Corneal Imaging:An Introduction

Miles F.Greenwald,BS,Brittni A.Scruggs,MD,PhD,Jesse M.Vislisel,MD,Mark A.Greiner,MD

October19,2016

Introduction

角膜および前セグメントの構造および機能を評価するためのイメージング技術は、多種多様な眼疾患の診断および治療に 眼科医に利用可能な診断テストの巨大な多様性があり、これらのテストを解釈する方法を学ぶことは困難に見えることができます。 眼科でのトレーニングを開始する人のために、一般的な診断テストの利用は、角膜疾患の迅速かつより正確な診断と管理を提供します。 このチュートリアルの目的は、アイオワ大学で最も一般的に使用される角膜イメージング技術の基礎を説明することです,彼らがどのように動作し、各

角膜地形と断層撮影

基本原理

角膜地形は、地形図を使用して山を特徴付ける方法と同様に、角膜の形状を特徴付けるために使用されます。 もともと、角膜トポグラフィーは、角膜の前面を記述するためにのみ使用されていました。 装置は今三次元地図を作成する前方および後部のcorneal表面を特徴付けることができる。 デジタル写真とコンピュータ処理の進歩は、角膜トポグラフィー（1）の有用性を大幅に増加させている。

角膜前部表面の形状を評価する最初の進歩は、1800年代後半にプラシド円板の発達に伴って行われました（図1A）（1-2）。 この技術は前方のcorneal表面を離れて一組の同心円リングの反射を査定することによってcorneal表面を特徴付けます。 プラシドディスクからの画像が角膜に投影されると、光のいくつかは、ミラーのような涙膜-空気界面から反射される。 光の反射のパターンは、角膜の前面の形状を明らかにする（1）。 同様に、ハンドヘルド角膜鏡（図1B-C）は、スリットランプに同心円状のリングを表示し、地形の変化（例えば、縫合糸によって誘発される乱視）を迅速に評価 後部のcorneal表面はPlacidoディスク技術か手持ち型のkeratoscopeを使用して特徴付けることができない。 多くのトポグラフィーマシンリング（例えば、,Atlas,NIDEK OPD-Scan)はまだPlacidoディスクを利用するが、さらに一歩技術を取ります,一つは、単に反射を見て理解することができるよりも詳細な情報を提供するために、角膜表面のコンピュータ化された定量的評価を提供します.

のためにcorneal表面に7つのリングを反映する図1。 定性角膜トポグラフィー。 A.同心の白い円が付いているPlacidoディスク。 B-C. Van Loenen円筒形の手持ち型角膜鏡をスリットランプで患者の目の前に置くと、角膜表面に七つのリングを反射して定性的な地形変化を迅速に評価する

角膜地形評価のための第二の技術は、走査スリット技術（例えば、Orbscan）である。 この方法は、急速に投影されたスリット光線とカメラを使用して、反射ビームをキャプチャし、前方および後方の角膜表面のマップを作成します。 Scheimpflugイメージングとして知られている第三の技術は、回転カメラを使用して、異なる角度（例えば、Pentacam）でスリットビームによって照明された角膜断面を撮影する。 この方法は、角膜の非平面形状を補正し、したがって、角膜の3-Dマップ（2-3）を作成する際に、より高い精度と解像度を可能にする。

プラシド-ディスクの解釈

プラシド-ディスクの画像は、定性的および定量的に解釈することができる。 投影された同心円環は「mires」と呼ばれます。”角膜表面の形状は、これらのミールの検査によって推測することができる。 山の地形図と同様に、miresが近くに表示される領域は、角膜の湾曲が急であることに対応しています。 Miresがより広く間隔をあけられている区域はより平らである。 Miresはまた表面の質に関する情報を与えることができる。 明瞭で、よく形成されたmireは”ぱりっとした”と言われ、根本的なcorneal表面が規則的、滑らかであるために提案します。

理想的な球として、角膜はその表面全体にわたって等間隔に配置されている必要があります（図2A）。 マイナーな、些細な変化はあらゆる角膜にありますが、Placidoディスクイメージの質的な点検で探索可能ではないかもしれません。 例えば、歪んだまたは波状のミレは、表面の乾燥によって引き起こされるような表面の不規則性を示唆している（図2B）。 通常の非点収差は、卵形に見えるミレスをもたらす（図2C）。 不規則な非点収差が存在する場合、これはmiresの不規則に歪んだ反射として見られることがあります（図2D）。 またPlacidoディスク評価が鋭いkeratoplastyの後で縫合線の取り外しを導くのに使用することができる。 縫合糸を選択的に除去すると、術後の乱視を減らすことができます（図2C）。

