Bestimmung der Trennlinienhöhe mit dem Videokeratographen. Diplomarbeit

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1 Fachhochschule Braunschweig/Wolfenbüttel Standort Wolfsburg Fachbereich Gesundheitswesen Bestimmung der Trennlinienhöhe mit dem Videokeratographen Diplomarbeit zur Erlangung des Grades Diplom-Ingenieur Augenoptik (FH) Erstprüferin: Zweitprüfer: Prof. Dr. med. Nicole Stübiger Dipl.-Ing. (FH) Frank Widmer Firma Hecht Contactlinsen GmbH Peter Papp Matr.-Nr Laßwehr Winsen (Luhe) Freiburg,

2 Danksagung Danksagung Als erstes möchte ich mich für die Unterstützung meines Studiums ganz herzlich bei meinen Eltern bedanken. Mein Dank gilt weiterhin Herrn Frank Widmer, der mir bei der Durchführung der Untersuchungen und der Erstellung dieser Diplomarbeit mit Rat und Tat sowie als Zweitprüfer zur Seite stand. Frau Prof. Dr. med. Stübiger danke ich für die Betreuung meiner Diplomarbeit. Auch Sie hatte immer Zeit mir meine Fragen zu beantworten und Korrekturen an meinen Entwürfen vorzunehmen. Für die Unterstützung bei der statistischen Analyse meiner Messungen möchte ich mich bei Herrn Busch bedanken. Er hatte immer ein offenes Ohr für meine auftretenden Probleme bei der Statistik. Zum Schluss möchte ich mich natürlich auch noch bei der Firma Hecht Contactlinsen GmbH für die mir gegebene Möglichkeit der Erstellung meiner Diplomarbeit in Ihrem Hause bedanken. Mein ganz besonderer Dank geht an die Angestellten, die sich als Probanden für meine Studien zur Verfügung gestellt haben.

3 Sperrvermerk Sperrvermerk Die in dieser Arbeit veröffentlichen Daten und Ergebnisse dürfen nur mit ausdrücklicher Genehmigung der Hecht Contactlinsen GmbH vervielfältigt oder veröffentlicht werden.

4 IV Inhaltsverzeichnis Tabellenverzeichnis... VII Abbildungsverzeichnis...VIII Abkürzungsverzeichnis... X 1 Einleitung Grundlagen Multifokale Kontaktlinsen Alternierende Kontaktlinsen Simultane Kontaktlinsen Anpassung alternierender bifokaler Kontaktlinsen Anatomie/Physiologie des vorderen Augenabschnitts Die Lider Lidspalte und Kanthi Die Lidmuskulatur Die Lidligamente und Tarsi Blick- und Lidbewegung Der Tränenfilm Das Corneoskleralprofil Die Pupille Die Irismuskulatur Der Pupillenregelkreis Phasischer Pupillenlichtreflex Die physiologische Pupillengröße Die scheinbare Pupillengröße Altersbedingte Pupillengröße Beleuchtungsstärke und Pupillengröße Material und Methode Digitalkamera Positionierung der Kamera Messgenauigkeit der Fotoauswertung Messung der Trennlinienhöhe durch Auswertung der digitalen Bilder Keratograph... 33

5 V Lidranduntersuchung Messgenauigkeit des Keratographen Messung der Trennlinienhöhe mit dem OCULUS Videokeratographen Trennlinienhöhenbestimmung mit Anpasskontaktlinsen Messlinsen und Spaltlampe Messung der Trennlinienhöhe mit Anpasskontaktlinsen an der Spaltlampe Probandenauswahl Messprotokoll Angewandte Statistik Kolmogorov-Smirnov-Test t-test für Differenzen Korrelationsanalyse Statistische Analyse und Ergebnisse Bezeichnung der Messungen Test auf Normalverteilung der Daten Foto Keratographenmessung mit normaler Kinnstützenbenutzung Keratographenmessung mit angepasster Kopfhaltung in der Kinnstütze Messlinsenergebnisse Vergleich der Keratographenmessungen mit den Ergebnissen der Fotoauswertung Vergleich zwischen den Messungen von normaler Kinnstützenbenutzung und Foto t-test für Differenzen Korrelation zwischen den Messungen Vergleich zwischen den Messungen mit angepasster Kopfhaltung und Foto t-test für Differenzen Korrelation zwischen den Messungen Box-Whisker-Plot der Messungen mit 50 Fällen... 54

6 Tabellenverzeichnis VI 5.4 Vergleich der Messungen mit dem Keratographen und des Fotos mit den Messlinsen Vergleich der Messungen von Foto und Linse t-test für Differenzen Korrelation zwischen den Messungen Vergleich der Messungen von normaler Kinnstützenbenutzung und Linse t-test für Differenzen Korrelation zwischen den Messungen Vergleich der Messungen von angepasster Kopfhaltung und Linse t-test für Differenzen Korrelation zwischen den Messungen Box-Whisker-Plot der Messungen mit 30 Fällen Diskussion Zusammenfassung Literaturverzeichnis Anhang I CAD Zeichnung der Lidrandschablone Anhang II Messwerte zur Ermittlung der Genauigkeit des Keratographen Anhang III Versuchsaufbauten für die Fotoaufnahmen Anhang IV Messprotokoll Anhang V Rohdaten der Messungen Ehrenwörtliche Erklärung... 78

7 Tabellenverzeichnis VII Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Äußere Einstellbewegung des Auges Tabelle 2: Abkürzungserklärung der Messungen Tabelle 3: Ergebnisse des t-tests für Differenzen bei den Messungen mit normaler Kinnstützenbenutzung und Foto Tabelle 4: Ergebnisse des t-tests für Differenzen bei den Messungen mit angepasster Kopfhaltung und Foto Tabelle 5: Ergebnisse des t-tests für Differenzen bei den Messungen mit Foto und Linse Tabelle 6: Ergebnisse des t-tests für Differenzen bei den Messungen mit normaler Kinnstützenbenutzung und Linse Tabelle 7: Ergebnisse des t-tests für Differenzen bei den Messungen mit angepasster Kopfhaltung und Linse Tabelle 8: Zusammenfassung der Ergebnisse der statistischen Analyse Tabelle 9: Mittelwerte der Messungen Tabelle 10: Ergebnisse der Messung zur Ermittlung der Messgenauigkeit des Keratographen Tabelle 11: Messwerte der Ermittlung der Messgenauigkeit für die Fotoauswertung des Versuchsaufbaus A Tabelle 12: Messwerte der Ermittlung der Messgenauigkeit für die Fotoauswertung des Versuchsaufbaus B... 75

8 Abbildungsverzeichnis VIII Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Theoretischer Aufbau einer bifokalen Kontaktlinse... 2 Abbildung 2: Blick durch bifokale Brillengläser... 3 Abbildung 3: Blick durch bifokale Kontaktlinsen... 3 Abbildung 4: Bifokale alternierende Kontaktlinse in Front und Seitenansicht... 4 Abbildung 5: Verschiedene Ausführungen der Nahsegmente... 5 Abbildung 6: Alternierende Kontaktlinsen mit konzentrisch angeordneten Zonen... 6 Abbildung 7: Konzentrische alternierende Kontaktlinse mit drei Stärken (Trifokal)... 7 Abbildung 8: Sitz einer bifokalen Kontaktlinse beim Blick in die Ferne8 Abbildung 9: Sitz einer bifokalen Kontaktlinse beim Blick in die Nähe 9 Abbildung 10: Lidspaltenhöhe Abbildung 11: Position des Unterlides Abbildung 12: Idealstellung der Lider Abbildung 13: Tiefe Unterlidstellung Abbildung 14: Querschnitt durch ein Oberlid Abbildung 15: Bandapparat der unteren Augenmuskulatur Abbildung 16: Muskeln der Augenlider und dem oberen Teil des Gesichts Abbildung 17: Schematische Darstellung des Tarsus und Septum orbitale Abbildung 18: Schematischer Schichtaufbau des Tränenfilms Abbildung 19: Einteilung des Corneoskleralprofils Abbildung 20: Aufbau der Iris Abbildung 21: Vereinfachte Darstellung des Regelkreises der Pupillenlichtreflexe Abbildung 22: Scheinbarer Pupillendurchmesser in Abhängigkeit von der Vorderkammertiefe Abbildung 23: Mittlere Pupillendurchmesser als Funktion des Alters.. 26 Abbildung 24: Pupillenweite in Abhängigkeit von der Beleuchtung Abbildung 25: Versuchsaufbau für die Aufnahme des digitalen Fotos.. 31

9 Abbildungsverzeichnis IX Abbildung 26: Aufnahme des Fotos Abbildung 27: Aufnahme für die Fotoauswertung Abbildung 28: OCULUS Keratograph Abbildung 29: Bild des Keratographen zur Lidranduntersuchung Abbildung 30: Lidrandmessung der Kalibrierkugel mit Schablone Abbildung 31: Proband bei der Keratographenmessung mit normaler Kinnstützenbenutzung Abbildung 32: Bild des Keratographen für die Bestimmung der Trennlinienhöhe bei normaler Kinnstützenbenutzung.. 38 Abbildung 33: Proband bei der Keratographenmessung mit an die habituelle Lidposition angepasster Kopfhaltung in der Kinnstütze Abbildung 34: Test auf Normalverteilung der Messung Foto Abbildung 35: Test auf Normalverteilung der Messung mit normaler Kinnstützenbenutzung Abbildung 36: Test auf Normalverteilung der Messung mit angepasster Kopfhaltung Abbildung 37: Test auf Normalverteilung der Messung Linse Abbildung 38: Korrelation zwischen den Messungen mit normaler Kinnstützenbenutzung und Foto Abbildung 39: Korrelation zwischen den Messungen mit angepasster Kopfhaltung und Foto Abbildung 40: Box-Whisker-Plot der Messungen mit 50 Fällen Abbildung 41: Korrelation zwischen den Messungen mit Foto und Linse Abbildung 42: Korrelation zwischen den Messungen mit normaler Kinnstützenbenutzung und Linse Abbildung 43: Korrelation zwischen den Messungen mit angepasster Kopfhaltung und Linse Abbildung 44: Box-Whisker-Plot der Messungen mit 30 Fällen Abbildung 45: CAD Zeichnung für die Herstellung der Lidrandschablone Abbildung 46: Skizze des Versuchsaufbaus für die Pilotstudie der Kameraperspektive... 73

10 Abkürzungsverzeichnis X Abkürzungsverzeichnis ang. Kopfh. angepasste Kopfhaltung DIN Deutsches Institut für Normung e. V. dpt Dioptrie EN Europäische Norm Geschl. Geschlecht LED Light Emitting Diode lx Lux m männlich µm Mikrometer mm Millimeter ms Millisekunde MW Mittelwert N Anzahl der Fälle (Augen) norm. Kinnst. normale Kinnstützenbenutzung Nr. Nummer S. Seite sog. sogenannt Stabw. Standardabweichung usw. und so weiter w weiblich x Standardabweichung

11 1 Einleitung 1 1 Einleitung Da durch die demographische Entwicklung der deutschen Bevölkerung die Gruppe der Presbyopen einen wachsenden Anteil darstellt, ist eine effektive Methode für die Anpassung von Mehrstärkenlinsen aus wirtschaftlicher Sicht von großer Bedeutung. Hinzu kommt, das heutzutage viele Menschen mit beginnender Presbyopie bereits Kontaktlinsen tragen und dies auch weiterhin wollen. Somit ist klar, dass das im Folgenden beschriebene neue Verfahren von hoher Aktualität ist. Für die Anpassung von alternierenden bifokalen Kontaktlinsen ist die genaue Bestimmung der Trennlinie von großer Relevanz. Ist sie nicht richtig bestimmt, kann es zu unscharfem Sehen kommen oder das Nahteil nicht optimal genutzt werden. Bis jetzt wird die Trennlinie mit Hilfe von Messlinsen und einer Spaltlampe bestimmt. Ein zusätzliches Programm des OCU- LUS Keratographen, das speziell für die Messung der Strecke zwischen Pupillenunterrand und Unterlidkante entwickelt wurde, soll in dieser Arbeit auf seine Funktionalität hin untersucht werden. Mit Hilfe dieses Programms soll es möglich sein alternierende, bifokale Kontaktlinsen ohne Messlinsen anzupassen. Ziel dieser Arbeit ist es, in einer systematischen Reihenuntersuchung mit einer Gruppe von Versuchspersonen herauszuarbeiten, in wieweit die Trennlinienbestimmung mit dem Videokeratographen, der bereits im Vorfeld bei Testanpassungen angewendet worden ist, sich als zuverlässiges und vergleichbares Verfahren zu der bereits üblichen Messmethode bestätigt. Hierzu sollen vergleichend Messmethoden wie die Fotographie, unter Umständen verschiedene Messungen am Videokeratographen und anschließend die Trennlinienhöhenbestimmung mit Anpasskontaktlinsen durchgeführt, statistisch ausgewertet und analysiert werden.

