角膜的曲率半径。其原理如图3-3所示。

可以看出，像的放大率为h’/h，h’为像的大小；h为物的大小，由相似三角形得：

此主题相关图片如下：

这里m为像的放大率。
如果角膜曲率计的测试光标离被测眼前面15㎝，其所成像的放大率约为0.03，这个放大率（确切地说是缩小率）使物像如此小，以至于要使用一复合显微镜来精确测量其像的大小（图3-4）。

因为测试光标大小已知，离显微镜的距离不变，当光标离物像距离为d时，只要对焦准确，通过显微镜就可看清光标像。如果d很大，那么光标像的位置非常靠近角膜（作为反射镜面）的焦点，即d约等于x，这时公式3-1可写成：
r = 2md 3-2
公式3-1为角膜曲率计近似计算公式；公式3-2为角膜曲率计精确计算公式。因为仪器中d为常数，所以角膜曲率半径与放大率成正比。
从理论上讲，在显微镜内放置一测量分划板就可以量出测试光标像的大小。然而由于被测者的眼睛一直在动，因此眼动光标像也动，要想精确测量极其困难。
使用双像系统成功地解决了上述问题。双像系统原理如图3-5所示。

从图中可见，由双像棱镜产生的双像距离取决于棱镜与物镜的相对位置：两者距离减少，双像距离增加；两者距离增加，双像距离减少。通过变化双像棱镜的位置，使双像距离等于像的大小，这时记录棱镜的位置，便可算出像的大小。这时无论眼怎么动，已对准的像不会改变。光标的外观如图3-6A所示，符合上述原理的角膜曲率计称为可变双像法角膜曲率计。另外也可以通过改变测试光标的大小而获得对准的光标像，这时双像距离恒定，这种称固定双像法角膜曲率计。

所以根据获得对准像的不同方法，我们把角膜曲率计分成两组。
1、测试光标固定而改变双像距离的角膜曲率计。
2、双像距离固定而改变光标大小的角膜曲率计。

二、散光
一般的角膜不是球面，而是呈环曲面。为了能完整地精确测定，因此必须测量角膜的两条主子午线。测试光标经呈环曲面的角膜成像后，不同子午线上放大率不一样，在角膜的两条子午线上产生最大和最小放大率。图3-6A所示的光标，经呈环曲面的角膜反射后，在45°和135°子午线上成像（图3-7A）。改变分像距离或或光标的大小使两个椭圆像并列（图3-7B），旋转角膜计，使双像轴与角膜主子午线中的一条重合，就可以获得正确的光标像对准位置（图3-7C、D）经两次测量后，得出角膜的精确曲率半径。
沿135°轴，曲率半径为7.4㎜。
沿45°轴，曲率半径为7.8㎜。

三、一位和二位角膜曲率计
因为环曲面的轴通常都相互垂直，所以某些仪器制造者设计的角膜曲率计配有两个独立的双像系统来测量相互垂直的两条子午线。虽然这种仪器也得绕前轴和后轴旋转，找出呈环曲面样角膜的一条主子午线，但是一旦这个位置找到，就不必再旋转仪器沿第二主子午线做半径测量，这种仪器称作一位角膜曲率计，而那种需要旋转90°测量第二主子午线的仪器称为二位角膜曲率计。
虽然环曲面透镜的两条主子午线总是相互垂直，但角膜不一定是这样的，因为角膜表面近似于环曲椭圆，而不是一个环曲表面，当对环曲椭圆做轴外测量时，主子午线就不一定互相垂直。
一位角膜曲率计的光标环绕光轴，而在多数二位角膜计的光标在双像系统轴的最边缘，这样容易获得调准位置。

四、角膜的测量区域
从上图中可以看出，光线经角膜反射后不是来自角膜的中央，而是主光轴两侧的小区域，这两个区域的大小取决于角膜曲率计物镜光圈的大小。角膜曲率计的设计基础是假定这两个区域是球面，实际上人们早就知道，正常的角膜不是球面，而是向周边逐渐平坦。由于不同的角膜曲率计光标反射的角膜区域不同，所以用两个不同的角膜曲率计测同一角膜时会有两个不同的读数。
由于角膜曲率计仅仅表达角膜的小区域，验光师在患者随访时要注意，有时候角膜不规则位于被测区域之外，这时光看角膜曲率计读数也会是正常的。

五、角膜曲率计上的屈光刻度
所有新近产生的角膜曲率计除了测量角膜前曲率半径外，还可以估算角膜的总屈光度，即前后面的总合屈光度，要做到这一点，必须确定一个角膜折射率，大多设计都采用Listing和Hemhalte所采用的值，他俩设计的模型眼，把角膜简略成单曲面，其折射率等于1.3375（角膜的实际折射率为1.376）。后来Gullstand做了研究，表明采用1.333比用1.3375计算角膜屈光度更精确些。
屈光刻度的主要价值在于便于触镜验配师计算残余散光量（配带硬性球性接触镜），因为泪液的折射率与角膜曲率计计算角膜总屈光度的折射率很接近，用角膜曲率计测出的散光量相似于由戴接触镜后的“泪液镜”的中和量，所以通过比较角膜曲率计测出的散光量和验光测出的散光量，就能迅速估算出残留散光。
大部分角膜曲率计都采用折射率1.3375来计算总屈光度，但也有些角膜曲率计采用1.336或1.332，虽然各自计算出的总屈光度有些差异，但计算角膜散光时无显著意义。