図2。 （A）鮮明なミレスと最小限の乱視を有する正常な角膜、（B）表面乾燥を有する角膜、（C）全厚角膜移植内の規則的な対規則乱視を有する角膜、および（D）全厚角膜移植内の不規則な乱視を有する角膜へのプラシドディスクミレスの投影。 Placidoのイメージはガイドの選択的な縫合線の取り外しを助けることができます; 例えば、（Ｃ）の縫合糸は、手術後の乱視を減少させるために、臨床経過を可能にする、３時および９時に除去することができる。

Zeiss AtlasとNIDEK OPD-Scanの解釈

Zeiss AtlasとNIDEK OPD-Scanはプラシドディスクベースのトポグラファーです。 図3に示すように、Zeiss Atlasレポートには、Placidoディスクイメージと、接線方向の曲率、軸方向の曲率、標高に関する情報を提供するいくつかのマップが含まれています。 接線方向、または瞬間的なマップは、軸方向のマップに非常に似ています。 これは、角膜の湾曲を特徴付けるわずかにより正確な方法であるが、より”騒々しい”と不規則に見える。 軸方向マップは、角膜の湾曲を測定する際に敏感ではなく、したがって、主にスクリーニング目的（4-5）のために使用されます。

図3。 Zeiss Atlasレポート。 接線方向と軸方向の曲率マップは、両方の垂直子午線でよりプラスパワーとルール角膜乱視を示しています。 具体的には、最も急な子午線は083度であり、乱視の2.88ジオプターがあります。 Placidoディスクイメージは健康なcorneal表面を示す規則的な、同心のmiresを示す。

Zeiss Atlasレポートと同様に、NIDEK imagingレポートは軸曲率マップとプラシド円板画像を提供します。 NIDEKの器械はまた2つの第一次子午線のdioptric r.i.力を提供する模倣された測定であるkeratometryデータを提供する。 患者の屈折率の間違いはautorefraction(REF)および波面(WF)の両方測定を使用して近似され、この屈折の推定値はNIDEKのレポートの自動屈折の窓で利用できる。 他の様相によって利用できない2つの付加的な地図はNIDEKのテストから含まれています:光学道の相違(OPD)および内部OPDの地図。 OPDは、角膜、レンズおよび他の構造の収差を含む眼の全屈折誤差（視度）を特異的に検出し、内部OPDマップは、全OPDから角膜屈折力を差し引くことによ また視度で測定されて、この測定は内部異常（例えば、レンズの変則）からのcornealおよび表面のr.i.の間違いの効果を区別するのを助ける。

図4。 ニデック報告書 上のペイン：軸曲率マップは、水平子午線でよりプラスパワーで対ルール角膜乱視を示しています。 プラシド円板像は角膜の下鼻領域にいくつかの不規則性を有する同心円状のミールを示している。 最も急な子午線は002度であり、乱視の4.68ジオプターがあります。 下のペイン: Autorefraction(REF)および波面(WF)の測定は両方横の子午線(009から010度)の重要な乱視の訂正(+3.25)の穏やかな近視(-0.75から-1.25)を持っている患者を推定する。 総屈折誤差は、光路差（OPD）を用いて-0.75ジオプターであり、軸010での非点収差は+3.25であると推定される。

Pentacam Interpretation

Oculus PentacamはScheimpflug技術を利用して地形レポートを作成します。 レポートには多くの情報が含まれており、概要レポートと4つのマップレポートのサンプルを以下に示します（図5A-B）。 具体的には、概要レポートは、角膜、前房、虹彩、および水晶体を示す断面画像であるScheimpflug画像を提供する。 患者の角膜形状の３−Ｄ表現も提供される。 角膜の密度は角膜の軽い分散の客観的な測定であるdensitometryを使用して評価されます。 濃度測定値が~30未満の場合は正常と見なされます; したがって、角膜の透明度の低下（例えば、角膜浮腫）をもたらす状態は、濃度測定値を増加させる。 このレポートには、角化測定、pachymetry、およびその他の数値測定の便利な要約もあります。 Pachymetryカラーマップは、角膜の厚さを示しています。

図5A.Pentacamの概要レポート。 上部ペイン：Scheimpflug画像は、角膜、前房、虹彩、および水晶体を示す断面画像である。 デンシトメトリー測定は、角膜の透明度を推定します; 30を超える値は、角膜の透明度の低下を示している可能性があります。 下のペイン：患者の角膜形状の3-D表現が提供され、前方角膜表面は赤、後方角膜表面は緑、虹彩は青で示されています。 Pachymetryマップは角膜の厚さを示すカラーマップであり、涼しい色は厚く、暖かい色は薄くなっています（右の数値スケール）。