12 2 Grundlagen 2 2 Grundlagen 2.1 Multifokale Kontaktlinsen Ein optisches System, das mehr als einen Fokus aufweist, bezeichnet man als Multi- (vielfach) fokales System. Da Kontaktlinsen für die Korrektion von Ametropie und Presbyopie mindestens einen Fokus für die Korrektion der Ferne und der Nähe haben müssen, werden diese Linsen unter dem Begriff Multifokal zusammen gefasst. Für die Presbyopiekorrektion mit multifokalen Kontaktlinsen unterscheidet man grundsätzlich zwischen alternierenden und simultanen Systemen. Beide Systeme finden bei weichen, sowie bei formstabilen Kontaktlinsen Anwendung. Dabei wird das alternierende System hauptsächlich bei formstabilen Linsen angewandt, da sich diese besser auf dem Auge verschieben lassen. Das simultane Prinzip kommt häufiger bei weichen Kontaktlinsen zum Einsatz Alternierende Kontaktlinsen Alternierende Kontaktlinsen sind vom Prinzip her aufgebaut wie bifokale Brillengläser (siehe Abbildung 1), bei denen das Nahteil durch Blicksenkung vor der Pupille positioniert wird. F N Abbildung 1: Theoretischer Aufbau einer bifokalen Kontaktlinse 2 Die Linse ist in zwei Zonen mit unterschiedlichen optischen Wirkungen aufgeteilt. Das Fernteil (F) korrigiert die Ametropie, wohingegen das Nahteil (N) den erforderliche Nahzusatz enthält. 1 Vgl. Muckenhirn, D., Festlegung der Trennungslinie bei bifokalen Kontaktlinsen, o. J., o. S. 2 Bach, P., Die Anpassung von Mehrstärkenkontaktlinsen, 1995, S. 19.

13 2 Grundlagen 3 Wie bei der Zentrierung von Mehrstärkengläsern ist auch bei der Anpassung von alternierenden, bifokalen Kontaktlinsen eine genaue Positionierung des Nahteils relativ zur Pupille von großer Bedeutung. Bei der Brille ist die Positionierung des Nahteils vor der Pupille bei Blicksenkung kein Problem, da die Fassung zum Auge eine fixe Position hat (siehe Abbildung 2). Die gesamte Strecke der Blicksenkung kann genutzt werden. Abbildung 2: Blick durch bifokale Brillengläser 3 Da Kontaktlinsen jedoch den Blickbewegungen des Auges folgen, ist die Positionierung des Nahsegments vor der Pupille bei Blicksenkung (siehe Abbildung 3) schwieriger umzusetzen. Abbildung 3: Blick durch bifokale Kontaktlinsen 4 Im Gegensatz zum fixen, zentrischen Sitz einer Brille relativ zum Auge, bewegen sich bifokale Kornealinsen auf der Hornhaut, wodurch der Sitz nicht statisch sein kann. Er wird außerdem von den anatomischen Gegebenheiten des 3 Bach, P., Die Anpassung von Mehrstärkenkontaktlinsen, 1995, S Bach, P., Die Anpassung von Mehrstärkenkontaktlinsen, 1995, S. 17.

14 2 Grundlagen 4 vorderen Augenabschnitts maßgeblich beeinflusst, die bei der Anpassung mit berücksichtigt werden müssen. Eine gewisse Beweglichkeit ist aus physiologischen Gründen auch dringend erforderlich, um den Metabolismus der Hornhaut nicht zu beeinträchtigen. Durch die so mögliche Verschiebung relativ zur Pupille, kann das Nahteil in die richtige Position gelangen. Aus der Aufteilung der Linse in zwei übereinanderliegende optische Zonen, resultiert eine Rotationsabhängigkeit der Linse. So ist die horizontale Ausrichtung der Trennlinie unabdingbar für die richtige Funktion der Linse. Ein Prismenballast mit Basis 270 in der Linse sorgt dafür, das sich diese immer in die richtige Lage orientiert. Aus dem Prisma in der Linse resultiert, wie in Abbildung 4 dargestellt, eine Keilform. Dank des Oberlides ist die dickste Stelle, also das Nahteil, immer unten. Die Stützkante bewirkt eine bessere Auflage der Linse auf dem Unterlid und verhindert, dass die Linse hinter das Unterlid rutscht 5. F N F N Abbildung 4: Bifokale alternierende Kontaktlinse in Front und Seitenansicht 6 Unter dem Fernteil (F) ist das Nahteil (N) angeordnet. Ein Teil des Nahsegmentes ist abgeschliffen und bildet so die Stützkante, die die Unterlidauflage verbessert. Ein Prisma mit Basis 270 sorgt für die Keilform der Linse. Die optischen Mittelpunkte von Fern- und Nahteil werden beide auf der Trennlinie platziert, damit ist Bildsprungfreiheit garantiert. Es entstehen keine Doppelbilder. Das Nahteil rutscht mit jedem Lidschlag kurzzeitig vor die Pupille, wodurch es zu einer unscharfen Wahrnehmung kommen kann. Durch die Bildsprungfreiheit hat man beim Wechsel von Ferne zur Nähe den Eindruck eines absolut kontinuierlichen Übergangs 7. Durch die klare Abgrenzung der opti- 5 Vgl. Muckenhirn, D., Festlegung der Trennungslinie bei bifokalen Kontaktlinsen, o. J., o. S. 6 Eigene Darstellung. 7 Vgl. Muckenhirn, D., Festlegung der Trennungslinie bei bifokalen Kontaktlinsen, o. J., o. S.

15 2 Grundlagen 5 schen Zonen ergibt sich ein großes Fern- und Nahteil mit guter Bildqualität und uneingeschränktem Kontrast 8. Alternierende Kontaktlinsen gibt es mit verschiedenen Ausführungen der Nahsegmente (siehe Abbildung 5). Ihre Anpassung unterscheidet sich jedoch nicht maßgeblich. F N F N F N Abbildung 5: Verschiedene Ausführungen der Nahsegmente 9 Der Verlauf der Trennlinie wird vom Hersteller bestimmt. Eine gerade Trennlinie weist eine ausgeprägtere Kante auf, an der sich Ablagerungen bilden können. Bei den nach oben gebogenen Trennlinien wird der Materialüberstand weggeschnitten. Man spricht dabei vom Verblenden der Trennkante. Die Segmente für die Ferne (F) und Nähe (N) sind übereinander angeordnet. Die Segmente für die Fern- und Nahwirkung sind übereinander angeordnet, um sie durch Verschiebung richtig vor der Pupille zu positionieren. Die unterschiedlichen optischen Wirkungen werden durch zwei Radien auf der Vorderoder Rückfläche erzeugt. Am gebräuchlichsten ist es, die Nahwirkung auf der Vorderfläche anzubringen, da hier der Brechungsindex der Tränenflüssigkeit nicht berücksichtigt werden muss. Bei einem Nahteil auf der Rückfläche muss die optische Wirkung rund dreimal höher sein, als der tatsächlich benötigte Zusatz. Des weiteren können bifokale Kontaktlinsen auch aus unterschiedlich stark brechenden Materialien verschmolzen werden. Dabei hat das Nahteil einen höheren Brechungsindex und so auch eine stärkere optische Wirkung Vgl. Dremmel, S.H.; u.a., Presbyopiekorrektion mit Kontaktlinsen, 1998, S Baron, H., Kontaktlinsen, 1991, S Vgl. Baron, H., Kontaktlinsen, 1991, S. 163.

16 2 Grundlagen 6 Eine weitere Möglichkeit alternierende Kontaktlinsen herzustellen besteht darin, die Segmente nicht übereinander, sondern konzentrisch anzuordnen (siehe Abbildung 6). Dadurch entfällt die Rotationsabhängigkeit und somit die Notwendigkeit der Stabilisierung durch Prismen oder Stützkante. F N N F Abbildung 6: Alternierende Kontaktlinsen mit konzentrisch angeordneten Zonen 11 Entweder das Fernteil (F) oder das Nahteil (N) kann im Zentrum der Linse eingearbeitet sein. Das alternierende Prinzip bleibt jedoch erhalten, da bei Blicksenkung sich die Kontaktlinse verschiebt. Das Fernteil befindet sich in der Mitte der Kontaktlinse und das Nahteil schließt sich peripher an. Es gibt diese Linsen auch in umgekehrtem Aufbau, sodass sich das Nahteil vor der Pupille befindet. Je nach Größe und Lage der Segmente wird das alternierende Sehen vom simultanen begleitet und es findet eine Vermischung der Visualprinzipien statt. Dies wird von Linsen ausgenutzt, die eine dritte Zone zwischen Ferne und Nähe haben (siehe Abbildung 7), sog. Trifokallinsen. Durch diesen Zwischenbereich befinden sich mehrere Stärken gleichzeitig vor der Pupille und es liegt an der visuellen Selektivität des Trägers, Ferne und Nähe getrennt wahrzunehmen Bach, P., Die Anpassung von Mehrstärkenkontaktlinsen, 1995, S Vgl. Bach, P., Die Anpassung von Mehrstärkenkontaktlinsen, 1995, S. 19.

17 2 Grundlagen 7 N F Z Abbildung 7: Konzentrische alternierende Kontaktlinse mit drei Stärken (Trifokal) 13 Zwischen dem Fernteil (F) und dem Nahteil (N) befindet sich noch ein Zwischenbereich (Z), welcher eine Korrektion für den Übergang zwischen Fern- und Nahsicht enthält Simultane Kontaktlinsen Das simultane Visualprinzip bietet dem Auge mehrere Seheindrücke gleichzeitig, wobei jeder für eine andere Entfernung scharf abbildend ist. Dabei werden verschiedene optische Zonen vor der Pupille gleichzeitig angeboten. Der Aufbau von simultanen Kontaktlinsen ist im Prinzip der gleiche wie in Abbildung 6. Die Größe der zentralen Zone richtet sich nach der Pupillengröße des Kunden. Die Zone muss kleiner als die Pupille sein, damit die peripher anschließende zweite Zone ebenfalls mit zur Abbildung auf der Netzhaut beiträgt. Es überlagern sich alle entstehenden Bilder auf der Netzhaut, wobei das angeblickte Objekt den höchsten Kontrast aufweist und somit das Gehirn das richtige Bild selektiert. Die Fähigkeit, das richtige Bild zu selektieren und das unscharf abgebildete Bild zu unterdrücken, ist nicht bei jedem Menschen gleich gut, sodass dieses Prinzip der Presbyopiekorrektion nicht bei jedem funktioniert 14. Durch die Überlagerung der Bilder auf der Netzhaut kommt es zu einer Einschränkung im Kontrastsehen, was manche Kunden nicht tolerieren können, da sie einen höheren Visusanspruch haben. Somit eignen sich hier zur Versorgung alternierende bifokale Kontaktlinsen am besten, da sie das Kontrastsehen nicht einschränken. 13 Bach, P., Struktur und Methodik in der Anpassung von Mehrstärkenkontaktlinsen, 2000, S Vgl. Bach, P., Struktur und Methodik in der Anpassung von Mehrstärkenkontaktlinsen, 2000, S. 14.

