Konvergenzgenauigkeit der Augen: Neue Messverfahren für die Praxis und Forschung von Wolfgang Jaschinski Zusammenfassung Individuelle Seheigenschaften gewinnen für die ergonomische Arbeitsplatzgestaltung zunehmend an Bedeutung. Ein wichtiger Faktor, der hierbei zu beachten ist, ist die Fixationsdisparität, die die Exaktheit der Einstellung des Konvergenzwinkels zwischen den Sehachsen beider Augen beschreibt. Es werden Messverfahren besprochen, mit denen festgestellt werden kann, ob eine Person im Vergleich zum Mittel der Population eine Fixationsdisparität aufweist. Methodische Limitierungen der verfügbaren Verfahren, besonders unter Aspekten einer praxisgerechten Anwendung, werden hinterfragt. Am IfADo wurden in den letzten Jahren Methodenentwicklungen vorangetrieben, um die hier sichtbaren Lücken zu schließen. Auf der Grundlage gewöhnlicher kommerzieller PC- Hardware entstand daraus das Sehprüfsystem eye-test PC, das unter www.ifado.de/ vision beschrieben ist. Einleitung In Band 1 der Serie Arbeitsphysiologie heute wurde über visuelle Ermüdung am Bildschirmarbeitsplatz und die Bedeutung individueller Aspekte von Sehabstand und Blickneigungswinkel berichtet (Jaschinski 1999). Es wurde erläutert, dass bestimmte individuelle Seheigenschaften für die ergonomische Gestaltung des Arbeitsplatzes wichtig sein können. Dabei spielt die Koordination der beiden Augen eine wichtige Rolle, insbesondere die Fixationsdisparität. Sie beschreibt die Genauigkeit des Konvergenzwinkels zwischen den Sehachsen der beiden Augen. Nachfolgend wird beschrieben, dass Messungen der Fixationsdisparität bei verschiedenen Sehabständen nicht nur ergonomisch begründet sind, sondern darüber hinaus ein vorteilhaftes Messverfahren für das beidäugige Sehvermögen darstellen und somit bisherige klinische Diagnoseverfahren sinnvoll ergänzen können. Verschiedene Varianten von subjektiven Fixationsdisparitäts-Tests mit haploskopischen Noniuslinien werden vorgestellt, darunter ein computer-gesteuertes Messverfahren (der eye-test PC) zur Messung unter Sehbedingungen eines Computer-Arbeitsplatzes. Andere Vergenzmessgrößen und klinisch übliche Vergenztests werden vergleichsweise diskutiert. Definition des Begriffes Fixationsdisparität Für ein beschwerdefreies beidäugiges Sehen am Bildschirmarbeitsplatz muss der Konvergenzwinkel zwischen den Sehachsen (Gesichtslinien) der beiden Augen von den äußeren Augenmuskeln möglichst genau eingestellt werden, so dass der angeblickte Objektpunkt auf dem Bildschirm, d. h. der Fixationspunkt, in beiden Augen auf richtungsgleiche Orte der Foveolae abgebildet wird, d. h. auf die zentralen Netzhautstellen mit dem höchsten räumlichen Auflösungsvermögen. So können kleinste Details wahrgenommen und die Netzhautbilder beider Augen im Gehirn optimal überlagert werden. Abweichungen von dieser Richtungsgleichheit kommen allerdings auch bei Personen mit normalem beidäugigen Sehen (d. h. mit guter Fusion und gutem Stereosehen) vor: die Sehachsen können sich um einige Millimeter hinter (Exo) oder vor (Eso) dem Fixationspunkt schneiden (Abb. 1). Der Konvergenzwinkel zwischen den Sehachsen der beiden Augen ist dann um einige Winkelminuten entweder kleiner (Exo) oder größer (Eso) als der geometrisch 29
Abb. 1: Augenpaar im Zustand einer Exo-Fixationsdisparität: der Fixationspunkt (die Mitte des Kreuzes) wird in jedem Auge dezentral relativ zur Mitte der Foveola (kleiner Kreis) abgebildet und dennoch durch sensorische Fusion vom Betrachter einfach (d. h. nicht als Doppelbild) gesehen. optimale Konvergenzwinkel. Solange Fehler dieser motorischen Konvergenzeinstellungen innerhalb gewisser Toleranzbereiche (Panumbereiche) bleiben, werden sie durch sensorische Fusion, d. h. durch neurophysiologische Verarbeitung im Gehirn ausgeglichen und führen nicht zu Doppelbildern. Eine solche Konvergenzfehlstellung bezeichnet man traditionell als Fixationsdisparität (entsprechend englisch fixation disparity und französisch disparité de fixation ) und definiert sie als Zustand des binokularen Einfachsehens, bei dem der Fixationspunkt disparat innerhalb des zugehörigen Panumbereiches abgebildet wird. Für diesen Sachverhalt ist zwar in DIN 5340 (DIN 5340) der Begriff Fixationsdisparation eingeführt, der aber etymologisch nicht den Zustand, sondern den Vorgang einer Trennung bezeichnet (Gerling et al. 2000) und außerdem missverständlich ist, weil in der Mess- und Korrektionsmethodik nach H.