각막 지형도 – elevation map 1
안녕하세요 안과전문의 송한입니다.
이제 본격적으로 elevation map 에 대해 들어가겠습니다.
elevation map이란?
지난 개론포스팅에서,
간단하게 개념 정도만 알아보았습니다 -> 클릭
우 : 산과 계곡
각막은 자세히 보면,
약간씩 튀어나오거나 들어간 지형으로 되어있습니다.
이는 산과 계곡으로 이루어진 지구 표면과 비슷하다고 볼 수 있겠죠.
우리가 흔히 “지형도” 라고 말하는 높낮이를 표현하는 지도는 “해수면”이라는 기준면이 있어 그 기준으로 높낮이를 표현합니다.
하지만,
각막에는 그러한 기준면이 없습니다.
기준면
Reference Surface
각막 지형도 안에 있는 소프트웨어는
설정에 따라 기준면(reference surface)를 만듭니다.
기준면 보다 위에 있는 지점
= 튀어나온 지점(elevation)
= 양수값
=따뜻한 색
기준면 보다 아래 있는 지점
=들어간 지점(depression)
=음수값
=차가운 색
단위는 마이크로미터 입니다.
즉,
elevation map은 각막의 튀어나오고 들어감을 절대값으로 보는 것이 아닙니다.
설정한 기준면 대비 얼마나 벗어나 있는지를 보는 지도입니다.
지도 구성 요소
elevation map의 패턴은, 기준면에 많은 영향을 받습니다.
크게 아래 네 가지 요인이 관여합니다.
- 기준면의 위치
- 기준면의 steepness
- 기준면의 직경
- 기준면의 형태(구면 or 타원)
이중에서 가장 중요한 개념은?
1번, 기준면의 위치입니다.
위를 보시면,
똑같은 각막이라도
기준면 위치를 어떻게 설정했냐에 따라
완전히 다른 elevation map을 보입니다.
Float 모드(표준)
먼저 기본 모드인 float 모드입니다.
이 모드는 소프트웨어에서 자동적으로 중심부의 평균 곡률을 기준으로
기준면의 상하를 조절합니다.
조정할 때,
위로 튀어나온 양과, 아래로 들어간 양이 균형을 이루는 위치를 찾습니다.
즉,
중립이 되는 지점에 기준면을 놓는 방식입니다.
Nonfloat 모드
이 모드는,
기준면이 무조건 각막의 apex(정점)을 통과하도록 위치합니다.
중심부의 튀어나옴과 들어감 균형 상관 없이 apex에 고정
연구목적이나 특정 상황에서만 사용하며, 평상시에는 사용하지 않습니다.
위를 보시면,
같은 각막이지만 모드에 따라
완전히 다른 지도를 보입니다.
Parameter
기준면의 설정은,
두 가지 parameter로 결정됩니다.
- 반경(radius) : 파란원
- 직경(diameter) : 빨간원
먼저 반경은,
각막 중심부의 평균 곡률을 계산하고 그에 맞춰 기준면의 반경을 자동 선택합니다.
즉,
각막이 가파르면 반경이 작아지고, 편평하면 커지는 식
직경의 경우는
분석할 영역의 크기를 의미합니다.
아래 그림을 봅시다.
곡률반경 7.81의 같은 각막을 다른 직경으로 찍는 경우입니다.
좌측의 경우 직경 8mm
우측의 경우 직경 10mm 입니다.
반경은 동일하지만, 분석 범위를 넓히면 지도도 달라집니다.
이게 float 모드는 앞서 설명드렸지만,
튀어나오고 들어간 양의 균형을 이루는 곳으로 기준면을 잡는다 하였습니다.
따라서,
위 그림에서 a+b = c 가 되어야 합니다.
직경이 커지면 주변부까지 포함되므로 elevation 분포가 달라지고,
지도도 다르게 보인다는 것입니다.
우 : 직경 5mm
위 그림은 같은 각막을 직경을 다르게(5mm, 10mm)해서 찍은 것입니다.
좌측의 직경 10mm을 보시면,
범위가 넓어지며, 주변부 불규칙까지 포함.
정상인 부분도 돌출이 과장되어 보일 수 있습니다.
즉,
민감도는 증가하지만, 특이도는 감소하여
false positive(위양성) 경향을 보입니다.
반면 우측의 직경 5mm의 경우
너무 중심부만 보기 때문에
민감도는 감소, 특이도는 증가하여
false negative(위음성) 경향을 보입니다.
