Bestimmung des hinteren Hornhautradius mittels optischer Pachymetrie

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1 63 Bestimmung des hinteren Hornhautradius mittels optischer Pachymetrie W. Haigis, G. Strugalla Zusammenfassung Die Kombination aus IOLMaster-Keratometrie und Keratograph-Topografie mit ACMaster- Laserinterferenzpachymetrie lieferte mit ein mit dem klassischen Gullstrand-Wert von praktisch identisches Radienverhältnis. Summary Anterior corneal curvatures with the IOLMaster as well as the keratograph together with optical pachymetry with the ACMaster yielded posterior/anterior radii ratios (0.884) virtually identical with the classical Gullstrand ratio (0.883). Einleitung Moderne bildgebende Geräte zur Vorderabschnittsdiagnostik, die z. B. auf dem Scanning-slit-, dem Scheimpflug- oder dem OCT-Verfahren beruhen, erlauben heute neben vielem anderen bequem die Messung des Krümmungsradius der hinteren Hornhautfläche. Dabei ist oft nicht bekannt, inwieweit refraktive Effekte der Hornhautvorderfläche den erhaltenen Messwert in seiner Genauigkeit beeinträchtigen. Die Notwendigkeit, die Refraktion vorgelagerter brechender Flächen und andere abbildungsverzerrende Effekte zu korrigieren, ist unbestritten [1]. In welchem Maße solche Korrekturen im Einzelfall vorgenommen wurden, bleibt jedoch häufig unklar. Der Literatur lässt sich entnehmen [2, 3], dass Krümmungsradien und Abstände sich vor und nach Korrektur deutlich unterscheiden können. Als messtechnische Alternative zur Verwendung bildgebender Techniken wurden in der Vergangenheit häufig keratometrische und pachymetrische Verfahren kombiniert, so etwa von Camellin [4], der aus keratometrischen und ultraschallpachymetrischen Messungen den hinteren Hornhautradius herleitete. Dasselbe prinzipielle Vorgehen liegt der vorliegenden Studie zugrunde; allerdings wurde zum ersten Mal anstelle der Ultraschallpachymetrie die optische Laserinterferenzpachymetrie eingesetzt [5]. Material und Methoden An 87 Augen (42 OD, 47 OS) von 52 Probanden (22 w, 30 m) mit einem Durchschnittsalter von 28,1 ± 5,7 Jahren wurden die horizontalen und vertikalen Hornhautvorderradien sowohl mit einem Zeiss IOLMaster als auch einem Oculus Keratograph bestimmt. Mit einem Zeiss ACMaster wurden die zentralen und parazentralen Hornhautdicken gemessen. Letztere wurden dabei in zwei Ringen mit Durchmessern von

2 64 Biometrie/Varia r a V 1 r p H 1 d V 0 H 0 H 2 V 2 Abb. 1: Schematische Darstellung der Bestimmung des hinteren Hornhautradius r p aus dem vorderen Krümmungsradius r a, der zentralen Hornhautdicke V 0 H 0 und den peripheren Dicken V 1 H 1 und V 2 H 2 3 und 6 mm in den Positionen 3, 6, 9 und 12 Uhr bestimmt. Ein Bausch & Lomb Orbscan II wurde zusätzlich zur direkten Messung der hinteren Hornhautradien sowie der zentralen Hornhautdicke eingesetzt. Aus Krümmungsradien und parazentralen Hornhautdicken wurden sodann mathematisch Punkte der Hornhautrückfläche konstruiert, an die kreis- und ellipsenförmige Profile angepasst wurden, aus denen schließlich die hinteren kornealen Krümmungsradien resultierten (Abb. 1). Zur Zuordnung von Hornhautradien und parazentralen Hornhautdicken wurden die den jeweiligen Meridianen der Krümmungsradien am nächsten liegenden Dickenpositionen gewählt. So ergaben sich drei bzw. bei zusätzlicher Berücksichtigung des 6-mm-Ringes fünf Punkte der hinteren Hornhautfläche, durch die sich nach einfachen trigonometrischen Überlegungen [6] ein Kreis (Abb. 1) bzw. eine Ellipse legen ließ, deren (apikale) Radien den gesuchten posterioren Hornhautradien entsprachen. Ergebnisse Im Rahmen dieses Beitrags werden die Ergebnisse für die Anpassung (Kreisfit) des hinteren Flächenprofils durch ein Kreissegment vorgestellt. Die prinzipiell gleichartigen Resultate für eine elliptische Anpassung (Ellipsenfit) werden an anderen Stellen beschrieben.