（一）Jaual Schiφtz角膜曲率计
Jaual Schiφtz角膜曲率计是一种双像系统固定而改变光标大小的二位角膜曲率计（图3-8）。光标装在小灯室的前面，灯室位于圆弧形导轨上，该导轨的曲率中心位于眼角膜的中心处，转动旋钮，光标沿导轨做相对移动。棱镜置于物镜后面。整个装置可绕光轴旋动来测量任意一条子午线。

Jaual Schiφtz型的光标，梯形光标上盖个绿色滤片，方块光标上盖个红滤片，当光标重叠时呈黄色，有助于辨认。通过显微镜双像系统所看到的光标像分以下几种情况：
1、光标像距离太大（图3-9A）。
2、光标像距离太小（图3-9B）。
3、光标像对准（图3-9C）。
4、经散光角膜反射后的光标像，其轴与角膜曲率计的轴不重合（图3-9D）。

（二）Bausch and Lomb角膜曲率计
Bausch-Lomb型设计原理（图3-10），是双像系统可变的一位角膜曲率计。两个独立的可调节的棱镜，放在一个特殊的光圈托上，使光标双像成在相互垂直的子午线。

当角膜计对准时，操作者可以看到三个光标像：第一个由通过孔C的光束形成，此像有垂直移位，其移位大小可通过移动C处棱镜来改变；第二个由通过孔D的光束形成，此像有水平移位，其移位大小可通过移动D处的棱镜来改变；第三个由通过孔A、B的光束形成，无论移动哪个棱镜，经A、B孔形成的中间像不受影响。A、B孔具有Schiener盘的作用，当经物镜产生的中间像不落在目镜的焦点上时，光标的中间像为双个不清晰像，凭这一点可用来检测调焦是否正确。
Topcon OM-4型角膜计的光标如图3-11所示，光标像分以下几种情况：
1、双像在垂直方向距离正确，水平方向距离太小（图3-11A）。
2、垂直方向和水平方向距离均正确（图3-11B）。
3、水平方向距离正确，垂直方向距离太大（图3-11C）。
4、经散光角膜所形成的光标像，角膜轴与角膜曲率计轴没对准（图3-11D）。

（三）Zeiss角膜曲率计
Zeiss角膜曲率计是一个双棱镜可变、两位的角膜曲率计，其光学设计能减少对焦而造成的误差，主要特点是：①将光标放置在正镜后，正镜将光标成像在无穷远（平行光标）；②将双棱镜系统设置在远焦点上（远心原理）。
Zeiss的双棱镜系统设计比较特殊，它由两个柱镜构成，两个柱镜垂直于光轴而相互对移（图3-12），由该双棱镜系统产生的量，即棱镜效应与他们移离光轴的量成正比。

Zeiss角膜曲率计的记录系统也比较特殊，它拥有两个记录标尺：一个记录角膜前表面的曲率半径和屈光力，另一个记录角膜前表面的散光量。

（四）Humphrey自动角膜曲率计
Humphrey自动角膜曲率计沿水平子午线三处测量角膜曲率半径，让患者盯视仪器做中心角膜测量，让患者分别注视鼻侧13.5°和颞侧13.5°测周边角膜，借助计算机输入系统，计算角膜顶点位置，给出一个相似系数，该相似系数能告诉检测者被测角膜与理论角膜如何匹配，所有的匹配参数都存在仪器里，如果被测角膜与理论角膜不匹配，则说明该角膜形状不规则。
Humphrey自动角膜曲率计不需操作者进行光标像对准，Humphrey仪的光标由三个红外发射二极管组成，呈三角形排列。在观察者处，有一个硬件探测仪，记录经角膜反射后的每一个二极管的位置。输入计算机用这些信息标记光标像的大小和角膜的曲率半径，探测仪的探测速度很快，眼球运动对此无影响，该仪器不含有双像系统。

七、扩大角膜曲率计的测量范围
有时候，角膜曲率计需要测量标准值范围外的曲率半径，如测量巩膜接触镜的曲率半径，通过在角膜曲率计物镜上附加负度数透镜可测量较大的曲率半径，通过在角膜曲率计物镜上附加正度数透镜可测量特别小的曲率半径，这样，可扩大整体的测量范围（换算见附2）。
在实际应用中，扩大测量范围最简便的方法是：①安装负度数附加透镜（屈光度大小为-1.00D），测量曲率很平坦的角膜球面半径，然后用千分尺测量直径。操作者可建立刻度转换系统；②安装正度数附加透镜（屈光度大小为+1.25D），可测量异常陡的角膜。
由于角膜曲率计可以用于屈光处方的散光分析，因此，临床上使用的一些自动验光仪系统中直接配置角膜曲率的自动测量系统，并与屈光度数同时显现。其基本光学原理同上，通过计算机系统，自动对焦调整和读数显现，增快了角膜曲率的测量速度。

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责任编辑：peijingshi

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