Pentacam4mapsレポートはまた、角化測定、地図付きpachymetry、およびその他の数値測定の概要を提供します。 NIDEKレポートと同様に、Pentacamレポートには、各点の視度値で前方角膜表面の湾曲を示す軸方向のマップが含まれています。
標高マップである前方フロート画像と後方フロート画像は、Pentacamレポート上で生成されます。 角膜の屈折力を表示する代わりに、標高マップは、コンピュータで生成された最適な球（すなわち、平均して角膜の形状を最もよく近似する完全な球）と比較 前方の浮遊物に類似した後部の浮遊物は最もよく合う球と比較される後部の角膜の形を示す。

図5B.Pentacam4マップレポート。 軸曲率マップは、矢状マップとしても知られており、各点の視度値で前方角膜表面の曲率を示している。 カラースケールは、各特定のポイントでの視度でのパワーを表します。 暖かい色は角膜の曲率が急であることを表し、涼しい色は平坦な領域を表します。 標高マップ（前方フロートと後方フロート）の場合、暖かい色は角膜が最高適合球の上に上昇している場所を示し、涼しい色は角膜が最高適合球の下に落ち込んでいる場所を示します。 Pachymetryマップは、角膜の厚さを示すカラーマップであり、涼しい色は厚く、暖かい色は薄くなります。

角膜トポグラフィーの臨床的使用

• 角膜拡張症のスクリーニング
  

  円錐角膜は、最も一般的な角膜拡張症であり、角膜の中心が薄くなり、急峻にな 初期の円錐角膜は細隙灯検査では正常に見えることが多く、中央3mmを評価する手動角膜測定は不十分な評価を与える可能性がある。 このため、地形は円錐角膜および他の角膜異形成症の患者をスクリーニングするための金本位となっている（図6-8）。

• 角膜拡張症のモニタリングと治療
  

  角膜拡張症（円錐角膜、透明角膜周辺変性症など）が診断されると、地形は疾患の進行をモニタリングするのに有用である可能性がある。 定期的なサーベイランス地形を使用すると、患者が進行や合併症のリスクがあるときに決定することができ、この正確なモニタリングは、コラーゲン架橋や角膜形成術などの治療による早期介入を可能にします。 地形的な警告サインには、高い中心角膜パワー、患者の二つの角膜の間の大きな差、および頂点と周辺部の屈折力の間の大きな格差が含まれる（図6-8）（5）。

• 屈折矯正手術のスクリーニングとモニタリング
  

  光屈折角膜切除術（PRK）やレーザー支援in situ keratomileusis（LASIK）などのレーザー屈折矯正手術は、エキシマレーザーを使用して組織を切除し、角膜を再形成して個人の屈折異常を修正する。 しかし、すべての患者が安全にこれらの処置を受けることはできません。 屈折矯正手術を安全に行うには、角膜の形状と地形上の乱視のパターンを決定するためにスクリーニングを行う必要があります。 トポグラフィーはまた、脱センタリングまたは不完全な切除などの不十分な視覚的転帰の病因を評価するために、術後に使用することができる。

• 術前眼内レンズ選択
  

  白内障手術中、所望の屈折結果を達成するために眼内レンズを眼に配置する。 標準的なintraocularレンズは球形の訂正だけを含んでいます。 しかし、患者が通常の角膜乱視を有する場合、乱視補正トーリックレンズを使用することができる。 角膜トポグラフィーは白内障手術前に眼内レンズインプラントを選択する際に角膜シリンダの大きさと規則性を評価するための有用な術前試験である。

• 角膜形成術後の乱視評価と管理
  

  角膜形成術後、角膜乱視はトポグラフィーで評価することができます。 この技術は非点収差のレベルを減らすために選択的な縫合線の取り外しおよび他の介在を導く。

• 眼表面障害評価
  

  翼状片、角膜瘢痕、ザルツマン結節などの眼表面障害は、不規則な角膜乱視を誘発する可能性があります。 角膜トポグラフィーは、これらの問題の屈折効果を評価し、疾患の監視および外科的計画を支援するために使用することができる。

図6。 透明辺縁角膜変性症（Ａ）およびケラトンコヌス（Ｂ）。 Oculus Pentacam技術で生成された前軸マップは、透明辺縁角膜変性の”カニ爪”パターンとケラトンコヌスの下急峻なパターンにおける規則乱視に対して高いことを示している。

