将检测结果根据Gullstand模型眼的角膜参数计算出角膜总散光或角膜前表面散光的值，主要分为三大类：手动角膜曲率计、自动角膜曲率计、Placido盘相关角膜地形图。其中临床上常用的仪器包括IOLMaster/IOLMaster 500、Lenstar、AL-Scan、Aladdin、OA-2000等（表1-2-1）。

通过运用裂隙光扫描、单（双）Scheimpflug摄像、相干光断层成像（optical coherence tomography，OCT）以及点对点光线追迹（ray-tracing）等不同技术可检测角膜前、后表面的各项参数。仪器能给出拍摄区域内不同直径范围的角膜前/后表面散光和/或角膜总散光的检测结果。这类仪器主要包括：Orbscan Ⅱ/Ⅱz、Pentacam、Scansys、Sirius、TMS-5、Galilei、MS-39、Casia、IOLMaster 700、Cassini和Anterion等（表1-2-2）。

手动角膜曲率计（图1-2-6）利用角膜的反射性质来测量中央角膜的屈光力，测量结果可用角膜曲率半径表示，也可用屈光力来表示。由于其只能测量前表面的曲率半径，无法获得后表面的数据，因此角膜散光的计算依赖于角膜前表面曲率半径。根据面屈光力计算公式：

模拟角膜屈光力（SimK）计算公式：

其中 r为角膜前表面曲率半径（mm），角膜基质的折射率为1.337 5。

手动角膜曲率计的基本原理是使用一个低倍率望远镜装置，测定位于角膜正后方的首个角膜表面反射像，然后通过计算观察到的目标反射像的大小与其实际大小的比值，可以得到角膜前表面曲率。手动角膜曲率计只能反映角膜中央3mm范围内的角膜曲率，如需测量周边部的角膜参数，则需借助其他工具。与其他先进的仪器比较，手动角膜曲率计有许多不足。手动角膜曲率计只能测量垂直和水平子午线上的角膜屈光力，因此在测量病变角膜或不规则角膜时，会出现角膜屈光力和轴向上的误差。并且手动角膜曲率计只测量了角膜上垂直和水平子午线的4个点，若是角膜形态不规则，会产生较大的误差。现在手动角膜曲率计在临床上应用较少，主要用于教学工作。

临床上经典的自动角膜曲率计包括IOLMaster/IOLMaster 500和Lenstar。IOLMaster/IOLMaster 500的原理为检测角膜前表面直径约2.5mm且呈六角形对称分布光点的反射，计算出环形的曲率半径，从而得出角膜散光结果，检测结果为角膜前表面中央2.5mm直径环上的数值，是目前临床上较常用的测量角膜散光的仪器（图1-2-7和图1-2-8）。

Lenstar的原理为利用投射在角膜前表面2个同心圆（直径1.65mm和2.3mm）的32个光点的反射，测量分析相对应的光点，获得两个同心圆环上的曲率半径的数据，给出角膜曲率（图1-2-9及图1-2-10）。 Ventura ^[39]等比较了Lenstar LS900、Cassini和Humphrey Atlas 9000（基于Placido盘的角膜地形图仪）检测正常眼角膜散光的重复性和可比性。32只眼的角膜散光检测结果经矢量分析后显示，Lenstar LS900可提供重复性高的角膜屈光力和角膜散光测量结果（ICC>0.9）。Lenstar LS900和Cassini获得相近的角膜屈光力、散光大小、 J ₀和 J ₄₅的结果（ P>0.05）。

Placido盘成像技术是一种评价角膜前表面形态的技术（图1-2-11），通过Placido盘获取角膜前表面的同心圆环的形态，实时图像摄影系统记录环形图像的形态，计算机对获取的影像进行分析而获得所需的角膜前表面数据。

Placido盘系统的基本结构：

由9～34个均匀分布的同心圆环构成，通过投射系统投射到角膜前表面，几乎覆盖整个角膜，其中心圆环直径可小至0.4mm。检查者通过观察投射到角膜前表面的圆环形态来判定不同的角膜屈光力问题。例如，环间距越小说明曲率越陡；环间距越大则曲率越平坦；当投射形态为椭圆形时说明存在角膜散光 ^[40]。

