IOLMaster 700与Anterion测量角膜曲率和屈光力的系统性差异及跨设备使用的映射策略

《Diagnostics》：Systematic Differences in Corneal Curvature and Power Measurements Between the IOLMaster 700 and the Anterion and Mapping Strategies for Cross-Device Use

　　

背景/目的：角膜屈光力对眼内透镜（IOL）功率预测的变异性影响最大，且不同生物测量仪的角膜数据不能互换使用。研究人员量化了蔡司IOLMaster 700（IOLM）与海德堡工程Anterion之间的系统性差异，并推导出在IOL功率计算中互换使用两种设备的策略。方法：在这项回顾性单中心研究中，对837名白内障患者的837只眼术前使用两种生物测量仪进行测量。从平坦和陡峭子午线推导出角膜前表面和后表面半径的调和平均值，并以前顶点平面为参考的角膜屈光力表示为球柱屈光力向量（等效球镜，SEQ；散光分量C0和C45）。使用Bland–Altman图和双角图比较了三种映射策略：无截距的角膜半径线性回归（MR）、有截距的线性回归（MRI）以及屈光力向量分量的多元线性回归（MMV）。结果：两种设备之间的角膜前表面半径吻合良好（MR斜率为1.000），而IOLM报告的后表面半径系统性更平坦（MR斜率为0.943），导致总角膜屈光力系统性更高（43.105 D对比42.760 D）。MRI映射在很大程度上消除了角膜半径中的系统性偏移，但未能完全校正散光质心，而MMV映射将SEQ和散光质心均对齐到原点，并产生更小的置信椭圆。结论：两种设备的测量结果不能直接互换，主要原因是报告的后角膜曲率存在系统性差异。当跨设备使用相同的IOL计算概念和公式常数时，必须进行角膜数据转换，并且与基于半径的方法相比，多元屈光力向量映射提供了更优的协调性。

论文解读

### 研究背景与问题

在白内障手术前的眼内透镜（IOL）功率计算中，角膜屈光力（corneal power）是影响预测变异性的最关键参数之一。不同生物测量仪报告的角膜数据不能直接互换使用，这一差异主要源于角膜前表面和后表面曲率测量的系统性偏差。蔡司IOLMaster 700（IOLM）和海德堡工程Anterion是两种广泛使用的光学生物测量仪，前者基于扫频源光学相干断层扫描（SS-OCT）进行角膜曲率测量，后者则具备高分辨率前节断层成像能力。已有文献表明，两种设备在角膜前表面曲率测量上一致性较好，但后表面曲率存在显著差异，导致总角膜屈光力（total corneal power）的评估不一致。此外，两种设备内置的总屈光力计算参考平面不同——IOLM的总角膜屈光力（total keratometry, TK）参考角膜主平面，而Anterion的总角膜屈光力计算未完全公开。因此，直接使用同一套IOL公式常数进行跨设备计算会导致系统性误差，必须开发映射策略以协调数据。本研究旨在量化两种设备间的系统性差异，并推导三种映射方法（MR、MRI、MMV），以实现角膜数据的跨设备互换使用。

### 研究方法概述

本研究为回顾性单中心研究，样本来源于德国卡斯特罗普-劳克塞尔（Augen- und Laserklinik, Castrop-Rauxel）的837名白内障患者（837只眼）。主要技术方法包括：使用IOLMaster 700和Anterion进行术前测量，提取角膜前表面和后表面平坦及陡峭子午线的曲率半径及中央角膜厚度；计算半径调和平均值，并基于折射率（角膜n_C=1.376，房水n_A=1.336，角膜曲率计指数n_K=1.332）转换为球柱屈光力向量（等效球镜SEQ、散光分量C0和C45）；采用三种映射模型——无截距线性回归（MR）、有截距线性回归（MRI）和多元线性回归（MMV）——进行数据转换；通过Bland–Altman图和双角图评估一致性，并计算总角膜屈光力（参考前顶点平面）的差异。

