眼球突出度測(cè)量方法的研究進(jìn)展

饒晶，劉桂琴

(1.暨南大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院，廣東 深圳 518040；2.深圳市眼科醫(yī)院/深圳市眼病防治研究所、暨南大學(xué)附屬深圳眼科醫(yī)院，廣東 深圳 518040)

0 引言

眼球突出度是指眼球在骨性眼眶內(nèi)的相對(duì)位置，是由眼眶容積和骨性眼眶形態(tài)之間的關(guān)系決定的，并受到眶隔松緊和眼眶內(nèi)血管壓力的影響。多種眼眶疾病如眼眶急慢性炎癥、腫瘤以及頸動(dòng)脈海綿竇瘺等均可引起眼球突出，其中以甲狀腺相關(guān)性眼病(TAO)最為常見(jiàn)；而眼眶骨折、眼眶靜脈曲張或眶脂肪萎縮等可導(dǎo)致眼球凹陷。眼球突出度測(cè)量是診斷眼眶疾病并評(píng)價(jià)治療效果必不可少的基礎(chǔ)性臨床檢查之一。1867年，Cohn首次提出了眼球突出度測(cè)量，隨后陸續(xù)出現(xiàn)了各種各樣測(cè)量眼球突出度的方法及儀器，本文將眼球突出度測(cè)量方法分為眼球突出度計(jì)法、傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)測(cè)量法、三維(3D)CT測(cè)量法及其他眼球突出度測(cè)量法四大類，就眼球突出度測(cè)量方法的研究進(jìn)展做一綜述。

1 眼球突出度計(jì)法

1.1 Hertel眼球突出度計(jì)

使用最廣泛的眼球突出度計(jì)是1905年設(shè)計(jì)的Hertel眼球突出度計(jì) (oculus international，berlin，germany)，它已經(jīng)面世116年，它主要由一個(gè)帶刻度的平桿和兩個(gè)兩面交叉成45°角平面鏡構(gòu)成的測(cè)量器(一個(gè)固定于平桿一端，另一個(gè)可以在平桿上滑動(dòng)，以適應(yīng)不同的眶距)組成。將測(cè)量器的切跡處嵌于受檢者顳側(cè)眶緣，測(cè)量角膜頂點(diǎn)到顳側(cè)眶緣的垂直距離，測(cè)量的基線是兩側(cè)眶外緣皮膚面的連線。該方法價(jià)格低廉、簡(jiǎn)單、快速、易于操作，但受操作者誤差、患者外側(cè)眶緣前軟組織厚度和儀器誤差的影響較大[1-4]，其準(zhǔn)確性和重復(fù)性很低，而且只能測(cè)量眼球相對(duì)于眼眶外緣的突出程度，不能測(cè)量眼球相對(duì)于眼眶上緣和下緣的突出程度，當(dāng)眼眶外壁形態(tài)異常時(shí)該指標(biāo)就失去了意義。

1992年Yeatts等[5]在Hertel眼球突出度計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改良，將外耳道作為測(cè)量眼球突出度的參照點(diǎn)，用于評(píng)估面部畸形、外傷、手術(shù)或疾病導(dǎo)致無(wú)法以外側(cè)眶緣為基準(zhǔn)測(cè)量眼球突出度患者的眼球突出或凹陷程度(圖1A)。這種改良版Hertel眼球突出度計(jì)可以有效避免眶骨受損及軟組織腫脹時(shí)對(duì)測(cè)量精確度的影響，也可用于雙眼眼球突出度不對(duì)稱患者眼球突出程度的評(píng)估；但是不同個(gè)體外耳道至角膜頂點(diǎn)的距離存在較大的個(gè)體差異，測(cè)量的精確度不高。

1994年Kratky等[6]發(fā)明了一種可以安裝于Hertel眼球突出計(jì)上的適配器，安裝了適配器的Hertel眼球突出計(jì)(圖1B)通過(guò)兩個(gè)前額固定點(diǎn)及一個(gè)可調(diào)節(jié)的鼻梁固定點(diǎn)來(lái)固定，用于測(cè)量外側(cè)眶緣不完整患者的眼球突出度，作為Hertel眼球突出度計(jì)的補(bǔ)充。但這項(xiàng)研究的樣本例數(shù)較小，且依然無(wú)法克服測(cè)量誤差較大的問(wèn)題。