3 Haigis, Strugalla: Bestimmung des hinteren Hornhautradius mittels optischer Pachymetrie 65 Hinterradius r p [mm] Orbscan II y = 0.584x R 2 = Hornhautvorderradius r a [mm] Orbscan II Gull Abb. 2: Messwerte für Hinterradien r p vs. Vorderradien r a, erhoben mit dem Orbscan II. Die graue Gerade würde sich bei Vorliegen des Gullstrand-Verhältnisses ergeben Abbildung 2 zeigt den Zusammenhang zwischen den Orbscan-Messwerten für Hinter- und Vorderradius; die Abhängigkeit, die sich bei Vorliegen des Gullstrand- Verhältnisses ergeben würde, ist ebenfalls veranschaulicht. Aus der Abbildung ist deutlich erkennbar, dass die gemessenen Hornhautrückradien zu steil sind, um dem Gullstrand-Verhältnis (0.883) zu genügen. Die Orbscan-Messungen lassen sich demnach nur durch einen kleineren Wert (0.777) für das Hornhautradienverhältnis erklären. Ein anderes Bild ergibt sich aus den Abbildungen 3 und 4, in denen die mittels Kreisfit berechneten (horizontalen) Hinterradien mit den zugrunde liegenden Messwerten für die entsprechenden Vorderradien verglichen werden. In Abbildung 3 stammen die Messwerte für den (horizontalen) Vorderradius von der Keratometrie mit dem IOLMaster, in Abbildung 4 aus der Topografie mit dem Keratograph. Wie ersichtlich ist, wird die funktionale Abhängigkeit des Hinter- vom Vorderradius abgesehen von zwei Ausreißern gut durch das Gullstrand-Verhältnis beschrieben. Vergleichbare Ergebnisse ergaben sich für die vertikalen Hornhautradien. Eine Übersicht über die erhaltenen Mess- und Berechnungsergebnisse findet sich in den Tabellen 1 und 2. Neben den Einzelergebnissen für die horizontalen und vertikalen Hornhautradien sind die darüber gemittelten Werte für IOLMaster, Keratograph und Orbscan den entsprechenden Gullstrand-Daten gegenübergestellt. Verblüffend ist die sehr gute Übereinstimmung der IOLMaster- wie auch der Keratograph-basierten Radienverhältnisse (0.884) mit dem Gullstrand-Verhältnis (0.883). Eine ebenso gute Übereinstimmung lieferte auch eine elliptische Anpassung (Ellipsenfit).

4 66 Biometrie/Varia 7.8 Berechneter Hinterradius r h [mm] Hornhautvorderradius r h [mm] IOLMaster calc Gull Abb. 3: Mittels Kreisfit berechnete horizontale Hinterradien r h vs. zugrunde liegende mittels IOLMaster gemessene horizontale Vorderradien r h. Steigung: 0.889, Korrelationskoefifizient 88,8 % 7.8 Berechneter Hinterradius r h [mm] calc Gull Hornhautvorderradius r h [mm] Keratograph Abb. 4: Mittels Kreisfit berechnete horizontale Hinterradien r h vs. zugrunde liegende mittels Keratograph gemessene horizontale Vorderradien r h. Steigung: 0.889, Korrelationskoeffizient: 88,8%