18 2 Grundlagen 8 Es gibt mehrere optische Möglichkeiten simultane Abbildungen zu ermöglichen, welche zu erklären jedoch nicht Teil dieser Arbeit sind, da diese sich mit alternierenden Systemen auseinandersetzt. 2.2 Anpassung alternierender bifokaler Kontaktlinsen Um in der Ferne scharf zu sehen, bedarf es einer 100 % Abdeckung der Pupille durch das Fernteil (siehe Abbildung 8). Dies ist nötig, da beim Blick in die Ferne auch das gesamte Gesichtsfeld genutzt wird. Ist der obere Linsenrand zu tief, kann es zu Reflexen an der Linsenkante kommen, die der Kunde als störend wahrnimmt. Folglich ist bei der Anpassung darauf zu achten, dass die obere Fernzonenbegrenzung über den Pupillenrand hinausreicht. Abbildung 8: Sitz einer bifokalen Kontaktlinse beim Blick in die Ferne 15 Beim Blick in die Nähe senkt sich das Auge hinter der Kontaktlinse nach unten. Dadurch verschiebt sich die Kontaktlinse, da sie auf dem Unterlid aufliegt, nach oben (siehe Abbildung 9). Dies ist soweit möglich, bis die Linse über den Limbus auf die Sklera verschoben ist. Liegt die Linse oben an der Sklera an, so ist keine weitere vertikale Verschiebung mehr möglich. Um die Trennlinie des Nahteils bis zur oberen Pupillengrenze zu verschieben, müsste die Linse um den gesamten Pupillendurchmesser nach oben verschoben werden, also 3-4 mm. Dies ist in der Regel nicht zu erreichen, weshalb man einen Kompromiss eingeht. Aus der Anpasserfahrung hat sich gezeigt, dass beim Blick in die Nähe eine Bedeckung der Pupille von 66 bis 75 % ausreichend ist. Da anders, als 15 Muckenhirn, D., Festlegung der Trennungslinie bei bifokalen Kontaktlinsen, 1989.

19 2 Grundlagen 9 beim Blick in die Ferne, in der Nähe vornehmlich das foveale Sehen beansprucht wird, werden die durch das Fernteil unscharf abgebildeten Bereiche als nicht störend wahrgenommen 16. Abbildung 9: Sitz einer bifokalen Kontaktlinse beim Blick in die Nähe 17 Um ein in der Nähe befindliches Objekt zu betrachten, senken sich nicht nur die Augen, sondern auch der Kopf. Bei einem Objekt das 30 von der ursprünglichen Blickrichtung entfernt ist, senkt sich der Kopf um 10 und die Augen um 20. Aus einer Senkung der Augen um 20 resultiert eine Verschiebung der Linse um durchschnittlich 2,2 mm nach oben. Somit wird bei einer durchschnittlichen Pupillenweite von drei Millimetern eine ausreichende Verschiebung der Linse erreicht (siehe Abschnitt ) 18. Vorraussetzung dafür ist der richtige Sitz der Kontaktlinse. Eine frei bewegliche Linse garantiert ein schnelles Absinken der Linse nach jedem Lidschlag, sodass die Linse im unteren Bereich der Hornhaut sitzt oder auf dem Unterlid aufliegt. Dieser frei bewegliche Sitz der Kontaktlinse muss durch entsprechende Anpassmodifikationen erreicht werden Vgl. Muckenhirn, D., Festlegung der Trennungslinie bei bifokalen Kontaktlinsen, Muckenhirn, D., Festlegung der Trennungslinie bei bifokalen Kontaktlinsen, Vgl. Muckenhirn, D., Festlegung der Trennungslinie bei bifokalen Kontaktlinsen, Vgl. Hecht, Formstabile Mehrstärken-Contactlinsen Möglichkeiten und Grenzen, o. J., S. 68, 73.

20 2 Grundlagen Anatomie/Physiologie des vorderen Augenabschnitts Die im folgenden Abschnitt erläuterten anatomischen Gegebenheiten des vorderen Augenabschnitts beim Kunden, sind ausschlaggebend für eine erfolgreiche Anpassung. Für den Anpasser ist es deshalb von vornherein wichtig zu wissen, welche Umstände eine Anpassung nahezu unmöglich machen Die Lider Lidspalte und Kanthi Die Lidspalte wird von Ober- und Unterlid gebildet. Sie ist ca. 30 mm lang und 15 mm hoch. Als Kanthus bezeichnet man den Augenwinkel, der temporale hat eine Größe von 30 bis 40 und bei weit geöffneten Augen kann er bis zu 60 groß sein. Der nasale Augenwinkel hat eine eher rundliche Gestalt. Der temporale Augenwinkel ist 5 bis 7 mm von den Knochen der Augenhöhle entfernt und liegt am Auge an. Der nasale Augenwinkel kann bis zu 6 mm Abstand vom Auge haben. In ihm befindet sich auch die Karunkel, die vom Tränensee umgeben ist 21. Die Lidkante ist ca. 30 mm lang und 2 mm breit. Die temporale Lidkante, welche 5 Sechstel der gesamten Lidkante umfasst, hat eine scharfe Begrenzung und ist mit Wimpern ausgestattet. Das nasale letzte Sechstel ist abgerundet und wimpernfrei. Auf ihm befindet sich das Tränenpünktchen. Die Wimpern befinden sich an der Lidkante. Am Oberlid sind es rund 150 und am Unterlid rund 75, welche in zwei oder drei Reihen hintereinander angeordnet sind. Zwischen den Wimpern und den Ausführungsöffnungen der Meibomschen Drüsen verläuft als graue Linie die Grenzfläche zwischen vorderem- und hinterem Lid 22. Die Form der Lidspalten ist bei jedem individuell. Zum einen gibt es unter- 20 Vgl. Muckenhirn, D., Festlegung der Trennungslinie bei bifokalen Kontaktlinsen, Vgl. Berke, A., Biologie des Auges, 1999, S Vgl. Berke, A., Biologie des Auges, 1999, S

21 2 Grundlagen 11 schiedliche Lidspaltenhöhen (siehe Abbildung 10), aber auch die Positionierung der Lider ist recht unterschiedlich (siehe Abbildung 11). Dies muss bei der Anpassung von alternierenden Kontaktlinsen natürlich berücksichtigt werden, da die Nahteilhöhe direkt von der Positionierung des Unterlides abhängig ist. Eine ideale Lidstellung, wie in Abbildung 12, findet man nicht immer vor. Abbildung 10: Lidspaltenhöhe 23 Die Position von Ober- und Unterlid ist bei jedem Menschen individuell. Abbildung 11: Position des Unterlides 24 Der Position des Unterlides kommt bei der Anpassung bifokaler, alternierender Kontaktlinsen besondere Aufmerksamkeit zu. 23 Bach, P., Die Anpassung von Mehrstärkenkontaktlinsen, 2000 S Bach, P., Die Anpassung von Mehrstärkenkontaktlinsen, 2000 S. 16.

22 2 Grundlagen 12 Abbildung 12: Idealstellung der Lider 25 Die in dieser Skizze dargestellte Lidposition ist die ideale Ausgangssituation für die Anpassung bifokaler, alternierender Kontaktlinsen. Bei einer tiefen Stellung des Unterlides (siehe Abbildung 13), sinkt die Kontaktlinse bis in den Limbus ab. Um nun eine Verschiebung der Kontaktlinse zu erreichen, muss erst der Kontakt zwischen Unterlid und Kontaktlinse hergestellt werden, wodurch der größte Teil der Blicksenkung dafür verbraucht wird, den Abstand zwischen Limbus und Lid auszugleichen. Bei solchen anatomischen Gegebenheiten ist es sehr schwer eine alternierende bifokale Kontaktlinse anzupassen, da der Blick sehr stark gesenkt werden muss, was zu erheblichen Anstrengungen der Augen führt 26. Abbildung 13: Tiefe Unterlidstellung 27 Bei einer zu tiefen Unterlidstellung tritt eine Verschiebung der Kontaktlinse erst nach starker Blicksenkung ein, da erst der Kontakt zwischen Kontaktlinse und Unterlid hergestellt werden muss. 25 Bach, P., Die Anpassung von Mehrstärkenkontaktlinsen, 2000 S Vgl. Dremmel, S. H., Presbyopiekorrektion mit Kontaktlinsen, 1998, S Bach, P., Die Anpassung von Mehrstärkenkontaktlinsen, 2000 S. 16.

23 2 Grundlagen Die Lidmuskulatur Die Lidmuskulatur (siehe Abbildung 14) ist, im Verhältnis zur Masse des Gewebes, welches sie bewegt, relativ stark ausgebildet. Abbildung 14: Querschnitt durch ein Oberlid28 Das Bild zeigt den Verlauf der Lidmuskulatur. Für das Öffnen der Lider sind der Musculus levator palpebrae sowie der Musculus tarsalis zuständig. Beim Schließen kommen der Musculus orbicularis oculi sowie der Riolansche Muskel zum Einsatz. Für das Öffnen und Offenhalten der Lider sind der Musculus levator palpebrae und der Musculus tarsalis verantwortlich. Das Schließen der Lider übernimmt der Musculus orbicularis oculi Berke, A., Biologie des Auges, 1999, S. 13. Vgl. Berke, A., Biologie des Auges, 1999, S. 12.

24 2 Grundlagen 14 Der Musculus levator palpebrae verläuft von der Spitze der Orbita ausgehend oberhalb des Musculus rectus superior. Ab dem Septum orbitale fächert er sich in die Aponeurose auf, dessen Ausläufer bis an den oberen Rand des oberen Tarsus, sowie durch den Musculus orbicularis oculi bis zur prätarsalen Lidhaut verlaufen. Durch die Verbindung mit der prätarsalen Lidhaut bildet er die O- berlidfalte. Dem Musculus levator palpebrae steht im Unterlid kein vergleichbarer Muskel gegenüber, der das Unterlid bewegt. Es wird durch die kapsulopalpebrale Fascie (Fascia capsulopalpebralis, siehe Abbildung 15), welche eine Verlängerung der Muskelscheide des Musculus rectus inferior darstellt, bei Blicksenkung nach unten mitgezogen 30. Abbildung 15: Bandapparat der unteren Augenmuskulatur 31 Die Verbindung zwischen dem Tarsus des Unterlides und dem Musculus rectus inferior ist durch die Fascia capsulopalpebralis hergestellt. Somit wird bei Kontraktion des Musculus rectus inferior das Unterlid durch die Fascia capsulopalpebralis nach unten gezogen. Der Musculus tarsalis dient, wie schon erwähnt, der Offenhaltung der Lider. Er befindet sich im oberen, als auch im unteren Lid. Er geht oben vom Musculus rectus superior aus und inseriert am oberen Tarsusrand sowie an der fornikalen Bindehaut. Der untere Musculus tarsalis geht vom Musculus rectus inferior sowie vom Musculus obliquus inferior aus und ist ebenfalls am unteren Tarsus und an der unteren fornikalen Bindehaut befestigt. Es handelt sich um glatte Muskulatur, welche vom sympathischen Nervensystem gesteuert wird Vgl. Berke, A., Biologie des Auges, 1999, S Berke, A., Biologie des Auges, 1999, S Vgl. Berke, A., Biologie des Auges, 1999, S. 14.