通过位于Placido盘中央的摄像机对角膜前表面的环形图像进行实时观察、检测、调整，以获得最佳的角膜图像，用于进一步分析。

计算机通过分析不同圆环之间的间距来确定每个点的屈光力，并将结果按照不同的颜色梯度显示在屏幕上，形成伪彩角膜前表面地形图。由于Placido盘中间为摄像机镜头导致中央区域的数据缺失，得到的为虚拟的屈光力结果。研究报道Placido盘技术测量的角膜曲率的重测度（test-retest，重复测量时95%的测量误差范围）小于0.25D，有着优秀的重复性。

但是Placido盘仍存在一定的局限性：在Placido盘中央设有摄像机，这会导致Placido盘的投射出现盲区，使得角膜中心数据缺失；其结果受泪膜影响很大，不完整的泪膜会显著影响地形图的形态；仅能测量角膜前表面的数据，不能反映角膜后表面和总角膜散光；对于圆锥角膜等疾病的早期诊断有一定的局限性。

Scheimpflug摄像技术将物平面、镜头平面和像平面倾斜，使其相交于一条直线，增加了景深，使整体成像清晰，尤其对于近距离斜面的拍摄更为适用。而角膜本身就是一个倾斜的非球面体，采用Scheimpflug摄像技术能对整个眼前节进行更加有效的拍摄。Scheimpflug摄像技术相比传统的共轴透镜系统所获得的图像具有更高的空间准确性 ^[41]。目前，基于Scheimpflug摄像技术的角膜地形图有Scansys、Pentacam Classic、Pentacam HR（图1-2-12及图1-2-13）、Pentacam AXL、Pentacam AXL Wave等。

Pentacam是临床广泛应用的基于单旋转Scheimpflug摄像技术的角膜地形图，可以在2s内获得25～100幅Scheimpflug断层扫描图像，一次测量可获得角膜上138 000个数据点。此外，不同于Placido盘依赖反射图像的分析，Pentacam是一种基于角膜高度测量的角膜地形图，通过对角膜结构的三维重建能同时获得角膜前表面、后表面和总散光的数据 ^[42]。

在Pentacam中，除了模拟角膜屈光力，还应熟悉以下三个概念 ^[42，43]：

净角膜屈光力是由Pentacam基于高斯光学公式将角膜前后屈光力计算后相加得到的角膜屈光力，基于薄透镜理论，没有考虑角膜厚度对屈光力造成的影响。

等效角膜屈光力是由Holladay首次提出，用来评估角膜屈光手术后患者总角膜屈光力的指标之一。它是根据Pentacam测量的角膜前后表面曲率半径结果计算所得。公式为EKR（D）=0.376/ r _anterior-0.031 65/ r _posterior。Holladay推荐使用直径4.5mm范围的EKR来分析屈光手术后的总角膜屈光力。

总角膜屈光力是使用光线追迹原理，根据Snell定律进行计算，它综合考虑了角膜前后表面屈光力、屈光指数、角膜表面形态和角膜的厚度。有学者认为该指标比TNP和SimK更精准，特别对于屈光手术术后角膜的评估（图1-2-14）。

已有大量研究证明Scheimpflug摄像技术在角膜前后表面散光、角膜总散光的测量上能够提供精确的结果。王勤美教授团队证实 ^[44]，Pentacam在角膜曲率测量上的重测度达到0.18D，显示出非常优越的重复性。但是Scheimpflug摄像技术也有着自己的缺陷，Scheimpflug拍摄的原始图像存在着变形，需要通过计算机软件进行矫正处理。图像数据点的密度会随着距角膜中央距离的增加而逐渐降低，周边曲率的数据存在插入值，即计算机根据已有的数据推测的屈光力数据。这些局限性使Scheimpflug摄像技术得到的周边角膜曲率的精准性有所降低，但是采用先进的矫正算法可以提高其精准性。