5 Haigis, Strugalla: Bestimmung des hinteren Hornhautradius mittels optischer Pachymetrie 67 IOLMaster Keratograph Meridian horizontal vertikal horizontal vertikal Vorderradius r a [mm] 7.83 ± ± ± ± 0.29 Hinterradius r p [mm] 6.97 ± ± ± ± 0.28 r p /r a ± ± ± ± Tab. 1: Messergebnisse für vertikale und horizontale korneale Vorderradien (r a ) mit IOLMaster (n = 87) und Keratograph (n = 87) sowie daraus mittels Kreisfit berechnete Hinterradien (r p ) IOLMaster Keratograph Orbscan Gullstrand Meridian MW MW MW MW Vorderradius r a [mm] 7.77 ± ± Hinterradius r p [mm] 6.87 ± ± r p /r a Tab. 2: Über vertikale und horizontale Radien gemittelte korneale Vorderradien (r a ) mit IOLMaster (n = 87) und Keratograph (n = 87) sowie daraus mittels Kreisfit berechnete Hinterradien (r p ) im Vergleich zu Messwerten mit dem Orbscan (n = 104) und Gullstrands theoretischen Werten [7] Diskussion Die in der Literatur (z. B. [8]) veröffentlichten Messwerte für den hinteren Hornhautradius sind in der überwiegenden Mehrzahl kleiner als der von Gullstrand in seinem schematischen Auge benutzte Wert von 6.8 mm. Entsprechendes gilt für das Gullstrand-Verhältnis. Während so unsere Orbscan-Ergebnisse in guter Übereinstimmung mit der Literatur stehen, gilt dies nicht für die aus der Kombination von Keratometrie/Topografie mit der Laserinterferenzpachymetrie abgeleiteten hinteren Hornhautradien der aktuellen Studie. Diese befinden sich vielmehr in perfekter Übereinstimmung mit Gullstrand. Bei den veröffentlichten Messergebnissen lassen sich wie anfangs erwähnt Zweifel bezüglich der Geometrietreue der verwendeten Messverfahren anmelden. Mit denselben Ergebnissen wie bei Gullstrand ist man zwar in sehr guter Gesellschaft, eine aktuelle Untersuchung [9] zeigte jedoch, dass Gullstrand bei der Definition seines schematischen Auges z. T. von nur sehr wenigen eigenen Messungen ausging. Weitere Messungen sind daher für eine endgültige Klärung des kornealen Radienverhältnisses angezeigt.

6 68 Biometrie/Varia Literatur 1. Huebscher H-J, Fink W, Steinbrück D, Seiler T: Scheimpflug records without distortion a mythos? Ophthalmic Res 1999;31: Ortiz S, Siedlecki D, Grulkowski I et al.: Optical distortion correction in optical coherence tomography for quantitative ocular anterior segment by three-dimensional imaging. Optics Express 2010;18(3): Dubbelman M, Sicam VADP, van der Heijde GL: The shape of the anterior and posterior surface of the aging human cornea. Vis Res 2006;46: Camellin M: Proposed formula for the dioptric power evaluation of the posterior corneal surface. Refract Corneal Surg 1990;6: Strugalla G: Zentrale und periphere Laserinterferenzpachymetrie zur Bestimmung des hinteren Krümmungsradius der Hornhaut. Dissertation 2007, Univ.-Augenklinik Würzburg 6. Bartsch HJ: Mathematische Formeln. Leipzig: VEB Fachbuch Verlag Siebeck R: Optik des menschlichen Auges. Berlin Göttingen Heidelberg: Springer Verlag Dubbelman M, Weeber HA, van der Heijde RGL et al.: Radius and asphericity of the posterior corneal surface determined by corrected Scheimpflug photography. Acta Ophthalmol Scand 2002;80: Haigis W: Zur Herkunft der Hornhautdaten des Gullstrand-Auges. In: Körber N, Kuchenbecker J, Kohnen T (Hrsg.): 24. Kongress der DGII. Köln: Biermann Verlag 2010:2010:69 74