圖1 各類眼球突出度計(jì)圖示

1.2 Naugle眼球突出度計(jì)

1992年設(shè)計(jì)的Naugle眼球突出度計(jì)[7]是以眼眶上下緣為基準(zhǔn)來(lái)測(cè)量眼球突出度。Cole H P等[8]的研究表明Naugle眼球突出度計(jì)測(cè)量結(jié)果變異度及測(cè)量者之間的個(gè)體差異均較Hertel眼球突出度計(jì)小，且可重復(fù)性更高，在測(cè)量垂直方向上眼球突出及凹陷明顯的病例上更具優(yōu)勢(shì)，在評(píng)價(jià)眶緣外側(cè)移位眶顴部骨折的眼球內(nèi)陷程度比Hertel眼球突出度計(jì)更可靠，可用于評(píng)估眼眶外側(cè)壁受損或缺失的患者的眼球突出或凹陷程度。

1.3 Oculus眼球突出度計(jì)

1995年有學(xué)者設(shè)計(jì)了以4個(gè)點(diǎn)固定在眼部上下眶緣來(lái)測(cè)量眼球突出度的Oculus眼球突出度計(jì)法[9]，在測(cè)量結(jié)果上增加2.7mm將測(cè)量值轉(zhuǎn)換為“Hertel等效值”，用來(lái)測(cè)量來(lái)眼眶外側(cè)壁受損或缺失的患者的眼球突出度。該研究的樣本量較小，后續(xù)也未見(jiàn)相關(guān)研究證明這種方法的可靠性。

1.4 Mourits眼球突出度計(jì)

2015年Mourits等[10]設(shè)計(jì)的Mourits眼球突出度計(jì)(圖1C)的測(cè)量器是由棱鏡構(gòu)成的。Delmas等[11]的研究發(fā)現(xiàn)Mourits眼球突出度計(jì)精確度較Hertel眼球突出度計(jì)高。

2 傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)測(cè)量法

鑒于Hertel眼球突出度計(jì)測(cè)量受皮膚和軟組織厚度、腳板放置位置的影響，可重復(fù)性及可靠性均較低，出現(xiàn)了利用CT影像測(cè)量以獲得更精的確眼球突出度的測(cè)量方法。

2.1 在CT圖像中直接測(cè)量眼球突出度

隨著新一代的計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)儀器的出現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)在CT掃描的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)重建冠狀面、矢狀面和斜軸平面，1983年Marsh等[12]發(fā)現(xiàn)在經(jīng)過(guò)眼眶頂點(diǎn)和角膜中心點(diǎn)連線的斜軸平面上，可在按比例重建的圖像上直接測(cè)量術(shù)前、術(shù)后眼球突出度(圖2A)。但是這種方法在對(duì)比不同個(gè)體的突出度上沒(méi)有明顯優(yōu)勢(shì)。

圖2 傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)測(cè)量眼球突出度圖示

1984年Gibson等[13]提出了在CT圖像中測(cè)量眼球突出度更為直觀的新方法：在二維 CT水平掃描視神經(jīng)與晶狀體同時(shí)出現(xiàn)的最大層面圖像上，用CT自帶軟件測(cè)量角膜前表面到兩側(cè)眶外緣連線的垂直距離，測(cè)量的基線是兩側(cè)眶外緣顴突的連線。(圖2B)與眼球突出計(jì)測(cè)量法相比，CT測(cè)量準(zhǔn)確、 CT 數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)而且可以從不同的視角同時(shí)分析，此法不受檢查者的經(jīng)驗(yàn)和外側(cè)眶緣前軟組織厚度的影響，但必須保證測(cè)量時(shí)患者睜眼、直視前方，當(dāng)患者歪頭、眼位偏斜尤其是大角度斜視，在外傷性眼眶骨折、病源性或醫(yī)源性眼眶外壁缺損或變形時(shí)，測(cè)量精度下降。

2001年Kim等[14]提出連接眼眶內(nèi)側(cè)緣和外側(cè)緣，測(cè)量角膜后表面至內(nèi)外側(cè)眶緣連線的垂線距離來(lái)表示眼球突出度；Kim等同時(shí)提出用角膜頂點(diǎn)到內(nèi)外眶緣連線的距離(D)/眼眶外側(cè)緣與眼眶內(nèi)側(cè)緣的距離(C) 作(圖2 C)為眼球突出度評(píng)估的指標(biāo)，他們的研究表明D/C值在兒童和成人沒(méi)有差異[14]，可用于評(píng)估兒童及成人的眼球突出度。2019年Heller等[15]提出用眼球突出指數(shù)(EI，雙眼眼球前緣與雙側(cè)顴骨額突前緣連線之間的直線距離之比)來(lái)衡量腫瘤相關(guān)的雙側(cè)不對(duì)稱的眼球突出度(圖2 D)。