25 2 Grundlagen 15 Die Fasern des Musculus orbicularis oculi (siehe Abbildung 16) verlaufen in konzentrischen, elliptischen Ringen um die Lidspalte herum. Er befindet sich unterhalb der Lidhaut und erstreckt sich von den Lidkanten über den Tarsus, das Septum orbitale und die angrenzenden Knochen des Gesichtes und der Stirn hinweg 33. Abbildung 16: Muskeln der Augenlider und dem oberen Teil des Gesichts 34 Auf dem Bild ist der ringförmige Verlauf des Musculus orbicularis oculi um die Lidspalte dargestellt Die Lidligamente und Tarsi Die Lidligamente (siehe Abbildung 17) bestehen aus dichtem Bindegewebe und verbinden die Tarsi mit der Orbita. Somit geben die Ligamente die Lage der Lider vor. Das Bindegewebe der Orbita verstärkt die Ligamente von hinten. Es handelt sich hierbei um die Fascien der oberen und unteren äußeren Augenmuskeln, die Aponeusrosen des Musculus rectus lateralis, sowie des Musculus levator palpebrae. Durch diese Verknüpfung der Augenmuskeln und dem vorderen Orbitalgewebe mit den Lidern, folgen diese den Blickbewegungen des Auges entsprechend. 33 Vgl. Berke, A., Biologie des Auges, 1999, S Berke, A., Biologie des Auges, 1999, S. 15.

26 2 Grundlagen 16 Abbildung 17: Schematische Darstellung des Tarsus und Septum orbitale 35 Die Tarsi sind durch die Ligamente mit den Knochen der Augenhöhle verbunden. Die Tarsi gehen in das Septum über. Mit zunehmenden Alter erschlaffen die Lidligamente, wodurch eine stabile Position der Lider nicht mehr möglich ist und sich z. B. ein Ektropium bilden kann, da die Lidkanten nicht mehr eng am Auge anliegen. Auch langjähriges Kontaktlinsentragen kann zum Erschlaffen der Lider führen, da durch die ständige Manipulation durch das Ein- und Aussetzen der Kontaktlinsen die Elastizität der Ligamente verloren geht 36. Für die Stabilität der Lider sorgen die Tarsi (siehe Abbildung 17). Sie bestehen aus dichtem, fibrösem Gewebe. Zum Rand hin gehen sie kontinuierlich in das Septum orbitale über. Die Dicke der Tarsi beträgt ca. 1 mm, die Höhe des oberen Tarsus 11 mm und die des Unteren 5 mm. Am Rand sind sie durch die Lidligamente mit der Orbita verbunden. Das Septum (siehe Abbildung 17) bildet den Übergang zwischen Augenlidern und Orbita. Es bildet außerdem eine Barriere, durch die keine Krankheitserreger in die Augenhöhle eindringen können. Es besteht aus beweglichem Bindegewebe, sodass es in der Lage ist, die Bewegungen des Auges mitzumachen. Mit zunehmendem Alter kommt es im schwächer ausgeprägten, unteren Bereich dazu, dass das Septum nicht mehr stark genug ist, das Orbitalfett zu stützen, welches dann nach vorne fällt und es zu 35 Berke, A., Biologie des Auges, 1999, S Vgl. Berke, A., Biologie des Auges, 1999, S

27 2 Grundlagen 17 zu den bekannten Tränensäcken kommen kann Blick- und Lidbewegung Wie bereits erwähnt, bewegen sich die Lider den Augenbewegungen entsprechend mit, sodass die Ebene der Lidspalte immer senkrecht zur Sehachse des Auges steht. Die Lidbewegung ist bei vertikalen Bewegungen stärker ausgeprägt, als bei horizontalen Bewegungen. Beim Blick nach temporal dauert die temporale Bewegung des Unterlides ein bis zwei Sekunden, da es nicht durch direkten Einfluss eines Muskels bewegt wird. Lediglich der vom Musculus rectus lateralis auf den temporalen Kanthus ausgeübte Zug übt eine Kraft auf das Unterlid aus. Eine Augenbewegung zur Nase hin hat jedoch eine schnelle Reaktionszeit des Unterlides von rund 250 ms zur Folge, da der Musculus orbicularis oculi dafür sorgt. Beim Blick nach oben bewegt sich das Oberlid parallel zum Auge mit. Das liegt daran, das der Musculus rectus superior und der Musculus levator palpebrae eine assoziierte Kontraktion durchführen. Dabei wird der Musculus rectus inferior gehemmt und passiv gedehnt. Nun kann auch das Unterlid durch die Anspannung der präseptalen Fasern des Musculus orbicularis nach oben bewegt werden. So ergibt sich beim Blick nach oben eine kaum veränderte Lidspaltenhöhe. Beim Blick nach unten entspannen sich der Musculus levator palpebrae und der Musculus rectus superior gleichzeitig, sodass sich das Oberlid genauso schnell nach unten bewegt, wie das Auge. Es findet also keine Änderung des Verhältnisses zwischen Apex der Hornhaut und Oberlid statt. Durch die Kontraktion des Musculus rectus inferior übt er einen Zug auf die Fascien (siehe Abbildung 15) aus, wodurch das Unterlid um zwei bis drei Millimeter nach unten bewegt wird 38. Nach einer 1989 durchgeführten Untersuchung der äußeren Einstellbewegung des Auges von D. Muckenhirn senkt sich das Unterlid bei Blicksenkung um ca. die Hälfte der Strecke, die das Oberlid derweil zurücklegt (siehe Tabelle 1). Somit verengt sich die Lidspalte beim Blick nach unten. Es wurde ebenfalls ermittelt, dass sich das Auge um den gleichen Betrag wie das Lid senkt, näm- 37 Vgl. Berke, A., Biologie des Auges, 1999, S Vgl. Berke, A., Biologie des Auges, 1999, S. 23f.

28 2 Grundlagen 18 lich durchschnittlich um 0,23 mm pro Grad Blicksenkung 39. Tabelle 1: Äußere Einstellbewegung des Auges 40 pro Grad Blicksenkung des Auges senkt sich das Oberlid um 0,23 mm senkt sich das Unterlid verengt sich die Lidspalte um 0,11 mm um 0,12 mm Somit erklärt sich, wie die in Abschnitt 2.2 erwähnte Verschiebung der Kontaktlinse zustande kommt. Eine Blicksenkung von 20 hat eine relative Verschiebung von 2,2 mm zufolge. Bei einer durchschnittlichen Pupillenweite von 3 mm ergibt dies eine Abdeckung der Pupille durch das Nahteil von rund 73% Der Tränenfilm Die bei geöffnetem Auge sichtbare Hornhaut und Bindehaut wird vom Tränenfilm bedeckt. Dabei erfüllt er mehrere Aufgaben: - Abtransport von Fremdkörpern und abgestoßenen Epithelzellen, - Versorgung von Epithel und Stroma der Hornhaut mit Sauerstoff, - dient als Gleitmittel zwischen Bulbus und Lidern, - ist Teil der Immunabwehr des vorderen Auges und - befeuchtet Hornhaut und Bindehaut. Der Tränenfilm ist, wie in Abbildung 18 schematisch dargestellt, aus drei verschiedenen Schichten zusammengesetzt Vgl. Muckenhirn, D., Festlegung der Trennungslinie bei bifokalen Kontaktlinsen, Muckenhirn, D., Festlegung der Trennungslinie bei bifokalen Kontaktlinsen, Vgl. Muckenhirn, D., Festlegung der Trennungslinie bei bifokalen Kontaktlinsen, Vgl. Berke, A., Biologie des Auges, 1999, S. 42.

29 2 Grundlagen 19 Abbildung 18: Schematischer Schichtaufbau des Tränenfilms 43 Dargestellt sind die drei Schichten, aus denen der Tränenfilm aufgebaut ist. Mucine stellen die unterste Schicht dar. Verdünnt mit Tränenflüssigkeit sind sie auch Bestandteil der Zweiten. Als dritte Schicht bezeichnet man eine auf der wässrigen Schicht schwimmende Lipidschicht. Die unterste Schicht, die Muzinschicht, wird von den Epithelzellen der Bindehaut gebildet. Sie verhindert, dass sich Reste abgestoßener Zellen, als auch Mikroorganismen, an die Hornhautoberfläche anlagern können. Die Muzinschicht wird nach außen hin immer weiter verdünnt, bis man von der wässrigen Schicht spricht. Sie wird zu 95 % von der Tränendrüse und zu 5 % von den akzessorischen Tränendrüsen produziert. Neben der Aufrechterhaltung des Wasseranteils des Tränenfilms ist sie auch Teil der Immunabwehr. Man bezeichnet die wässrige und die Muzinschicht auch als Hydrogel, da die Muzine hydrogelartig sind. Die wässrige Schicht hat dann die Aufgabe den hohen Wassergehalt der Muzine zu gewährleisten. Die oberste Schicht des Tränenfilms, der Lipidfilm, hat drei wesentliche Aufgaben. Er vermindert die Verdunstung der wässrigen Schicht, verhindert die Kontamination des Tränenfilms durch polare Lipide der Haut und unterstützt die Ausbreitung der wässrigen Schicht über dem Auge 44. Das Tragen von Kontaktlinsen kann zu einer Erhöhung des Lipidanteils führen. Durch die Reizung der Lider und somit auch der in ihnen befindlichen Drüsen, 43 Baron, H., 1991, Kontaktlinsen, S Vgl. Berke, A., Biologie des Auges, 1999, S

30 2 Grundlagen 20 welche die Lipide produzieren, kommt es zu einem erhöhtem Ausstoß 45. Ein weiteres, altersbedingtes Problem ist die geringer werdende Tränenproduktion. Mit zunehmenden Alter wandelt sich das tränenproduzierende Gewebe der Tränendrüse teilweise in Bindegewebe um. Dadurch beträgt die Tränenproduktion eines 60 Jährigen nur noch ein Viertel der eines jungen Menschen. Das ist wohl auch einer der Hauptgründe, warum viele ältere Menschen an einem trockenen Auge leiden 46. Durch diese Austrocknung der Augenoberfläche kann das Tragen von Kontaktlinsen erheblich beeinflusst werden. Die verringerte Tränenmenge ist unter Umständen nicht mehr ausreichend, um eine genügende Benetzung von Auge und Kontaktlinse zu gewährleisten. Als Folge davon kommt es verstärkt zu Ablagerungen auf der Linse und dies führt zu allergisierenden Reaktionen, herabgesetzter Sehleistung sowie zu Reizzuständen des Auges Das Corneoskleralprofil Mit einer frontalen Spaltbeleuchtung und seitlicher Betrachtung durch die Spaltlampe lässt sich das Corneoskleralprofil gut betrachten und nach den Beispielen in Abbildung 19 beurteilen. Es beschreibt die Form, welcher der Übergang von Hornhaut zur Lederhaut folgt. Der Übergang kann einen markanten Sulcus aufweisen oder fließend sein. Die anschließende Lederhaut kann in ihrem weiteren Verlauf konvex, konkav oder tangential sein 48. Die Verschiebung von alternierenden Kontaktlinsen nach oben ist soweit möglich, bis diese an den Limbus anstoßen. Es muss also ein kleinerer Durchmesser der Linse gewählt werden, wenn eine weitere Verschiebung der Linse nötig sein sollte Vgl. Baron, H., Kontaktlinsen, 1991, S Vgl. Berke, A., Biologie des Auges, 1999, S Vgl. Dremmel, S. H.; u. a., Presbyopiekorrektion mit Kontaktlinsen, 1998, S Vgl. Graf, Y., Kobi, S., Untersuchung von Form und Öffnungswinkel des Corneoskleralprofils, 2006, S Vgl. o.j. Formstabile Mehrstärken-Contactlinsen Möglichkeiten und Grenzen, 2006, S. 131.