図7。 円錐角膜の進行。 多くの場合、トポグラフィーは、対称乱視から非対称乱視への円錐角膜の進行を示し、続いて放射状軸が歪んだ非対称乱視パターンを示す。 進行性円錐角膜では、最終的に劣った急勾配が発生する可能性があります。

図8。 ペンタカムの円錐角膜。 前軸マップは有意な下傍中心急峻を示し，パキメトリーマップは急峻な領域で薄化を示した。 前方および後方の浮遊物は理想的な、球形の表面と比較される焦点高度を提案するparacentral膨らみを明らかにする。

前セグメント光コヒーレンス断層撮影（AS-OCT）

基本原則

前セグメント光コヒーレンス断層撮影（AS-OCT）は、角膜、虹彩、および前房（Visanteなど）の高解像度イメージング これは超音波に似ていますが、音の代わりに光波を利用して、非常に小さな眼構造の非常に高解像度の画像を生成します（図9および10）。 AS-OCTは、眼の構造から反射された二つの走査光線を使用し、次に検出され、基準光線と比較されて断面画像を作成する（6）。

解釈ガイド

図9。 Visante AS-OCTは、角膜、虹彩、虹彩角、前房の深さおよび瞳孔径を含む、正常な前房の解剖学的構造を示す。

図10. Visanteレポート不十分付着Descemets膜内皮角膜形成術（DMEK）移植を示す。 前房内に別の気泡を入れた後，移植片は正常に接着した。 各ＯＣＴ画像は、前房を通る二次元スライスである。 各OCT画像の上に配置されている4つの向きの矢印は、画像の左側（矢印の尾）と右側（矢印の頭）を示しています。 向きの角度も表示されます。

臨床用途

• 前房角評価
  

  AS-OCTは、虹彩角角の定性的および定量的評価の両方を可能にします。 それは緑内障の診断および管理のためにgonioscopyへ付加物として使用することができますあります。

• レーシック強化のための外科的計画
  

  AS-OCTを使用して、フラップリフトと強化を行うのに十分な間質が残っているかどうかを判断するときに、レーシックフラップの下に残存する間質床を測定することができます(図11)。

• phakic intraocular lensのインプラントのための外科計画
  

  Phakic intraocular lensのインプラント（例えば、Verisyse™）は高い近視の訂正のための自然な結晶レンズと直列に置くことができる。 AS-OCTは、前房寸法の詳細な測定を可能にし、これらのレンズインプラントのいずれかに十分な前房空間が利用可能であるかどうかを評価する（図12）（7）。

• 角膜形成術後の移植片位置の評価
  

  AS-OCTは、術後直後の内皮移植片付着の評価のための細隙灯検査に有用な補助物である。

• 角膜人工器官手術後の管理
  

  AS-OCTは、I型ボストン角膜人工器官のような人工角膜の構造的完全性に関する追加情報を提供することができます（図14）。

図11。 AS-OCTのLASIKの折り返しの下の残りの間質のベッドの測定。 中心角膜厚は525μ mと推定され、残存間質床は中心321μ m、末梢角膜に向かって377-399μ mと測定される。 アイオワ大学で、患者は最終的な計算された残りの間質のベッドが300μ mよりより少しならLASIKまたは強化のための候補者とみなされません。

図12. 眼内レンズ（IOL）手術計画AS-OCT。 Visante装置は前房に装置の安全な注入のための十分なスペースがあることを保障するためにデジタルphakic IOLを重ね合せる。

図13。 (A)AS-OCTおよび(B)細隙灯(8)を用いて検査されるタイプIボストン角膜人工器官装置。

共焦点顕微鏡

基本原理

共焦点顕微鏡は、高倍率と解像度で角膜構造をin vivoで検査することを可能にするイメージング技術です。 神経イメージングのために開発されたイメージングの原則をオフに構築し、共焦点顕微鏡は、最初の1990年代（9-10）に角膜を研究するために使用されました。 デバイス（例：（ＮＩＤＥＫ Ｃｏｎｆｏｓｃａｎ，Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ Ｈ ＲＴＩＩ）は、組織の一点を同時に照明および撮像することによって、５つの角膜層のそれぞれの特徴付けを可能にする（図１ ４）（１ １）。 点光源とカメラは同じ平面にあるため、”共焦点”という名前が付けられています。”現代の共焦点顕微鏡は、組織の小さな領域をスキャンし、最終的な共焦点画像を作成するために、組織の数千点を照明し、イメージングします（10）。 前方の区分のある特定のティッシュの異なった厚さのレベルのスキャンによって、細胞レベルで構造および機能についての重要な情報は得るこ