有眶側(cè)壁手術(shù)史的患者面臨眶壁缺損或移位的問(wèn)題，導(dǎo)致以雙側(cè)眶外緣連線為參考測(cè)量眼球突出度的常規(guī)方法并不適用。2018年P(guān)ark等提出在矢狀位CT中測(cè)量眼球突出度的新方法[16]：在矢狀面上連接上眶緣、下眶緣之間，自角膜后表面作上下眶緣連線最長(zhǎng)的垂線，測(cè)垂線的長(zhǎng)度來(lái)表示眼球突出度(圖2E)。2018年Afanasyeva等提出以左右側(cè)顳骨莖突頂點(diǎn)的連線為參考線，分別測(cè)量雙側(cè)角膜頂點(diǎn)到參考線的垂線距離作為眼球突出度(圖2 F)[17,18]，2020年Tiong等提出以后鞍突為參照點(diǎn)，作為傳統(tǒng)CT測(cè)量眼球突出度的替代方法(圖2G)[19]；這些方法可用于外側(cè)眶緣不完整或缺如、移位的情況下在CT中眼球突出度的測(cè)量，但需要更大規(guī)模的研究數(shù)據(jù)驗(yàn)證其準(zhǔn)確性。

2.2 在CT圖像中計(jì)算面積比表示眼球突出度

2013年Campi等[20]人介紹了一種用二維-CT圖像計(jì)算眼球突出程度的新方法：他們?nèi)斯みx定一個(gè)可見(jiàn)晶狀體層面的水平位CT圖像，標(biāo)記外側(cè)顴骨前突、篩骨板內(nèi)側(cè)壁以及視神經(jīng)的起點(diǎn)并連成三角形計(jì)算面積記為眼眶面積(OA)；大致根據(jù)眼環(huán)輪廓擬合一個(gè)圓形，計(jì)算圓與三角形相交的眶內(nèi)部分面積為眼球面積(CA)，計(jì)算CA/OA比值用以量化Graves眼病(GO)患者的軸向眼球突出程度(圖3 A)。這種方法需要通過(guò)復(fù)雜的幾何計(jì)算，因此Choi等[21]人在Campi等測(cè)量眼球突出度的方法的基礎(chǔ)上，應(yīng)用ImageJ 基本工具來(lái)繪制三角形眶區(qū)(OA)以及擬合后鞏膜的圓圈，自動(dòng)計(jì)算相交部分眶內(nèi)眼球區(qū)域的面積(GA)以及眶內(nèi)眼球區(qū)域的面積與眶區(qū)面積的比值(GA/OA)(圖3 B)，解決了數(shù)學(xué)計(jì)算復(fù)雜的問(wèn)題。這兩種方法測(cè)量時(shí)不要求患者睜眼，該比值受患者頭位的影響不大，但是當(dāng)高度近視后鞏膜擴(kuò)張眼球前后徑拉長(zhǎng)時(shí)眼環(huán)變成近似橢圓形而不是近似圓形，使測(cè)量的眼球突出程度比實(shí)際突出程度變小，另外眼位偏斜尤其是大角度斜視和眼眶外側(cè)壁高度對(duì)該面積比的影響也較大，使測(cè)量精度下降。

圖3 在CT圖像中計(jì)算面積比表示眼球突出度圖示

3 三維(3D)CT測(cè)量法

隨著3D重建技術(shù)現(xiàn)世，學(xué)者們陸續(xù)提出了通過(guò)3D-CT來(lái)測(cè)量眼球突出度的各種方法。

3.1 在3D-CT中計(jì)算體積比量化眶減壓手術(shù)可后退范圍

2010年Kamer等應(yīng)用三維重建技術(shù)在CT骨窗用CT標(biāo)準(zhǔn)化視圖標(biāo)記眼眶前后邊界的方法計(jì)算眼眶體積(OV)，在CT軟組織窗測(cè)量眼球體積(GA)(圖4 A)，計(jì)算GA/OV的比值，與不同形態(tài)眼眶的參考數(shù)據(jù)對(duì)比，可量化眶減壓手術(shù)可后退的范圍[22]。但在較薄骨壁處軟件不能自動(dòng)識(shí)別，需要人工標(biāo)記，且這種軟件設(shè)定的三維重建存在較大誤差，也不能直觀地表示出眼球突出的程度。