31 2 Grundlagen 21 Abbildung 19: Einteilung des Corneoskleralprofils f/cx: fließend konvex; f/tg: fließend tangential; m/cx: markant convex; m/tg: markant tangential; cc: konkav Die Pupille Die Pupillengröße ist von vielen Faktoren abhängig. Durch ihre ständige Größenänderung nimmt sie direkten Einfluss auf die Bestimmung der Trennlinienhöhe. Folglich muss dies bei der Messung auch berücksichtigt werden, um eine Höhe zu ermitteln, die den Gebrauchsbedingungen der Kontaktlinse entspricht Die Irismuskulatur Die Iris reguliert über die Pupille den Lichteinfall in das Auge. Die Einstellung der Größe der Pupille wird von zwei Muskeln ausgeführt. Der Musculus sphincter iridis ist ein zirkulärer Muskel, der im hinteren Irisstroma die Pupille bis dicht an den Rand umkreist (siehe Abbildung 20). Er besteht aus Bündeln glatter Muskulatur und ist 0,5 bis 1,0 mm breit und 40 bis 80 µm dick. Der Musculus sphincter iridis wird vorwiegend vom Parasympathicus kontrolliert und ist für die Verengung der Pupille zuständig. 50 Graf, Y.; Kobi, S, Untersuchung von Form und Öffnungswinkel des Corneoskleralprofils, 2006, S. 11.

32 2 Grundlagen 22 Abbildung 20: Aufbau der Iris 51 Für das Schließen der Pupille ist der Musculus sphincter zuständig. Der Musculus dilatator iridis öffnet die Pupille. Für die Erweiterung der Pupille gibt es den Musculus dilatator iridis. Er besteht aus einer glashellen, über die ganze Iris ausgedehnten Myoepithelschicht, welche ungefähr 2 µm dick ist. Beide Muskeln sind durch sogenannte Verbindungszüge fest miteinander verbunden, sodass sie direkt Einfluss aufeinander nehmen Der Pupillenregelkreis Die Beleuchtungsstärke der Netzhaut wird durch die ständige Einstellung des Pupillendurchmessers konstant gehalten. Dies wird durch einen selbsttätigen, geschlossenen Regelkreis geleistet (siehe Abbildung 21). Einfach gesprochen dient die Netzhaut als Fühler, welcher die Beleuchtungsstärke misst. Sie leitet diesen Wert an die Zentren im Gehirn weiter, welche für die Auswertung zuständig sind. Diese wiederum steuern die pupillomotorischen Zentren, welche die Pupille mit Hilfe der Muskeln einstellen. Dadurch verändert sich wiederum die retinale Beleuchtungsstärke und der Regelkreis beginnt von Neuem. Diese Pupillenoszillation hat beim normalen Erwachsenen eine Frequenz von ungefähr 3 Hz. Wie alle Irisfunktionen nimmt auch die Pupillenoszillation mit zunehmenden Alter ab, da es zu Degeneration des Irisgewebes und der Muskula- 51 Alexandridis, E., Die Pupille, 1982, S Vgl. Alexandridis, E., Die Pupille, 1982, S. 3.

33 2 Grundlagen 23 tur kommt 53. Abbildung 21: Vereinfachte Darstellung des Regelkreises der Pupillenlichtreflexe 54 Licht, das in das Auge fällt löst den Regelkreis der Pupillenlichtreflexe aus. Durch ihn wird die Beleuchtungsstärke der Netzhaut über die Pupille konstant gehalten Phasischer Pupillenlichtreflex Durch kurz andauernde, stärkere Beleuchtung der Pupille mit Licht, wie z. B. dem Blitz einer Kamera, wird ein pupillomotorischer Impuls ausgelöst, der für eine Verengung der Pupille sorgt. Sobald der Reiz weg ist, erweitert sich die Pupille wieder. Die Stärke des Impulses ist abhängig vom Adaptionszustand und ob beide Augen beleuchtet werden. Der zeitliche Ablauf zwischen Lichtreiz und Verengung der Pupille, also der Latenz der Pupillenlichtreflexe, ist ebenfalls vom Adaptionszustand der Netzhaut sowie von Reizdauer, Leuchtdichte und Wellenlänge abhängig. Bei einem gesunden Auge beträgt die kürzeste Latenzzeit 0,2 bis 0,25 s und die längste 0,4 bis 0,5 s Vgl. Alexandridis, E., Die Pupille, 1982, S. 15f. 54 Alexandridis, E., Die Pupille, 1982, S Vgl. Alexandridis, E., Die Pupille, 1982, S. 18f.

34 2 Grundlagen Die physiologische Pupillengröße Der Pupillendurchmesser kann normalerweise zwischen 1,5 und 7-8 mm variieren. Dieser ist nicht nur vom Lichteinfall abhängig, sondern auch von der Akkommodations-Konvergenz-Synkinese und psychosensorischen Reflexerweiterungen der Pupille. Die Akkommodations-Konvergenz-Synkinese ist eine assoziierte Bewegung, die bei Naheinstellung eintritt. Dabei verengt sich die Pupille bei Akkommodation der Linse und Konvergenz der Augen. Die kleinere Pupille führt zu einer erhöhten Tiefenschärfe beim Sehen in der Nähe. Psychosensorische Reflexerweiterungen der Pupille werden durch Gemütsbewegungen wie Angst, Furcht, Freude, Überraschung usw. ausgelöst 56. Jugendliche haben unter normalen physiologischen Bedingungen die weiteste Pupille. Zwischen den Geschlechtern ist im Durchschnitt ein Unterschied in den Pupillengrößen festzustellen, so haben Frauen größere Pupillen als Männer. Auch Ametropien haben einen Einfluss auf die Größe der Pupille. Myope Augen haben eine größere, als emmetrope oder hyperope. Die Augenfarbe wirkt sich auch auf den Durchmesser aus. Eine wenig pigmentierte Iris weist eine größere Pupille auf, als eine stark pigmentierte. Etwa 17 % der Menschen haben eine Anisokorie (ungleich große Pupillen) und bei etwa 4 % ist diese auffallend stark. Dabei ist der Größenunterschied variabel. Er kann von Tag zu Tag oder auch von Stunde zu Stunde variieren Die scheinbare Pupillengröße Betrachtet man das Auge von vorne, so sieht man die Pupille durch die Hornhaut und das Kammerwasser. Beide sind Teil des optisch wirksamen Systems des Auges, wodurch die eigentliche Pupille nur als Bild gesehen wird. Da die Pupille die Aperturblende des Auges ist 58, stellt ihr Bild die Eintrittspupille dar. In Abbildung 22 ist dargestellt, wie die Vergrößerung der Pupille, in Abhängigkeit von der Vorderkammertiefe, zustande kommt. Je tiefer die Vorder- 56 Vgl. Alexandridis, E., Die Pupille, 1982, S Vgl. Alexandridis, E., Die Pupille, 1982, S Vgl. Berke, A., Biologie des Auges, 1999, S. 133.

35 2 Grundlagen 25 kammer ist, desto größer erscheint die Pupille dem Betrachter 59. Abbildung 22: Scheinbarer Pupillendurchmesser in Abhängigkeit von der Vorderkammertiefe 60 Je tiefer die Vorderkammer ist, desto größer erscheint das Bild der Pupille. Der Kreis um den schwarzen Punkt stellt das größere Bild der Pupille dar. Die größer wirkende Pupille resultiert aus der von der Tiefe der Vorderkammer abhängigen Eigenvergrößerung der Hornhaut und des Kammerwassers Altersbedingte Pupillengröße Mit zunehmenden Alter verliert die Pupille die Fähigkeit, sich abnehmenden Adaptionsleuchtdichten anzupassen (siehe Abbildung 23). Wo ein junger Mensch eine Pupillenweite von 7-8 mm aufweist, kommt ein älterer Mensch gerade noch auf 2-3 mm. Zudem nimmt im Alter auch die Größenänderung bei Beleuchtungswechseln von Dunkel zu Hell ab. Junge Menschen kommen auf bis zu 4 mm, wohingegen alte nur noch auf weniger als 2 mm Größenänderung kommen. 59 Vgl. Alexandridis, E., Die Pupille, 1982, S Geyer, H. U., Presbylux-Prespyopiekorrektion der Luxusklasse, 1994, S. 15.

36 2 Grundlagen 26 8 Dunkel adaptierte Pupille 6 Hell adaptierte Pupille Alter (Jahre) Abbildung 23: Mittlere Pupillendurchmesser als Funktion des Alters 61 Die Fähigkeit der Pupille, sich an unterschiedliche Leuchtdichten anzupassen, nimmt mit zunehmenden Alter erheblich ab. Am Ende ändert die Pupille kaum noch ihre Größe, sodass eine Altersmiosis von ca. 2 mm entsteht. Ab 80 Jahren kommt es sogar vor, dass man gar keine Änderung mehr feststellen kann. Dieser Zustand der Pupille wird senile Miosis genannt. Ihre Ursachen sind anatomische und zentral nervöse Veränderungen. Diese sind Verhärtungen des Bindegwebes, Atrophien und Hyalisierung des Irisstromas und des Musculus dilatator iridis. Da der Musculus sphincter iridis viel stärker als der Musculus dilatator iridis ist, muss dieser zentral gehemmt werden, damit eine Erweiterung der Pupille durch den Musculus dilatator iridis möglich wird. Die dafür zuständigen Nervenzellen nehmen jedoch mit der Zeit ab, sodass die nötige Hemmung immer weniger wird und die Pupille nicht mehr soweit geöffnet werden kann Beleuchtungsstärke und Pupillengröße In Abbildung 24 ist dargestellt, in welchem Maße sich die Pupille je nach Helligkeit der Umgebungsbeleuchtung verkleinert. Eine normale Raumbeleuchtung entspricht ca. 300 bis 500 lx. Für Arbeitsplätze ist dies in der DIN EN :2003 festgelegt. So kann davon ausgegangen werden, das die Pupille 61 Berke, A., Sehen im Alter, 1994, S Vgl. Berke, A., Biologie des Auges, 1999, S. 138f.