近年来，国内自主研发了新型角膜地形图仪Scansys，Scansys是基于Scheimpflug摄像技术的三维眼前节分析系统（图1-2-15）。它配备了一台中心相机和侧面相机，侧面相机捕捉瞳孔定位，中心相机采集眼前节数据。Scansys一次能拍摄28/60张角膜前后表面断层照片，最多采集角膜上230 400个数据点，最后将采集的数据进行三维重建获得角膜地形图（图1-2-16）。中山大学中山眼科中心对Scansys和Pentacam测量正常人、白内障等人群的角膜及眼前节参数的一致性进行评估，发现两者在不同人群中的一致性结果都较高，表明Scansys适用于临床门诊及手术规划。

最新的角膜地形图将Scheimpflug摄像技术和Placido盘角膜地形图相结合，实现了同轴同步拍摄，保证了两种技术获得的数据的同源性和统一性。Placido盘提供了角膜前表面的曲率信息，Scheimpflug摄像技术保证了角膜前后表面高度、厚度数据的准确性，实现了眼前节三维结构的重建。角膜高度和角膜曲率的分别测量以及数据的结合分析提高了测量结果的精确性。目前临床可见的Scheimpflug摄像技术和Placido盘技术结合的仪器主要有Sirius、Galilei和TMS-5。

Sirius的原理为单旋转Scheimpflug照相机联合Placido盘地形图。该系统采用支持向量机的辅助诊断软件，Scheimpflug照相机行角膜高度检测，测量的数据点为55 000点，Placido盘地形图行角膜前表面曲率检测，测量的数据点高达135 000点（图1-2-17及图1-2-18）。

Savini等 ^[45]比较了Sirius和Pentacam HR在测量白内障患者角膜总散光（TCA）的一致性。术前用上述两种仪器测量TCA，并且采用基于Placido盘的角膜地形图仪（Keratron）行回顾性评估。对顺规、逆规和斜轴散光的分析分别采用和不采用矢量分析进行评估。非矢量分析结果显示，在所有组别中，Sirius得到的平均TCA值均高于Pentacam HR，然而仅在逆规散光组（ P=0.000 9）的差别有统计学意义。病例中有20.8%眼的TCA大小差异大于0.5D，并且其中45.4%的TCA轴向的差异大于10°。当仅对大于0.75D的散光进行分析时，TCA轴向差异大于10°的比例下降至18.5%。在各组别中，TCA的子午线和翻转后的屈光力平均差异接近零，但标准差较大（接近0.5D）。在测量TCA的大小和轴向方面，两种仪器仅有中等程度的一致性。

Galilei的原理为双旋转Scheimpflug照相机联合Placido盘角膜地形图，在180°的位置上设有两个对称的相机，通过对称位置的Scheimpflug图像的叠加以消除周边图像畸变的影响，提高了测量结果的精确度（图1-2-19）。该系统使用Placido盘行角膜前表面曲率检测、Scheimpflug照相机行角膜高度检测，测量的数据点数高达122 000点。

Lee ^[46]等研究评估了Galilei G4测量角膜散光的重复性。在正常人眼中，SimK、总角膜屈光力和角膜后表面屈光力的重测度分别为0.22D、0.27D和0.08D；在屈光手术后眼中，SimK、总角膜屈光力和角膜后表面屈光力的重测度分别为0.25D、0.25D和0.05D，显示出较好的可重复性。Aramberri ^[47]等比较了Galilei G2和Pentacam HR测量角膜散光的精确性，结果表明，两种技术在测量角膜前、后表面散光和角膜总散光都有很好的重复性和再现性。

彩色LED反射技术是一种基于光线追迹原理的技术。光线追迹是指将Snell定律应用于每一个折射面，通过追踪每一条与光学介质表面发生交互作用的光线从而得到光线传播路径的方法。基于彩色LED反射技术的Cassini设置了共679个红、绿、黄三色LED灯加额外7个红外LED光源，通过类似于“GPS”的算法，用相邻4点的定位关系来确定每一个点的位置，并利用光线追迹技术通过测量不同3个点的三角距离来记录每个点的相对位置来获得角膜前表面的数据（图1-2-20）。Cassini实现了对图像进行点对点光线追迹分析，测量了角膜上129 000个点。因为其没有采用边缘探测的方法，所以即使LED反光点模糊也不会影响测量的结果。