즉, 중심부 이상 돌출 등을 놓칠 위험이 커집니다.
그래서,
8mm를 가장 균형잡힌 기준으로 하여
기본값은 8mm BFS로 합니다.
모양
기준면의 모양 또한 설정할 수 있습니다.
기본적으로 아래 두 가지 모양입니다.
- 구면(Best Fit Sphere, BFS))
- 타원체(Best Fit Toric Ellipsoid, BFTE)
우 : 타원체
Best Fit Sphere
(BFS)
표준 기준면(RS)로 추천하는 방법입니다.
각막은,
비구면성(aspheric), 난시성(toric), 비대칭(asymmetric), 콘형태(conoidal)의 성질을 다 가지고 있습니다.
따라서 여기에
구면의 기준면을 사용한다면
위의 성질이 더 도드라지게 볼 수 있습니다.
즉 기준면이 구형이면
정상보다 돌출된 부위나 비대칭을 더 강조해서 보여주기에
각막확장증같은 평가에 매우 유용합니다.
Elevation cutoff
elevation map을 통해,
비정상적으로 튀어나온 각막을 구분할 수 있는데
여러 선구자들이 모여 그 기준 cuttoff값을 정했습니다.
먼저 근시의 경우
원시의 경우
3SD값만 보고 정리를 하자면,
각막에서 가장 얇은 부분이
근시에서는
전면 elevation map에서 7.7 이상 튀어나오거나
후면 elevation map에서17.7 이상 튀어나오면 비정상 소견
원시에서는
전면 elevation map에서 6.5 이상 튀어나오거나
후면 elevation map에서 27.8 이상 튀어나오면 비정상 소견
으로 정리할 수 있겠네요.
우 : 후면 elevation map
위 각막은 정상 각막으로,
가장 얇은 부분의 돌출 정도가
전면 +2
후면 +15
정도로 정상 범주에 들어갑니다.
우 : 후면 elevation map
반면 위는 비정상 각막으로
전면에서 14
후면에서 38um의 돌출을 보입니다..
Posterior BFS의 중요성
BFS 기준면의 후면 elevation map은
각막 확장증에서 튀어나온 부분인 cone의 위치를 분류하기에도 매우 유용합니다.
빨간색 표시점이 Cone apex(가장 돌출된 지점)으로
좌측부터
central = 중심 3mm이내
paracentral = 3~5mm 이내
peripheral = 5mm 밖
이렇게 쉽게 한눈에 볼 수 있습니다.
Best Fit Toric Ellipsoid
(BFTE)
이 기준면 모양은,
유명한 Jack Holladay 선생님이 추천하는 형태입니다.
타원체의 BFTE은 어찌보면 우리 각막 모양에 구면체보다 더 비슷합니다.
따라서 실제 각막의 비구면, 난시, 미세 비대칭에 더 잘 맞는데,
이 때문
규칙난시나, 비구면적인 부분은 BFTE사용시 거의 잡히게 되며
남은 불규칙적인 부분, 고위수차만이 돌출되어 드러납니다.
즉,
BFS는 돌출된 cone을 강조해 보기 좋은 기준면
BFTE는 잔여 불규칙부분과 초기 원추각막을 민감하게 보여주는 기준면
원추각막 스크리닝
Holladay는 BFTE의 기준면에서
중심 5mm 이내
전면 elevation >12um
후면 elevation >15um
이면 비정상, 즉 초기 원추각막 가능성이 높다고 하였습니다.
요약
Reference Surface 는 “기준면”이며 반경과 직경으로 정의됨
반경은 중심부 평균 곡률로 결정됨
직경은 분석 범위이며 8mm가 표준
BFS는 콘/비대칭을 강조하는 기준면 → 각막확장증 평가의 표준
BFTE는 각막 모양에 더 가까워 불규칙성과 초기 원추각막 진단에 적합
이렇게,
elevation map에 대해서 알아보았습니다.
다음 포스팅은 elevation map의 여러 패턴과 실 사례들을 같이 보겠습니다
긴 글 읽어주셔서 감사합니다.
질문은 커뮤니티를 이용 바랍니다.
Reference
- Sinjab MM. Corneal Tomography in Clinical Practice (Pentacam System).
- Sinjab MM. Five Steps to Start Your Refractive Surgery.
- Lee DH, Jung IK. Corneal Topography with Wavefront & AS-OCT.
- Randleman JB. Atlas of Corneal Imaging.