### 研究结果

**3.1. 研究人群与描述性数据**
在981次测量中，排除数据不完整或质量检查非“OK”的样本后，共纳入837只眼（400左眼，437右眼），平均年龄72.33±10.13岁。描述性统计显示，两种设备测量的角膜前表面半径（ZRa与HRa）均值接近，但后表面半径（ZRp与HRp）存在明显差异：IOLM报告的ZRp均值较大（6.762 mm），而Anterion的HRp均值较小（6.387 mm），中央角膜厚度（CCT）也略有不同（IOLM: 0.543 mm; Anterion: 0.539 mm）。屈光力向量分量中，IOLM的前表面等效球镜（SEQ）为48.669 D，后表面SEQ为-6.131 D，Anterion对应值分别为48.698 D和-6.539 D，IOLM的总角膜屈光力（43.105 D）高于Anterion（42.760 D）。

**3.2. 映射模型**
表3列出了三种模型的参数。MR模型显示，前表面半径的映射斜率接近1.000（ZRa→HRa和HRa→ZRa均为1.000），表明前表面一致性良好；后表面半径的斜率存在系统性偏差：ZRp→HRp的斜率为0.943，HRp→ZRp的斜率为1.060，即IOLM报告的后表面半径系统性更平坦（约6%）。MRI模型引入截距后，拟合误差（RMS）降低且决定系数（R²）提高，例如HRp = 0.37 + 0.89·ZRp。MMV模型用于映射前表面和后表面屈光力向量分量（SEQ、C0、C45），其R²值略高于MRI模型（前表面：0.999 vs 0.992；后表面：0.985 vs 0.975），MMV模型包含3×3缩放矩阵和3元素截距向量。

**3.3. 角膜半径的一致性**
Bland–Altman图显示，原始数据中前表面半径的差异（Anterion减IOLM）均值接近零（-0.001 mm），而后表面半径的差异均值显著（-0.375 mm），表明IOLM系统性高估后表面半径。应用MRI模型映射后，系统性偏移被大幅消除，但后表面半径的置信区间宽度仍大于前表面，说明后表面测量的一致性相对较差。

**3.4. 总角膜屈光力与映射效果**
图2展示了两种设备原始总角膜屈光力（参考前顶点平面）的分布。IOLM的SEQ均值为43.105 D，Anterion为42.760 D，差异约0.345 D。双角图显示IOLM的散光质心略向左移（C0负值），提示更明显的逆规散光。应用MRI映射后（图3），SEQ差异均值接近零（-0.002 D），但散光质心仍偏离原点（C0偏移约0.08-0.09 D），表明MRI未完全校正散光质心。应用MMV映射后（图4），SEQ差异均值为-0.003 D，且散光质心完全对齐原点，置信椭圆面积更小（IOLM→Anterion: 0.02 D²；Anterion→IOLM: 0.02 D²），表明MMV能更优地协调两种设备的数据。

### 讨论与结论

讨论部分强调，角膜后表面测量的难度（受前表面折射影响）是导致设备间差异的主要原因。研究指出，IOLM的后表面半径系统性更平坦，导致总角膜屈光力偏高约0.35 D，该误差在转换公式常数时若不进行映射，将引入约0.2-0.3 D的IOL功率预测偏差。研究人员建议，当跨设备使用相同IOL计算概念和公式常数时，必须进行角膜数据转换；同时，建立针对Anterion的专用常数数据库是更彻底的解决方案，但映射策略提供了即时的互换性。研究局限性包括：仅采用三种简单线性模型，未探索更高级方法（如人工智能）；数据来自单中心，映射系数需外部验证；模型未采用分样本或交叉验证，但过拟合风险较低。结论部分翻译如下：
Zeiss IOLMaster 700与Heidelberg Engineering Anterion得出的角膜曲率和屈光力数据存在系统性差异。对于角膜前表面，两种生物测量仪的数据相当一致，而对于角膜后表面，存在系统性差异，因此在IOLM和Anterion的数据可以互换使用之前，必须进行角膜数据转换。角膜数据转换可以通过映射角膜前表面和后表面半径，或者通过映射屈光力向量分量来进行。特别是，当角膜数据用于使用相同计算概念和公式常数的透镜功率计算时，临床医生应通过映射角膜前表面和后表面半径或角膜前表面和后表面屈光力向量分量，应用从IOLM到Anterion或从Anterion到IOLM的角膜数据转换。