-J. Haase (Haase 1995) mit Fixationsdisparation nicht das Ausmaß einer bestehenden disparaten Abbildung in Winkelminuten bezeichnet wird, sondern die Prismenstärke zu ihrer Korrektion (s. Abb. 9). Aus diesen Gründen wird in diesem Artikel der Begriff Fixationsdisparität verwendet. Die Noniusmethode zur Messung der Fixationsdisparität Wie in Abb. 2 gezeigt, sehen beide Augen eine Serie von Buchstaben (OXOXO), die als Sehreiz für die Einstellung des Konver- genzwinkels und somit für die Fusion dienen. Oberhalb und unterhalb des zentralen Fixationspunktes (mittleres O) erscheinen je eine Noniuslinie: die obere Noniuslinie ist nur für das rechte Auge sichtbar und die untere nur für das linke; diese sog. haploskopische (oder dichoptische) Bildtrennung erfolgt je nach Testausführung z. B. mit Polarisationsfolien, Rot- bzw. Grün-Filtern oder Shutter-Brillen an Bildschirmgeräten. Zur Messung muss im Falle einer Eso- (bzw. Exo-)Fixationsdisparität die obere Noniuslinie nach links (bzw. nach rechts) relativ zur unteren Noniuslinie verschoben werden, damit beide Noniuslinien von der Testperson übereinander wahrgenommen werden. Denn dann liegen die Noniuslinien für das jeweilige Auge knapp ober- bzw. unterhalb der Sehachse, die die Blickrichtung geradeaus darstellt. Aus dem so resultierenden horizontalen Abstand der Noniuslinien lässt sich die Fixationsdisparität geometrisch als Sehwinkel (in Winkelminuten = 1/60 Grad) berechnen. Die Nonius Offset Card ein Schnelltest für die Fixationsdisparität Eine technisch einfache Ausführung der Noniusmethode, die sog. Nonius Offset Card, ist in Abb. 3 dargestellt (Jaschinski 2001a). Der Test besteht aus einer schwarz bedruckten Transparentfolie, so dass die Zeichen mit Hilfe einer rückwärtigen Be- 30
Abb. 2: Noniusmethode zur Messung der Fixationsdisparität: bei einer Eso- bzw. Exo-Fixationsdisparität verschiebt man die Noniuslinien um einen bestimmten Betrag, damit sie übereinander wahrgenommen werden. Aus dem dabei entstehenden objektiven Versatz der Noniuslinien (d) und dem Sehabstand (s) errechnet sich die Fixationsdisparität aus arc tan (d/s). leuchtung (z. B. durch einen weißen leeren Bildschirmhintergrund) hell auf dunklem Grund erscheinen. Eine verkleinerte Form lässt sich auch in Screening-Sehtestgeräte integrieren; z. B. erlaubt das Binoptometer nach Reiner (Reiner 1980) auf einfache Weise binokulare Messungen bei verschiedenen Sehabständen (Jaschinski 2001a). Abb. 3: Nonius Offset Card, ein einfacher Screening-Test für die Fixationsdisparität (Patent DE 19519413A1) Die Nonius Offset Card enthält zwei Reihen von Sehzeichen O und X, die für beide Augen sichtbar sind und somit als Fusionsreiz dienen. Die paarweisen Noniuslinien (oberhalb versus unterhalb der Fusionszeichen) haben verschiedene Beträge ihres horizontalen Versatzes. In der oberen Reihe (bezeichnet mit I, K, L, M, N) beträgt der Versatz jeweils 6, 4, 2, 0, +2 Winkelminuten sowie 5, 3, 1, +1, +3 Winkelminuten in der unteren Reihe (bezeichnet mit A, B, C, D, E). Die Richtung der entsprechenden Fixationsdisparität (Eso bzw. Exo) ist mit den Vorzeichen + bzw. bezeichnet. Mit Polarisationsfolien vor beiden Augen und vor den Noniuslinien wird eine haploskopische Trennung der oberen und unteren Noniuslinien erreicht. Bei der Sehprüfung blickt die Versuchsperson zunächst in der oberen Reihe von einem Noniuspaar zum nächsten und gibt an, wo die beiden Noniuslinien genau übereinander erscheinen. Das Ergebnis der oberen und der unteren Reihe wird gemittelt. Zur Messung bei verschiedenen Sehabständen (z. B. 100, 60, 40 und 30 cm) dienen verschiedene maßstabsgetreue Testvorlagen, bei denen die Buchstabengröße jeweils einem Sehwinkel von 27,5 Winkelminuten entspricht. Die Nonius Offset Card erlaubt mit einfachen Mitteln eine schnelle Abschätzung der Fixationsdisparität und kann somit für Screening-Tests nützlich sein. Allerdings sind Messwiederholungen problematisch, da Versuchspersonen einmal gegebene Antworten aus dem Gedächtnis wiederholen könnten. Außerdem ist die Verlässlichkeit der Messung begrenzt, weil das Ergebnis nur auf zwei Antworten der Probanden beruht. Messungen der Fixationsdisparität mit dem eye-test PC Die Nachteile der Nonius Offset Card lassen sich mit folgendem computer-gesteuerten Verfahren vermeiden, das im eye-test PC re- 31