圖4 三維(3D)CT測(cè)量眼球突出度圖示

3.2 三維重建面部輪廓測(cè)量眼球突出度

2017年Shin等[23]將CT數(shù)據(jù)進(jìn)行面部輪廓的三維重建，測(cè)量眶上下緣軟組織表面連線到眼瞼最突出點(diǎn)距離作為眼球突出度(圖4 B)，但這種方法受軟組織厚度的影響，不適用于肥胖患者的測(cè)量，也影響測(cè)量結(jié)果的精確度。

3.3 重建三維CT測(cè)量角膜前表面到各解剖標(biāo)志的矢狀方向距離

2017年Abramson等[24]人提出在重建的三維CT中，以矢狀方向上角膜前表面中央頂點(diǎn)到定義的冠狀平面的距離為參考，分別用各面部、眼眶解剖標(biāo)志到冠狀平面的矢狀方向距離減去參考距離得到角膜前表面中央頂點(diǎn)到各個(gè)解剖標(biāo)記點(diǎn)的矢狀方向距離來(lái)反映眼球與眼眶的關(guān)系。這種測(cè)量方法可不受頭位的影響，但耗時(shí)長(zhǎng)，不利于臨床推廣。

3.4 基于CT半自動(dòng)化重建眼球測(cè)量眼球突出度

2020年Huh等[25]人開(kāi)發(fā)了一種基于CT的三維重建軟件來(lái)測(cè)量眼球突出的程度的新方法：1)對(duì)眼球半自動(dòng)化分割進(jìn)行三維重建(圖4 C)，2)通過(guò)3個(gè)自定義參考點(diǎn)確定三維空間中顴間平面，3)測(cè)量三維空間中眼球表面頂點(diǎn)到顴間平面的垂直距離作為眼球突出度。這種通過(guò)逐層分割重建眼球的方法較精確，所測(cè)眼球突出度觀察者間的可靠性較CT測(cè)量法高。但測(cè)量的距離仍為點(diǎn)到面的絕對(duì)距離，不能排除不同個(gè)體眼球大小差異的影響。

3.5 重建三維CT建立三維坐標(biāo)系

2018年我國(guó)學(xué)者郭潔等[26]提出在三維重建影像中建立參考坐標(biāo)系，定義角膜頂點(diǎn)為C點(diǎn)，利用CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))功能建立一個(gè)在軸位、矢狀面和冠狀面圖像上與眼球壁重疊的球體，定義球心為E點(diǎn)；用三維矢量EC表示該球體在參考坐標(biāo)系中的位置。這種方法可用于描述斜視患者的眼球位置，但不能直觀的反映眼球突出度，因此他們?cè)诖嘶A(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)：在三維重建影像中建立三個(gè)互相垂直的平面：眶耳平面、中矢狀面、眶緣平面，測(cè)量角膜頂點(diǎn)到眶緣平面投影線的垂直距離以及共同圓心到眶緣平面投影線的垂直距離來(lái)表示眼球突出度[27](圖4D)。此方法可降低掃描時(shí)不同頭部位置帶來(lái)的偏差，在評(píng)估重度斜視患者眼球突出度有一定的優(yōu)勢(shì)。

2020年Willaert等[28]人描述了一種不依賴于參考眶骨及角膜頂點(diǎn)等解剖標(biāo)志來(lái)測(cè)量眼球在水平面、冠狀面及矢狀面上的位置的方法：在三維重建的CT中設(shè)立X、Y、Z坐標(biāo)系，并確定眼球的球心坐標(biāo)，對(duì)合兩次三維CT的顱底，根據(jù)球心的坐標(biāo)的變化確定眼球在眼眶位置的變化。這種方法能準(zhǔn)確、可靠地反映眼球的三維位置變化，可用于判斷眼球突出、眼球內(nèi)陷、眼球上、下移位情況，甚至在有斜視和眶骨缺損的情況下也適用。