37 2 Grundlagen 27 beim Tragen von Kontaktlinsen in künstlich beleuchteten Räumen mindestens an eine Leuchtdichte von 300 lx angepasst ist. Dies ist wichtig für die Bestimmung der Trennlinie zu wissen, wenn die Kontaktlinse an diese Gegebenheiten angepasst wird. Steigt die Beleuchtungsstärke wird die Pupille kleiner, wodurch zum Nahsehen der Blick stärker gesenkt werden muss. Sinkt die Beleuchtungsstärke, das sich die Pupille soweit erweitert, dass das Nahteil beim Fernsehen in die Pupille hineinragt, kann es zu Verschlechterung der Sicht führen, da beim Blick in die Ferne das gesamte Blickfeld wahrgenommen wird und somit auch sich durch das zu hohe Nahteil ergebende Unschärfen 63. Physiologisch betrachtet wirken sich Leuchtdichtenunterschiede von 300 bis 500 lx auf die Pupille wesentlich geringer aus, als dies in niedrigeren Beleuchtungsstufen der Fall ist. In Abbildung 24 ist die Pupillenweite in Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke dargestellt. Der Grafik ist zu entnehmen, dass je höher die Beleuchtungsstärke wird, desto weniger verändert sich die Pupillenweite pro Lux. Abbildung 24: Pupillenweite in Abhängigkeit von der Beleuchtung 64 Die Pupille verkleinert ihren Durchmesser je heller es wird. Im Bereich von 0 bis 100 lx ist diese Änderung am stärksten. Im Bereich zwischen 100 bis 1000 lx findet jedoch nur noch eine verhältnismäßig geringe Durchmesseränderung statt. 63 Vgl. Muckenhirn, D., Festlegung der Trennungslinie bei bifokalen Kontaktlinsen, Trotter, J., Das Auge, 1995, S. 137.

38 3 Material und Methode 28 3 Material und Methode Die Messungen der Trennlinienhöhe soll auf verschiede Weise durchgeführt werden. Als erstes wird ein digitales Foto des Probanden im Stehen aufgenommen. Dies geschieht aus dem Grund, da es so möglich ist, die Lidposition eines Probanden, bei habitueller Kopf- und Körperhaltung, in gewohnter Blickrichtung zu erfassen. Danach werden zwei Messreihen am Keratographen durchgeführt. Zum Schluss findet die Trennlinienhöhenbestimmung noch mit Anpasskontaktlinsen an der Spaltlampe statt. 3.1 Digitalkamera Für die Aufnahme der digitalen Bilder wird die COOLPIX 5000 Digitalkamera der Firma Nikon verwendet. Die Bilder werden von einem CCD-Sensor mit effektiv 5,0 Megapixel erzeugt, dieser ermöglicht so eine Bildgröße von x Pixel. Durch hochwertige Signalverarbeitung und intelligente Bildoptimierungslogarithmen werden selbst kleinste Details bewahrt und eine brillante Farbwiedergabe gewährleistet Positionierung der Kamera Für die Auswertung der digitalen Bilder am Computer lassen sich mit Hilfe eines Grafikprogramms Strecken in Pixel messen. Um diese Pixel wiederum z.b. in Millimetern wiederzugeben, muss eine Referenzskala mit auf dem Bild sein, die mit den Pixel ins Verhältnis gesetzt wird. Bei der Aufnahme des Fotos muss die Perspektive beachten werden. Durch einen Seiten- oder Höhenversatz resultieren Verzerrungen der fotografierten Objekte. Somit ist darauf zu achten, dass die zu messenden Strecken und die Referenzskala ohne Seiten- oder Höhenversatz fotografiert werden. Da die Augen der Probanden in dieser Studie untersucht werden und eine senkrechte Fotografie der Augen den kleinsten Fehler birgt, jedoch durch das Abdecken der Gesichtsfelder durch die Kamera die Probanden keine freie Sicht 65 Vgl. Nikon Corporation, Das Nikon Handbuch zur Digitalfotographie mit der COOLPIX 5000 Digitalkamera, o. J., S. 4.

39 3 Material und Methode 29 mehr haben, wird in einer Pilotstudie zunächst untersucht, inwiefern eine Aufnahme der Augen von der Seite möglich ist. Für die Durchführung der Versuchsaufnahmen werden zwei identische Lineale verwendet, um sowohl bei der Referenzskala, als auch bei der zu messenden Strecke genau zu wissen, wie groß diese in Wirklichkeit sind. Beim ersten Versuch für die Aufnahme steht die Kamera einen Meter vom Probanden entfernt und ist um zwanzig Zentimeter zu seiner vertikalen Symmetrieachse versetzt. Die zu messenden vertikalen Strecken haben einen horizontalen Abstand von 3 cm. Bei der Auswertung am Computer zeigt sich jedoch, dass die Auflösung zu gering ist und so relativ große Fehler entstehen, die daraus resultieren, dass ein Pixel einem zu großen Anteil an der zu messenden Strecke entspricht. So wird beim zweiten Versuchsaufbau der Abstand zum Probanden um die Hälfte verringert, was zwar eine höhere Auflösung zur Folge hat, jedoch ist die Abweichung zwischen Referenzskala und zu messender Strecke nun zu groß, da sich der Perspektivenfehler durch den größeren Winkel im Vergleich zum ersten Versuch, stärker bemerkbar macht. Zudem ist die Einhaltung der Zentrierung der Kamera zum Probanden mit hohem Aufwand verbunden. Eine Skizze und die Messdaten des zweiten Versuches ist in Anhang III auf S. 73 zu finden. Eine weiterte Überlegung für einen Versuchsaufbau ist noch, dass man die Referenzskala in die gleiche Lage wie die zu messenden Strecke bringt. Dazu sollen sich die Probanden ein Lineal als Referenz mittig unter das Auge halten, um den horizontalen Perspektivenfehler zu umgehen. Jedoch führt dieser Versuch nur zu weiteren Perspektivenfehlern. Außerdem besteht durch das Lineal die Gefahr, das die Probanden dieses auf dem Unterlid anlegen und so dessen Position beeinflussen. Aufgrund der sich in den oben beschrieben Versuchsaufbauten ergebenden Fehlern wird die Kamera beim letzten Versuch vor dem zu vermessenden Auge

40 3 Material und Methode 30 platziert. Um die Abdeckung des Gesichtsfeldes so gering wie möglich zu gestalten, befindet sich die Kamera soweit temporal wie möglich. Da nun kein Seitenversatz mehr berücksichtigt werden muss, ist die Positionierung der Kamera wesentlich einfacher. Sie steht 30 cm vor der Referenzskala, welche sich ca. 3 cm temporal vom Auge befindet. So ist sichergestellt, dass der Proband mit dem freien Auge ungehindert geradeaus schauen kann. Dieser Aufbau wird auch bei der Messung verwendet. Im Folgenden wird die Berechnung der Strecke anhand des letzten Versuchsaufbaus beschrieben. Es werden zehn Aufnahmen bei jeweiliger Neupositionierung der Kamera gemacht. Diese Bilder lassen sich mit Hilfe eines Grafikprogramms am Computer auswerten. Dazu werden 10 mm der Referenzskala, sowie die zu messende Strecke in Pixel abgelesen und mit Hilfe des Dreisatzes die zu messende Strecke in mm errechnet. Z. B. entsprechen 10 mm 230 Pixel in vertikaler Richtung. Die zu messende Strecke ist 92 Pixel groß. Daraus ergibt sich mit Hilfe des Dreisatzes: 10mm 92Pixel = 4mm ( 1 ) 230Pixel Da die zu messende Strecke ebenfalls ein Lineal ist, kann nun überprüft werden, ob das Ergebnis der Rechnung richtig ist Messgenauigkeit der Fotoauswertung Für die Untersuchung der Messgenauigkeit bei der Fotoauswertung sind 10 Millimeter der Referenzskala mit 10 Millimetern des für die zu messende Strecke stehenden Lineals miteinander verglichen worden. Wie aus der in Anhang III auf Seite 75 stehenden Tabelle ersichtlich ist, liegt die empirische Standardabweichung bei 0,046 mm. Der Mittelwert liegt bei 9,94 mm, was einer durchschnittlichen Abweichung von 0,56 % entspricht. Somit kann der an den Probanden ermittelte Wert um 0,56 % korrigiert werden, um diese geringe Mes-

41 3 Material und Methode 31 sungenauigkeit auszugleichen. Diese resultiert aus einem systematischen Fehler, der auf den Versatz von Referenzskala und Auge zurückzuführen ist Messung der Trennlinienhöhe durch Auswertung der digitalen Bilder Für die Auswertung der Bilder am Computer muss eine Referenzskala auf dem Bild vorhanden sein. Diese muss sich in der gleichen Ebene wie die zu messende Strecke befinden, um Parallaxefehler zu vermeiden. Die Kamera muss in Augenhöhe platziert werden, da sich sonst eine Verzerrung der zu messenden Strecke auf dem Bild ergibt. Dazu wird sie vor das zu fotografierende Auge gestellt und deckt dieses ab, sodass der Proband nur mit dem freien Auge geradeaus schauen kann (siehe Abbildung 25). Bei der Aufnahme des Fotos (siehe Abbildung 26) bekommt der Proband eine Brillenfassung aufgesetzt, an der jeweils temporal die Referenzskalen befestigt sind. Dabei soll er in dem sechs Meter langen Prüfraum bei habitueller Kopf- und Körperhaltung geradeaus schauen. Fixierlinie Probanden des Gesichtsfeld des Probanden Von der Kamera verursachtes Skotom Kamera Proband Abbildung 25: Versuchsaufbau für die Aufnahme des digitalen Fotos Eigene Darstellung.

42 3 Material und Methode 32 Abbildung 26: Aufnahme des Fotos 67 Für die Messung bekommt der Proband eine Brillenfassung aufgesetzt, an deren Bügeln die Referenzskalen befestigt sind. Über den Bildschirm der Kamera kann die richtige Position beurteilt werden. Das Foto (siehe Abbildung 27) wird bei einer Raumbeleuchtung von 440 lx 68 aufgenommen. Die Fenster sind verdunkelt, sodass Tageslicht keinen Einfluss auf die Beleuchtungsstärke hat. Um eine optimale Ausleuchtung des Auges zu erreichen, muss das Bild mit Blitzlicht gemacht werden. Dies hat keinen Einfluss auf die Pupillengröße, da der Blitz zeitgleich mit der Aufnahme verbunden ist und die Latenz der Pupille zu groß ist, als dass sie sich vor der Aufnahme noch verkleinern könnte. Um Größenunterschiede der Pupille auszugleichen, werden immer drei Aufnahmen pro Auge gemacht. Aus den sich ergebenden drei Messwerten fließt nur der Mittelwert in die weitere Analyse der Daten ein. 67 Eigene Darstellung. 68 Schindler, C., Die Bestimmung des Pupillendurchmessers mit dem OCULUS Keratographen, 2006, S. 29.

43 3 Material und Methode 33 Abbildung 27: Aufnahme für die Fotoauswertung 69 Dieses Bild wird mit Hilfe eines Grafikprogramms ausgewertet. Dafür zählt man die Pixel eines Zentimeters auf dem Lineal und vergleicht diese mit der Anzahl Pixel der zu messenden Strecke. 3.2 Keratograph Der OCULUS Keratograph (siehe Abbildung 28) ist eines der modernsten Messgeräte zur Ermittlung der Hornhauttopographie. Dazu verbindet er das keratometrische Messverfahren mit dem topographischen. Für die Messung wird ein Ringsystem auf die Hornhaut projiziert. Dieses wird von einer mit konzentrischen Kreisen versehenen Kalotte, welche von hinten beleuchtet wird, erzeugt. Das Bild dieser Kalotte wird vom Probandenauge reflektiert. Das virtuelle Bild dieser Reflektion wird durch ein Präzisionsobjektiv und eine CCD- Kamera aufgenommen. Damit steht ein Datensatz der Hornhaut zur Verfügung, welcher, sobald er vom PC empfangen, von der Software verarbeitet und in eine topographische Abbildung der Hornhaut umgerechnet wird. Diese gibt der PC als farbige Darstellung, als Diagramm und als räumliches Bild auf dem Monitor aus Eigene Darstellung. 70 Vgl. OCULUS, Keratograph Gebrauchsanweisung, o. J., S. 9.

