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각막 형태 검사

Smile (토론 | 기여)님의 2024년 7월 10일 (수) 01:35 판 (→‎역사)
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각막 형태 검사 (topography)[1][2] 는 모든 경선에 대한 각막의 형태를 정확하게 기술하기 위한 것으로 진단, 치료 및 경과 관찰에 매우 중요한 수단으로 널리 사용된다. 콘택트렌즈 처방에 있어서 각막 형태 검사를 이용하면, 보다 정확하고 재현성 높은 정보를 얻을 수 있을 것이다.

역사

각막 형태 검사의 발전은 굴절 교정 수술과 함께했다고 해도 과언이 아니다. 각막 형태 검사는 엑시머 레이저를 이용한 굴절교정수술의 절대 금기인 원추각막을 보다 정확하게 진단하기 위해 진화하였다. 최근 각막 형태 검사는 이상 각막의 진단이나 시력 저하의 원인 분석뿐 아니라 장비에 따라서는 백내장 수술 시 인공수정체 도수의 측정에 이용되고, 각막 수차의 측정이나 안구 건조증과 안검염의 진단을 가능하게 하는 부가적인 기능을 갖추고 있어 이제는 일상의 환자를 진료하는 데 없어서는 안 될 장비로 다양하게 활용되고 있다.

오늘날의 각막 형태 검사가 있기까지는 각막의 이상을 정성적 혹은 정량적으로 분석하고자 한 많은 학자들의 노력이 있었다. 각막 형태의 측정은 천문학자이자 물리학자인 Christoph Scheiner가 1617년에 유리구를 이용하여 각막의 곡률 반경을 추정할 수 있다는 사실을 보고한 것이 최초이다. 1796년에는 이 원리를 이용하여 Jesse Ramsden에 의해 각막곡률을 즉정할 수 있는 장비가 개발되었으나 큰 주목을 받지 못하다가 1854년에 Ramsden의 장치를 개량한 ophthalmometer가 Hermann von Helmholtz에 의해 개발되었다.

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1881 년에는 Emile Javal과 Hjalmar Schi0tz가 임상적으로 간단하게 각막 곡률만을 측정하는 ophthalmome­ter를 개발하였는데, ophthalmometer라는 명칭은 안구 전체를 의미하기에 후에 keratometer로 이름을 바꾸었다.

각막 곡률계 (keratometry) 의 개발은 각막 형태 검사의 발전에 획기적인 역할을 하였다. 'Kerato' 는 'cornea' 를 의미하며 'metry' 는 'measurement' 를 뜻하므로 'keratometry' 는 '각막을 측정한다'는 뜻이다. 각막 형태 검사가 전체 각막의 앞쪽 모양을 측정한다면 각막 곡률계는 중심부 3mm 내외의 곡률 반경을 측정하는 것이라고 보면 된다.

한편 1882년에 Antonio Placido가 발명한 Placido 각막계를 사용하여 각막반사를 관찰할 수 있게 되었고, 이것이 기초가 되어 각막 전체의 형상을 측정하고자 하는 노력이 시작되었다.

1896년에는 Placido 각막계에 의한 마이어 (mire) 상을 사진에 기록하는 사진 각막계 (photokeratoscope) 가 Allvar Gullstrand에 의해 개발되어 원추각막을 진단할 수 있게 되었고, 그 중증도도 측정할 수 있게 되었다. 그러나 사진 각막계는 각막의 경증 이상을 진단할 수는 없었고 각막 이상의 정량화도 불가능하였다. 1984년에 Stephen D. Klyw 등은 마이어상을 비디오 화상으로 디지털화하여 color map을 표시하여 정량분석하는 videokeratoscope을 개발하고, 자동 진단 프로그램을 도입함으로써 원추각막의 조기 진단이 가능함을 보고 하였다. 이후에 엑시머 레이저를 이용한 굴절 교정 수술이 활발해지면서 videokeratoscope은 빠른 속도로 발전하게 되었다.

1992년에는 플루레신으로 염색한 각막에 격자무늬를 투영하여 각막의 굴곡을 해석하는 The PAR Technology Corneal Topography System (PARCTS) 이 개발되어 처음으로 elevation map의 개념이 도입되었다.

1995년에는 slit beam을 이용하여 각막을 연속적으로 스캔하여 각막 후면의 형상도 해석할 수 있는 slit scanning 방식의 Orbscan (Technolas, Bausch & Lomb) 이 등장하고 1999년에는 slit scanning 방식에 Placido형 장치를 결합한 Orbscan II가 출시되면서 각막 전후면의 해석이 가능하게 되었다. 이는 각막 형태 검사가 각막 단층 검사로 발전하는 계기가 되었다.

2002년에는 항공사진에서 응용되는 Scheimpflug camera의 원리를 이용한 Pentacam이 개발되어 각막 후면에 대한 정보를 보다 안정적이고 정확하게 제공할 수 있게 되었다. 최근에는 OCT (Optical Coherence Tomography) 를 이용하여 각막 형상을 분석할 수 있는 전안부 전용의 AS-OCT (anterior segment OCT) 가 개발되어 향후 임상적 유용성이 기대된다.