4 其他眼球突出度測(cè)量法

4.1 光學(xué)三維成像測(cè)量眼球突出度

2004年Nkenke等[29]提出用光學(xué)3D傳感器采集的面部表面數(shù)據(jù)生成的光學(xué)三維圖像，將其應(yīng)用于測(cè)量眼球突出度，認(rèn)為可以將三維光學(xué)成像與CT數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)優(yōu)先應(yīng)用于復(fù)雜病例的眼球突出度測(cè)量中。

4.2 基于數(shù)字化攝影照片測(cè)量眼球突出度

有學(xué)者提出可以在標(biāo)準(zhǔn)正面、側(cè)面數(shù)字化攝影照片中測(cè)量角膜到眶外緣的距離表示眼球突出度(圖5A)。但Bingham等[30]進(jìn)行的一項(xiàng)國(guó)際性多中心觀察性研究發(fā)現(xiàn)與CT測(cè)量值對(duì)比這種方法的測(cè)量并不準(zhǔn)確，甚至與CT測(cè)量值的相關(guān)性以及測(cè)量準(zhǔn)確度均不如臨床Hertel眼球突出度計(jì)[31]。

圖5 其他眼球突出度測(cè)量法圖示

4.3 用裂隙燈測(cè)量眼球突出度

2014年Almog等[32]描述了一種簡(jiǎn)易的非接觸式裂隙燈眼球突出度測(cè)量方法：將毫米坐標(biāo)紙固定于在裂隙燈桌上，裂隙燈首先聚焦于角膜中心標(biāo)記此時(shí)顯微鏡的位置(沿裂隙燈底座后面的輪廓在毫米坐標(biāo)紙上畫(huà)線)；裂隙燈聚焦在外側(cè)眶緣畫(huà)出第二條標(biāo)記線(圖5B)。測(cè)量坐標(biāo)紙上兩條弧線切線之間的垂直距離為眼球突出度。通過(guò)裂隙燈測(cè)量出眼球突出度是一種簡(jiǎn)單、便捷的粗略測(cè)量方法。

4.4 用海倫公式、簡(jiǎn)單勾股定理計(jì)算眼球突出度

2020年我國(guó)學(xué)者章偉利等提出了用一種由超聲探頭和圓規(guī)組成的工具，通過(guò)測(cè)量角膜頂點(diǎn)分別到雙側(cè)眶外緣的距離以及雙側(cè)眶外緣連線的距離，用海倫公式(利用三角形的三條邊的邊長(zhǎng)直接求三角形面積的公式)計(jì)算眼球突出度[33]、通過(guò)勾股定理計(jì)算眼球突出度[34](圖5C)。該方法成本低，但測(cè)量過(guò)程需接觸患者角膜。

5 結(jié)語(yǔ)

目前，以上各類眼球突出度的測(cè)量方法都有各自的優(yōu)勢(shì)和局限性。眼球突出度計(jì)操作簡(jiǎn)單但測(cè)量誤差較大且測(cè)量者間存在個(gè)體差異；CT測(cè)量較眼球突出度計(jì)準(zhǔn)確但患者需要受輻射損傷；眼球突出計(jì)和CT檢測(cè)方法大多以兩側(cè)眶外緣的連線或同側(cè)眶內(nèi)外緣的連線作為參考線通過(guò)測(cè)量角膜頂點(diǎn)到該參考線的距離評(píng)價(jià)眼球突出的程度，當(dāng)受檢者頭歪、眼球偏斜時(shí)雙眼不在CT掃描的同一個(gè)層面，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果偏差較大，另外由于眶外緣的權(quán)重較大，當(dāng)眶外緣異常時(shí)，無(wú)法檢測(cè)；利用三維重建技術(shù)的測(cè)量準(zhǔn)確度高，在一些特殊情況下如頭位不正、斜視等也可使用，但測(cè)量方法較復(fù)雜且耗時(shí)長(zhǎng)。因此，在設(shè)計(jì)新的測(cè)量方法時(shí)應(yīng)將測(cè)量精確度、測(cè)量方法的難易程度以及測(cè)量時(shí)參考基線的參考價(jià)值(如將上下內(nèi)外眶緣均作為參考基線)考慮在內(nèi)，在人工智能技術(shù)高速發(fā)展的今天，借助于新興的技術(shù)探索出操作簡(jiǎn)便、測(cè)量精確度高且適用范圍廣的眼球突出度測(cè)量方法勢(shì)在必行。