44 3 Material und Methode 34 Abbildung 28: OCULUS Keratograph Lidranduntersuchung Mit der normalen Aufnahme des Auges mit dem Videokeratographen lässt sich die Trennlinienhöhe nicht bestimmen, da das Unterlid eines Probanden nur selten mit auf dem Bild ist. Deshalb wird bei der Lidranduntersuchung mit dem OCULUS Keratograph dieser ein Stück tiefer gestellt als für die Hornhauttopographie. Der Proband kann aber immer noch die gelbe Fixations-LED sehen. Die durch die veränderte Höhe des Keratographen resultierende Blicksenkung ist vernachlässigbar klein. Die Blicksenkung lässt sich mit Hilfe einfacher Trigonometrie errechnen: Theoretisch Unendlich = 6 m, Abstand Keratograph zum Auge = 0,08 m, S1 Z ' = 0, 0135m (Strecke Hornhautapex bis Augendrehpunkt) Höhenverstellung des Keratographen = -0,0028 m 0,0028m Blicksenku ng = arctan = 0, 026 ( 2 ) 6,0935m Da sich das Auge pro Grad Blicksenkung durchschnittlich um 0,23 mm nach unten bewegt, ist die Strecke der Blicksenkung = 0,026 0,23mm = 0, 006mm. 71 OCULUS, Keratograph Gebrauchsanweisung, o. J., S. 1.

45 3 Material und Methode 35 Die Bildaufnahme löst automatisch aus, sobald das Gerät in die richtige Stellung gebracht ist. In das Bild der Aufnahme (siehe Abbildung 29) werden vom Programm um die Pupille und entlang des Lidrandes Hilfslinien eingezeichnet, welche die Übergänge besser kenntlich machen sollen. Für die Messung des Abstandes von Lidrand zu Pupillenunterkante klickt man mit dem Mauszeiger auf den Rand der Pupille, woraufhin an der Stelle ein Messstrich befestigt wird, den man bis zum Lidrand hinunter ziehen kann, wobei ständig die Strecke angezeigt wird. Abbildung 29: Bild des Keratographen zur Lidranduntersuchung 72 Der rote Kreis wird vom Programm eingezeichnet, um den Pupillenrand besser kenntlich zu machen. Der rote Punkt kennzeichnet die geometrische Mitte der Pupille. Der kleine weiße Kreis in der Pupille ist das Reflexbild des ersten Kalottenringes des Keratographen. Der Punkt in seiner Mitte ist der Reflex der Fixations-LED. Die geschwungene rote Linie verdeutlicht den Verlauf des Unterlidrandes und wird auch vom Programm eingezeichnet. Mit dem vom Anpasser eingezeichneten Messstrich resultiert in diesem Fall eine Trennlinienhöhe von 3,69 mm. Die Funktionserweiterung der Lidranduntersuchung des OCULUS Keratographen ist eine Testversion, die noch nicht frei erhältlich ist. Sie ist aufgrund einer Idee der Firma Hecht Contactlinsen GmbH von OCULUS realisiert und Hecht zur Verfügung gestellt worden. 72 Eigene Darstellung.

46 3 Material und Methode Messgenauigkeit des Keratographen Für die Überprüfung der Messgenauigkeit der Lidranduntersuchung mit dem Keratographen wird die Kalibrierkugel verwendet. Diese dient normalerweise dazu, um den Keratographen zu kalibrieren. Sie besteht aus Glas und hat einen exakten Radius von 8,0 mm. Um eine künstliche Referenzmessung zu erhalten, wird eine genaue Lidrandschablone angefertigt, die den Gegebenheiten eines normalen Auges nachempfunden ist. Dabei wird ein Pupillendurchmesser von 3,0 mm und eine Trennlinienhöhe von 4,0 mm angenommen. Die Schablone wird aus PVC auf einer Drehbank hergestellt (siehe Anhang I, S. 71). Ihre Maße sind mit einem elektronischen Messschieber überprüft. Eine auf der Schablone angebrachte Hilfslinie steht für die Pupillenweite. Durch diese Linie ist es möglich, einen geraden Messstrich bei der Auswertung der Bilder einzubringen, der für die Pupillenweite steht. Nun kann zentral von der Hilfslinie, welche die Pupillenunterkante simuliert, nach unten bis zum künstlichen Lid gemessen werden (siehe Abbildung 30). Da die Schablone und die Kalibrierkugel schwarz sind, kann das Programm das künstliche Lid nicht exakt anlegen, da der Kontrast zwischen den Flächen zu niedrig ist. Nach zehn durchgeführten Messungen ergibt sich ein Mittelwert für die Messgenauigkeit der Trennlinienhöhe von x = 3,995 mm. Die Standardabweichung von s = 0,023mm sagt aus, dass die Messungen um den Betrag von ± 0,023mm schwanken können. Somit ergibt sich eine durchschnittliche Abweichung von 0,005 mm gegenüber dem Istwert der Schablone. Die Messgenauigkeit der Lidranduntersuchung kann also als ausreichend genau angenommen werden (siehe Anhang II, S. 72).

47 3 Material und Methode 37 Abbildung 30: Lidrandmessung der Kalibrierkugel mit Schablone 73 Die rote Linie wird vom Programm eingezeichnet und folgt normalerweise der Lidkante. Da es hier jedoch nur eine runde Öffnung als Lidkante gibt, kann das Programm diese nicht richtig einzeichnen. Die äußeren weißen Linien markieren die Pupillenunterkante. Die Messlinie mit 13,02 mm ist als Hilfslinie eingezeichnet, um die äußeren Markierungen der Pupillenunterkante zu verbinden. Nun ist es möglich, von der Hilfslinie bis zum Unterlid zu messen. Der Messstrich mit 4,01 mm gibt die Länge der zu messenden Strecke an. Die Mitte der Pupille ist durch das Reflexbild des ersten Kalottenringes, sowie der Fixations-LED gekennzeichnet Messung der Trennlinienhöhe mit dem OCULUS Videokeratographen Durch die Kinnstütze, an die der Proband sich setzt, (siehe Abbildung 31) ergibt sich eine unnatürliche Kopfhaltung, die sich auf die Lidstellung auswirkt. Um dies auszugleichen, muss die genaue Lidposition im Stehen, bei habitueller Kopf- und Körperhaltung ermittelt und am Besten dokumentiert werden. Dazu gibt es auf dem Messprotokoll (siehe Anhang IV, S. 76) ein schematisches Auge im Maßstab 1:1, bei dem zur einfacheren Beurteilung eine Millimeterskala eingezeichnet ist. Bei der anschließenden Messung wird dann vom Pupillenunterrand bis zu dem Punkt gemessen, an dem sich das Unterlid bei Normalstellung befindet. 73 Eigene Darstellung.

48 3 Material und Methode 38 Abbildung 31: Proband bei der Keratographenmessung mit normaler Kinnstützenbenutzung 74 Die Kopfhaltung des Probanden ist bei normaler Kinnstützenbenutzung so, das Stirn und Kinn in einer Flucht sind. Somit schaut er im Vergleich zur normalen Kopfhaltung nach unten. Seine Augen sind jedoch geradeaus auf die Fixations-LED gerichtet, wodurch ein größerer Abstand zwischen Pupillenunterrand und Unterlid resultiert. Abbildung 32: Bild des Keratographen für die Bestimmung der Trennlinienhöhe bei normaler Kinnstützenbenutzung 75 Bei dieser Messung wird von Pupillenunterrand bis zu dem im Stehen bei habitueller Kopf- und Körperhaltung gemerkten Punk gemessen. Die Trennlinienhöhe beträgt hier 3,79 mm. 74 Eigene Darstellung. 75 Eigene Darstellung.

49 3 Material und Methode 39 Bei der zweiten Messung wird die Haltung des Probanden an der Kinnstütze (siehe Abbildung 33) so verändert, dass die Lidposition der normalen im Stehen bei habitueller Kopf- und Körperhaltung entspricht. Das Keratographenbild für die Bestimmung der Trennlinienhöhe entspricht der Abbildung 29 in Abschnitt Es werden drei Messungen durchgeführt und der Mittelwert aus diesen ermittelt, um eventuell unterschiedliche Pupillengrößen oder Lidpositionen auszugleichen. Abbildung 33: Proband bei der Keratographenmessung mit an die habituelle Lidposition angepasster Kopfhaltung in der Kinnstütze 76 Um die Lidposition an die habituelle anzupassen, muss der Proband sein Kinn weiter durch die Kinnstütze hindurchstrecken, um ein Heben des Kopfes zu erreichen. Dadurch schiebt sich das Unterlid weiter nach oben und es resultiert die habituelle Lidposition, da sich die Stellung der Augen, aufgrund der Fixations-LED, nicht verändert. Um bei der Messung eine Pupillengröße zu erhalten, die dem normalen photopischen Sehen entspricht, sind alle Ringe des Keratographen und die Raumbeleuchtung eingeschaltet. Dies entspricht einer Beleuchtungsstärke von 350 lx 77. Zudem ist der Raum vor Tageslicht geschützt, um immer die gleichen Messbedingungen zu garantieren. 76 Eigene Darstellung. 77 Schindler, C., Die Bestimmung des Pupillendurchmessers mit dem OCULUS Keratographen, 2006, S. 29.

50 3 Material und Methode Trennlinienhöhenbestimmung mit Anpasskontaktlinsen Messlinsen und Spaltlampe Die Messlinsen haben bereits die für den Probanden richtige Rückflächengeometrie sowie den passenden Durchmesser. Es gibt sie in den Fernstärken 6,0 / -3,0 / plan /+3,0 / +6,0 und mit einer Addition von +2,0 dpt. Somit kann in den meisten Fällen die Anpassung mit einer Messlinse durchgeführt werden, die näherungsweise die gleichen Eigenschaften wie die endgültige Linse hat. Für die Bestimmung der Trennlinienhöhe sind auf der Linse drei Linien vorhanden. Eine verläuft durch die geometrische Mitte, die beiden anderen sind in einem Abstand von 0,5 mm bzw. 1,0 mm darunter angeordnet. Diese kann der Anpasser in der Spaltlampe sehen und bestimmen, welche Linie den unteren Rand der Pupille tangiert 78. Für die Anpassung der Messlinsen wird die Spaltlampe SL 160 von der Firma Carl Zeiss verwendet Messung der Trennlinienhöhe mit Anpasskontaktlinsen an der Spaltlampe Um einen Vergleich der bis dato angewandten Methode zur Bestimmung der Trennliniehöhe herstellen zu können, werden einigen Probanden Messlinsen angepasst und damit die Trennlinienhöhe bestimmt. Für die Messung merkt sich der Anpasser die Lidposition des Probanden beim Blick geradeaus und habitueller Kopf- und Körperhaltung. Danach wird dem Probanden eine Messlinse eingesetzt. An der Kinnstütze der Spaltlampe hat der Proband meist eine andere Lidposition als im Stehen, weswegen der Anpasser den Probanden auf einen variablen Fixierpunkt schauen lässt und die Blickrichtung so verändert, dass die Lidposition der im Stehen gleich ist. Dann kann er anhand der Messlinien die erforderliche Trennlinienhöhe bestimmen. Diese Messung wird nur einmal durchgeführt, da sie nicht wie die Bilder des Keratographen oder der Digitalkamera statisch, sondern dynamisch sind. So kann der Anpasser direkt 78 Vgl. o.v., Produktbeschreibung BICON der Firma Hecht Contactlinsen GmbH, o. J., o. S.