종류

  • 축 곡률 지도 (axial curvature map) : 초기부터 사용된 지도로, 축 곡률은 각막 곡률계와 비슷한 방식으로 곡률을 표현한다. 이는 각막이 구형이라는 가정 하에 각막 표면에서 반사되는 가늠자의 크기를 분석한다. 축 곡률은 각막의 모양으로부터 굴절력을 표현하므로 중심이 가파르고 주변부가 편평한 각막의 prolate 모양을 잘 나타내주기 때문에, 각막의 진단 혹은 선별 목적으로 기본이 되는 지도로 여겨지고 있다.
  • 접선 곡률 지도 (tangential power map) : 각막 모양의 2차 도함수로부터 굴절률을 측정하므로 굴절력에서 수학적 소음 혹은 변동을 포함한다. 이런 미세한 변동은 각막의 진정한 광학적 성질을 모호하게 할 수 있으므로 일반적인 임상적인 사용은 권장되지 안흔다. 그러나 변이 지역의 굴절력 차이를 강조하여 보여주기 때문에 굴절 수술 후 광학부의 크기를 알아보는 데 유용하다.
  • 굴절력 지도 (refractive power map) : snell의 법칙에 의해 구해지는데, 주변부에서는 각막의 입사각이 커짐에 따라 각막의 굴절력이 커진다. 이런 방식으로 굴절률을 구하면 각막 중심부보다 주변부의 굴절력이 커지는 구면 수차 현상이 일어난다. 구면 수차 측정은 비구면 인공수정체 선택에 중요하다. 원추각막이나 투명 각막 가장자리 변성에서는 각막 하부가 급경사를 보이지만, 굴절력 지도에서는 주변부 굴절력이 증가되어 표시되기 때문에 이런 변화가 잘 나타나지 않는다.
  • 차이 지도 (difference map) : 한 지도에서 다른 지도를 빼서 각막 지형의 변화를 보는 방법은 원추 각막의 추적 및 crosslinking 등 치료 시의 변화 혹은 굴절 수술 후의 결과 판정 등에 유용하다. 차이 지도를 보고자 할 때는 미세 신속운동에 의한 오차를 줄이기 위한 세심한 검사가 필요하다.
  • 높이 지도 (elevation map) : 일반적으로 기준이 되는 모양과의 관계로 표현된다. 보통 높이 정보에서 best-fitting sphere 혹은 toroidal surface를 빼게 된다. 그러나 전체 각막에서 각막에 가장 근사하는 하나의 기하학적 모양은 없다.

적응증

  • 굴절 수술 전, 후의 평가
  • 각막 이식 수술 전, 후의 평가
  • 부정 난시
  • 각막 이상증
  • 원추 각막의 진단 및 추적 관찰
  • 각막 궤양의 추적 관찰
  • 외상 후 각막 반흔
  • 콘택트렌즈 장착
  • 눈물막의 평가
  • 백내장 수술 전, 후 각막 상태의 변화 평가

통계 지표

  • Sim K (simulated keratometry) : 고전적으로 사용되어 오는 각막 곡률계의 굴절력 값에 대응시키기 위한 지표로 각막 중심 3mm에서 가장 가파른 축과 가장 편평한 축에서의 굴절력을 표시한다.
  • 구면 렌즈 대응력 (spherical equivalent power) : 각막 중심부 3mm 이내의 모든 경선의 각막 굴절력을 계산한다. 불규칙 난시의 경우 각막 곡률계보다 더 정확한 구면 렌즈 대응력 값을 얻을 수 있다.
  • 비구면도 (asphericity) : 각막 표면의 비구면성은 Q값, 형태 인자 (shape factor, P), 편심률 (eccentricity) 로 표현할 수 있는데, P=Q+1, Q=-ξ2 의 관계를 갖는다.
  • 표면 불균형 지수 (surface asymmetry index; SAI) : 180˚ 떨어진 지점의 각막 굴절력 차이를 모두 합하여 계산하는데, 정상 각막에서는 일반적으로 0.5 이하이며, 원추 각막과 같이 비대칭적인 각막에서는 5 이상으로 증가할 수 있다.
  • 상하값 (I-S index) : 각막 중심에서 위쪽과 아래쪽 3mm 지점에서의 굴절력 차이를 표시한다.
  • 원추 각막 예측 지수 (keratoconus prediction index; KPI) : 각막 형태 검사에서 제공되는 8가지 지표 (sim K1, sim K2, SAI, DSI (differential sector index), IAI (irregularity astigmatism index), AA (analyzed area)) 를 이용하여 원추 각막을 진단하는 지표를 계산한다.
  • KPI (Klyce / Maeda keratoconus index) : KPI와 논리에 기반한 판단 알고리즘을 이용하여 각막 형태가 원추 각막일 가능성을 제시하며, 원추 각막 의증을 진단하지는 않는다.
  • 표면 규칙 지수 (surface regularity index; SRI) : 중심 4.5mm 의 가상의 동공위 각막 표면의 국소적인 규칙성을 계산한다.

참고

  1. ↑ 각막 4판, 2024 (한국 각막 학회, 일조각)
  2. ↑ Corneal Topography w Wavefront & AS-OCT, 2023 (이도형, 정인권 등, 군자 출판사)
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