図14。 In vivo共焦点技術を用いたレーザー走査を用いた様々な角膜層の共焦点顕微鏡イメージング。 1-3. 表在上皮、上皮翼細胞層、および基底上皮;4. 基底下神経叢;5. ボウマンの層;6-8。 神経を伴う前間質（矢印）、神経幹を伴う中間質（矢印）、および後間質;9。 および10． 焦点間質突起（白い矢印）と下縁palisade尾根（黒の矢印）。 画像提供：Dr.Neil Lagali（リンシェーピング大学、リンシェーピング、スウェーデン）（11）。

解釈ガイド

内皮細胞の健康を評価するために使用する場合は、内皮の定性的検査と内皮細胞密度の定量的評価の両方を行う必要があります。 正常な内皮細胞は、小さく、六角形で、均一に見えるはずです。 多形性は細胞の形の高い変化の存在であり、多形性は細胞の大きさの変化である。 内皮細胞密度は、自動的にまたは手動計数によって得ることができ、細胞/mm2として表される（図15）。

図15. 正常な角膜内皮を示す共焦点顕微鏡。 セルのサイズや形状の変動が最小限の小さな六角形のセルに注意してください。

臨床用途

• 角膜内皮評価
  

  細胞レベルでの角膜内皮の検査により、細胞の定性的および定量的評価が可能になります。 内皮細胞のサイズ、形状、および密度はすべて特徴付けることができ、フックスジストロフィー（図16）、虹彩角膜内皮（ICE）症候群、および後部多形性ジストロフィーなどの後部角膜ジストロフィーを診断および管理するための重要な情報を提供する。 共焦点顕微鏡は、角膜形成術後の浮腫が角膜移植片拒絶（可視化された炎症細胞によって証明される）または内皮代償不全（内皮細胞密度が低いことによ

• 感染性角膜炎の同定
  

  感染性角膜炎は、視力と眼を維持するために迅速な診断が不可欠な視力を脅かす状態です。 共焦点顕微鏡は、真菌やアカントアメーバなどのin vivoでの原因物質を迅速に同定するのに役立つ有用な補助剤であり、適切な治療を開始することがで Acanthamoebaは嚢胞性形態で高反射性卵形構造として現れる（図18および図19）。 真菌は明るく反射するフィラメントとして現れ、隔壁の証拠を有する可能性がある（図20）（9）。

• 角膜神経形態評価
  

  共焦点顕微鏡は、角膜を含む神経栄養性角化症および糖尿病性神経障害を有する患者における基底神経叢の病理を定量化する

• 角膜深さ測定
  

  OCTと同様に、共焦点顕微鏡は、手術計画を支援するために、角膜内の沈着物、瘢痕、またはレーシックフラップなどの構造の深さを測定するこ

図16。 特徴的な腸（暗い領域）を示すフックス内皮ジストロフィーと共焦点顕微鏡上の内皮細胞密度を減少させました。

図17。 貫通角形成術移植片内の内皮代償不全。 共焦点顕微鏡では、識別可能な内皮細胞は存在しない。

図18。 共焦点顕微鏡で見られるアカントアメーバ角膜炎。 嚢胞は高コントラストの丸い物体として現れ、栄養体は不規則な形として現れる。

図19。 コンタクトレンズのユーザーのAcanthamoebaおよび菌類の角膜炎の共焦点の顕微鏡検査の検出。 A.角膜ストレスの徴候である内皮多発性硬化症は、患者の長期コンタクトレンズ使用の結果である可能性が高い。 内皮層に嚢胞または栄養体は存在しない。 B. 白血球動員（赤い円）は、アカントアメーバ嚢胞（白い矢印）と真菌要素（赤い箱）の両方に直接隣接する前間質で明らかである。 Acanthamoeba trophozoitesは両方の伝染がすみやかに扱われなければ菌糸で与えます。 C.Acanthamoeba二重壁嚢胞（白い矢印）と栄養体（黒い矢印）は、前間質全体に存在しています。 Zスキャンプロフィールは特定の領域のcorneal位置（赤い箱）および細胞密度の速い査定を可能にする後方散乱（すなわち、個々の共焦点スキャンの明るさ）を

図20. 共焦点顕微鏡で見られる真菌性角膜炎。 分岐菌糸は、フザリウム角膜炎の診断を確認するのに役立ちます。

概要

眼科は、診断と治療のための新しい技術が毎年開発され、実施されている急速に進歩している分野です。 より高度な技術（例えば、LASIK、内皮角膜形成術）が開発されるにつれて、高度な角膜イメージング技術の有用性は成長を続けている。 このチュートリアルでは、角膜イメージングのトピックの概要を提供するために、彼らは現代の臨床眼科のこれらの基本的なツールの使用を習得すると