51 3 Material und Methode 41 beobachten, wie sich die Pupille verhält und dementsprechend die Trennlinienhöhe bestimmen. 3.4 Probandenauswahl Die Probanden sind Angestellte der Firma Hecht Contactlinsen GmbH, die sich freundlicher Weise für die Messungen zur Verfügung stellen. Da es in der Studie um die Messung der Trennlinienhöhe für alternierende, bifokale Kontaktlinsen geht, welche erst Anwendung bei eintretender Presbyopie finden, ist das Probandenalter auf mindestens 45 Jahre festgelegt. Die zu vermessenden Augen sind ohne Pathologika und weisen keine der Messung abträglichen Auffälligkeiten auf. Für die Studie werden insgesamt 28 Probanden hinsichtlich ihrer Trennlinienhöhe des rechten und linken Auges untersucht. Für die Messung mit Anpasslinsen stellen sich 15 der 28 Probanden zur Verfügung. Die Messergebnisse von drei der Probanden können nicht verwendet werden, da die Aufnahmen des Keratographen nicht auswertbar sind. Das Alter der Probanden liegt im Mittel bei 52,1 Jahren mit einer Standardabweichung von 5,6 Jahren. 61 % der Probanden sind weiblich, 39 % männlich. 3.5 Messprotokoll Auf dem Messprotokoll (siehe Anhang IV, S.76) können die Probandendaten zur Identifizierung, sowie die sich ergebenden Messdaten festgehalten werden. Es werden im einzelnen die Probanden fortlaufend nummeriert, Name und Vorname, Geburtstag, sowie die Refraktionswerte und die Lidstellung dokumentiert. Die Messwerte sind jeweils für das rechte und linke Auge in einer Tabelle notierbar, um sie dann später in den Computer für die statistische Auswertung übertragen zu können.

52 4 Angewandte Statistik 42 4 Angewandte Statistik 4.1 Kolmogorov-Smirnov-Test Mit Hilfe dieses Testes können singuläre, metrische Daten auf eine angenommene Verteilung hin überprüft werden. Für die angewendeten statistischen Analysen müssen normalverteilte Daten vorliegen, weshalb sie mit dem Kolmogorov-Smirnov-Test daraufhin untersucht werden. Dazu verwendet man als Prüfgröße D die maximale absolute Differenz zwischen der empirischen Verteilungsfunktion F ˆ ( x ) und der theoretischen Verteilungsfunktion F ( ). Diese Prüfgröße wird mit einem tabellierten Wert verglichen, um eine Entscheidung über die Verteilung zu treffen. Ist D größer als der Tabellenwert, wird die Nullhypothese abgelehnt und es liegt keine Normalverteilung der Daten vor x 4.2 t-test für Differenzen Für diesen Test müssen normalverteilte, abhängige und metrische Daten vorliegen. Er dient dem Mittelwertvergleich der normalverteilten Grundgesamtheiten der Messungen. Dazu werden die Differenzen zwischen den Merkmalsausprägungen x und y gebildet. Als nächstes wird geschaut, ob die Differenzen im allgemeinen Null sind oder signifikant davon abweichen. Die Prüfgröße t wird wie folgt berechnet: d t = N ( 3 ) s d Mit s d, der empirischen Standardabweichung der Differenzen: s d = di d i ( 4 ) N 1 i N i Der für t errechnete Wert wird mit einer entsprechenden Tabelle für die t- 79 Vgl. Clauß, G.; Finze, F.-R. ; Partzsch, L., Statistik, 2004, S. 201.

53 4 Angewandte Statistik 43 Verteilung verglichen. Ist der Betrag des errechneten Wertes größer als der Tabellenwert, so wird die Nullhypothese abgelehnt und die Mittelwerte unterscheiden sich Korrelationsanalyse Mit Hilfe der Korrelationsanalyse lässt sich feststellen, in welchem Maß ein Zusammenhang zwischen zwei Prüfgrößen (x, y), besteht. Dieser wird durch den Korrelationskoeffizienten r dargestellt. Ist dieser Null, so besteht kein Zusammenhang; ist er 1 oder 1 besteht ein sehr hoher Zusammenhang. Dieses r wird nach Pearson und Bravais auch als Maßkorrelationskoeffizient bezeichnet und errechnet sich wie folgt: mit SAQxy r = ( 5 ) SAQ SAQ x y 2 1 SAQ x = xi xi ( 6 ) i N i SAQ y = y j y j ( 7 ) j N j 2 SAQ xy = 1 x i y j xi yj i, j N i j ( 8 ) Dabei ist SAQ die Summe aller Abweichungsquadrate, welche sich ergeben, wenn man von jedem Messwert das arithmetische Mittel subtrahiert und durch die Anzahl der Fälle teilt 81. Der Zusammenhang zweier gepaarter Messreihen kann auch durch eine Funktion beschrieben werden. Dabei wird eine Gerade durch die Punktwolke der Messwertpaare gelegt. Sie verdeutlicht den mittleren Zusammenhang aller 80 Vgl. Clauß, G.; Finze, F.-R. ; Partzsch, L., Statistik, 2004, S Vgl. Clauß, G.; Finze, F.-R. ; Partzsch, L., Statistik, 2004, S. 39.

54 4 Angewandte Statistik 44 Messwerte und anhand ihrer Funktion lässt sich ein Erwartungswert in Abhängigkeit eines Messwertes bestimmen. Ein hoher Zusammenhang von r=1 kann also durch eine Funktion bestehen, durch den die Werte vergleichbar werden. Bei einem hohen Zusammenhang von r=1 liegen alle Messwerte auf der Geraden der Funktion. Die Funktion beinhaltet den Achsabschnitt a, die Steigung b sowie die Variable x 82 : y = a + b x ( 9 ) Der Korrelationskoeffizient darf aber nicht als Prozentwert eines Zusammenhanges zwischen den Daten gedeutet werden. Dafür gibt es das Bestimmtheitsmaß r². Bei diesem Wert handelt es sich eher um einen Ausdruck für den Anteil eines Zusammenhanges zwischen den Daten Vgl. Clauß, G.; Finze, F.-R. ; Partzsch, L., Statistik, 2004, S. 77ff. 83 Vgl. Clauß, G.; Finze, F.-R. ; Partzsch, L., Statistik, 2004, S. 279f; 286.

55 5 Statistische Analyse und Ergebnisse 45 5 Statistische Analyse und Ergebnisse 5.1 Bezeichnung der Messungen Um die Abbildungen und Tabellen der Auswertung übersichtlicher zu gestalten, sind die Bezeichnungen der Messungen wie folgt abgekürzt: Tabelle 2: Abkürzungserklärung der Messungen 84 Abkürzung Bedeutung Foto norm. Kinnst. ang. Kopfh. Linse Trennlinienhöhe, durch Auswertung der digitalen Bilder bestimmt. Trennlinienhöhenbestimmung am Keratographen bei normaler Kinnstützenbenutzung. Es wird vom Pupillenunterrand bis zu dem vom Anpasser gemerkten Punkt gemessen, an dem sich das Unterlid im Stehen bei habitueller Kopf- und Körperhaltung befindet. Trennlinienhöhenbestimmung am Keratographen bei angepasster Kopfhaltung in der Kinnstütze. Trennlinienbestimmung an der Spaltlampe mit Messlinsen. 5.2 Test auf Normalverteilung der Daten Für den Test auf Normalverteilung sind die Daten in Kategorien eingeteilt. Diese sind umso größer, je mehr Fälle in eine Kategorie passen. Die eingezeichnete Gaus sche Glockenkurve veranschaulicht die Normalverteilung. Für die angewendeten statistischen Analysen sind abhängige, metrische Daten, die einer Normalverteilung folgen, die Grundlage. 84 Eigene Darstellung.

56 5 Statistische Analyse und Ergebnisse Foto Die Daten der Fotoauswertung sind normalverteilt (siehe Abbildung 34), da das Ergebnis des Kolmogorov-Smirnov-Tests d=0,1 kleiner als der tabellierte Wert d (30;0,05) =0,2 ist. Der nicht signifikante p-wert von über 0,2 bestätigt die Normalverteilung. Die Kategorie 4,0 bis 4,5 mm enthält die meisten Beobachtungen von Fällen, die in diese Kategorie fallen. Die Normalverteilung wird für die 30 Fälle, bei denen Anpasslinsen eingesetzt werden, ermittelt. Die Auswertung für alle 50 Fälle der Fotoauswertung ergibt ebenfalls, dass die Werte normalverteilt sind, da, umso mehr Werte man vergleicht, die Verteilung immer mehr einer Normalverteilung entspricht. Abbildung 34: Test auf Normalverteilung der Messung Foto 85 Die Ergebnisse der Fotoauswertung entstammen einer normalverteilten Grundgesamtheit. Dies ist durch das Ergebnis des Kolmogorov-Smirnov- Tests bewiesen. Graphisch ist dies daran zu erkennen, das die meisten Werte unterhalb der Gaus schen Glockenkurve liegen. 85 Abbildung mit Statistica 6.0 erstellt.

57 5 Statistische Analyse und Ergebnisse Keratographenmessung mit normaler Kinnstützenbenutzung Die Daten der normalen Kinnstützenbenutzung sind normalverteilt (siehe Abbildung 35), da das Ergebnis des Kolmogorov-Smirnov-Tests d=0,1 kleiner als der tabellierte Wert d (30;0,05) =0,2 ist. Der nicht signifikante p-wert von über 0,2 bestätigt die Normalverteilung. Hier befinden sich wie bei der Fotoauswertung die am häufigsten beobachteten Werte ebenfalls in der Kategorie 4,0 bis 4,5 mm. Die Normalverteilung wird für die 30 Fälle, bei denen Anpasslinsen eingesetzt werden, ermittelt. Die Auswertung für alle 50 Fälle der normalen Kinnstützenbenutzung ergibt ebenfalls, dass die Werte normalverteilt sind, da, umso mehr Werte man vergleicht, die Verteilung immer mehr einer Normalverteilung entspricht. Abbildung 35: Test auf Normalverteilung der Messung mit normaler Kinnstützenbenutzung 86 Die Ergebnisse der Messung bei normaler Kinnstützenbenutzung entstammen laut des Kolmogorov-Smirnov-Tests einer normalverteilten Grundgesamtheit. Die meisten Werte liegen unterhalb der Gaus schen Glockenkurve. 86 Abbildung mit Statistica 6.0 erstellt.

58 5 Statistische Analyse und Ergebnisse Keratographenmessung mit angepasster Kopfhaltung in der Kinnstütze Die Daten der angepassten Kopfhaltung sind normalverteilt (siehe Abbildung 36), da das Ergebnis des Kolmogorov-Smirnov-Tests d=0,1 kleiner als der tabellierte Wert d (30;0,05) =0,2 ist. Der nicht signifikante p-wert von über 0,2 bestätigt die Normalverteilung. Die größte Kategorie bilden hier die Werte zwischen 3,5 bis 4,0 mm. Die Normalverteilung wird für die 30 Fälle, bei denen Anpasslinsen eingesetzt werden, ermittelt. Die Auswertung für alle 50 Fälle der angepassten Kopfhaltung ergibt ebenfalls, dass die Werte normalverteilt sind, da, umso mehr Werte man vergleicht, die Verteilung immer mehr einer Normalverteilung entspricht. Abbildung 36: Test auf Normalverteilung der Messung mit angepasster Kopfhaltung 87 Die meisten Werte der angepassten Kopfhaltung fallen unter die Gaus sche Glockenkurve. Somit ist neben dem Kolmogorov-Smirnov-Test die Normalverteilung der Daten auch grafisch bewiesen. 87 Abbildung mit Statistica 6.0 erstellt.