Ventura ^[39]等证实了该技术测量角膜前后表面散光优异的重复性。然而，Cassini与Scheimpflug摄像技术的一致性并不完美。Lee ^[46]等比较了Cassini与Galilei G4测量正常人眼与屈光手术后眼的一致性，发现两者在两组的角膜前表面各项参数有优异的一致性（ICC>0.90），不过在角膜后表面的各项参数一致性较差（ICC<0.68）。 Cui ^[48]和Pinero ^[49]也在与Pentacam HR的对比研究中得出相似的结论。后表面一致性差，可能的解释是测量原理的不同：Scheimpflug原理分析图像后计算平均角膜屈光力；Cassini分析7个红外LED在角膜后表面的反射；还有测量范围和测量时间也存在差异等。

相干光断层成像（optical coherence tomography，OCT）技术是一种非接触、高分辨率成像技术。OCT以超发光二极管（superluminescent diode，SLD）为光源，一束光线通过屈光介质进入眼内，另一束光线进入参照系统，然后将从眼内组织和参照系统反射回来的光线信号进行处理，从而得到眼内组织的信息。目前OCT技术分为两大类：时域OCT（time domain-OCT，TD-OCT）和傅里叶域OCT（Fourier domain-OCT，FD-OCT），而FD-OCT又分为频域OCT（spectral domain OCT，SDOCT）和扫频OCT（swept source OCT，SS-OCT）。TD-OCT通过参考臂的移动实现从眼内组织反射的光线与参考系统的光线叠加、干涉，最后成像；FD-OCT与TD-OCT的不同在于通过傅里叶转化对参考光和反射光信号进行处理获得图像信息，其参考臂不用移动。

Casia SS-1000系统的原理为SS-OCT（图1-2-21）。它使用1 310nm的扫频激光，每次测量可拍摄16幅分辨率小于10μm的放射状扫描图像，每秒扫描30 000张A-Scan图像，重新整合以分析角膜前后形态。该仪器在对焦后会自动检测，检测时间仅为0.3秒。Lee ^[50]评估了Casia SS-1000与Galilei G2测量正常眼和屈光手术后眼的一致性，发现在测量角膜前后表面散光均有很高的一致性（ICC>0.9）。Schroder ^[51]还报道固视不良对Casia SS-1000测量的影响比TMS-5和Pentacam小得多。新型的Casia 2每秒钟能扫描50 000张A-Scan图像，其扫描速度比Casia 1000提升67%。另外，新型商用的SS-OCT仪器如IOLMaster 700也被证明有极高的重复性和与临床常用的光学生物测量仪良好的一致性。

MS-39是SD-OCT结合Placido盘角膜地形图的眼前节OCT（图1-2-22及图1-2-23）。扫描光源的波长为840nm，轴向分辨率为3.5μm，横向分辨率为35μm，最大深度为7.5mm，扫描宽度为16.0mm，角膜前表面的检测数据点为31 000点，角膜后表面的检测数据点为26 000点，检测时间约为1秒。Savini ^[52]评估了MS-39测量正常眼和屈光手术后眼的重复性及其与Sirius的一致性。在两组中，SimK、角膜后表面散光、全角膜屈光力和全角膜散光的CoV均小于1.0%，ICC均大于0.90，表明具有极好的重复性。MS-39与Sirius测量角膜后表面散光和全角膜散光的95%一致性区间分别为-0.16～+0.12D和0.00～+0.11D，显示出优异的一致性。

角膜散光的测量仪器原理各不相同，哪种仪器测量的精确性、重复性和再现性更好一直是学术界研究的方向。Fityo ^[53]等比较了5种不同的光学生物测量仪测量中低度数角膜散光（<3.0D）的重复性，发现所有仪器的平均测量差异都在0.00D附近，其中Pentacam HR的重复性最好；Rozema ^[54]等的Meta分析发现基于Scheimpflug摄像原理的仪器和Placido盘的仪器能提供高精确性的结果，且它们之间的一致性较好。因此临床上推荐基于Placido盘的仪器或者基于Scheimpflug摄像技术的Pentacam、Sirius和Scansys作为常规测量仪器，这些技术能够提供精确且一致性良好的角膜散光测量结果。此外，Scheimpflug摄像技术提供角膜后表面的信息，更适用于屈光手术的术前筛查、白内障人工晶状体的测算及圆锥角膜的诊断。