alisiert ist (www.ifado.de/vision). Dabei bleibt der Fusionsreiz ständig auf dem Bildschirm stehen, die Noniuslinien werden aber nur für einen kurzen Zeitmoment (100 ms) präsentiert. In einer Serie von mindestens 30 solcher Präsentationen der Noniuslinien (bei jeweils unterschiedlichem Versatz) gibt die Testperson mit der Computer-Maus an, ob sie die obere Noniuslinie rechts oder links relativ zur unteren Noniuslinie gesehen hat (Abb. 4). Abb. 4: Ablauf-Diagramm einer computergesteuerten Messung: auf der senkrechten Achse ist die Größe des Versatzes der Noniuslinien im Laufe der Serie von 30 Kurzzeit- Präsentationen aufgetragen. Die gefüllten bzw. offenen Kreise geben an, ob die Versuchsperson rechts bzw. links geantwortet hat, um die wahrgenommene Lage der oberen relativ zur unteren Noniuslinie anzugeben. Die Quadrate und die fette Linie stellen die Schätzwerte für die Fixationsdisparität dar. Dabei ist die Testperson aufgefordert, das zentrale Fusionsobjekt (O) zu fixieren. Mit der adaptiven psychometrischen Prozedur Best PEST (Lieberman & Pentland 1982) kann man programmgesteuert bestimmen, bei welchem Versatz die Noniuslinien subjektiv übereinander erscheinen: antwortet eine Person rechts bzw. links, so wird angenommen, dass die vorliegende Fixationsdisparität stärker Eso bzw. stärker Exo ist, als es dem gerade präsentierten Noniusversatz entspricht. Nach einer Startphase von 6 Präsentationen hat das Verfahren grob die vorliegende Fixationsdisparität erreicht, und es beginnt die genaue Messung: ab der 7. Präsentation ergibt sich in der Folge der Antworten aus jedem Wechsel (z. B. von rechts nach links oder auch von links nach rechts ) ein Schätzwert für die aktuelle Fixationsdisparität, nämlich aus dem Mittelwert zwischen den beiden dazugehörigen Noniusversatz-Werten. Im Falle von zwei Wechseln in einer Serie von 3 Antworten (z. B. rechts - links - rechts ) wird nur der erste Wechsel gewertet, damit die Schätzwerte unabhängig voneinander sind. So findet man im Laufe der 30 Präsentationen eine Reihe von Schätzwerten, die nicht in jedem Fall statistisch normalverteilt sind. Daher wird aus den Schätzwerten statt des Mittelwerts der Median und statt der Standardabweichung der Interquartilsabstand (Q3 Q1)/2 berechnet (Jaschinski 1998). Zur Validität der Noniusmethode Alle klinischen Tests für die Fixationsdisparität benutzen im Testfeld Markierungen für die Lage der beiden Sehachsen. In den obigen Fixationsdisparitäts-Tests sind dies die beiden Noniuslinien, andere Tests benutzen z. T. verschieden gestaltete Ausführungen dieser Markierungen. Diese haploskopischen Markierungen sind einerseits die notwendigen Messinstrumente für die Vergenzfehlstellung, andererseits stellen die so induzierten unterschiedlichen Bilder für die beiden Augen zwangsläufig eine Sehbedingung dar, die im normalen Sehen nicht besteht (Gerling et al. 1998). Entsprechend betont Pickwell (1989), dass alle Methoden zur Messung der Fixationsdisparität leicht unnormale Bedingungen beinhalten, die mit dem alltäglichen Sehen nicht übereinstimmen. Bei der Testgestaltung sollte also berücksichtigt werden, dass die Fixationsdisparität in möglichst normalen Sehbedingungen erfasst wird. Die Verwendung von zentralen Fusionsreizen entspricht insofern natürlichen Sehbedingungen, da die meisten Sehaufgaben eben darin bestehen, ein Sehobjekt zentral zu fixieren, um es genau wahrzu- 32
nehmen. Eine möglicherweise störende Wirkung von stationär präsentierten haploskopischen Noniuslinien in den meisten mechanisch realisierten Tests (z. B. auch in der obigen Nonius Offset Card) lässt sich dadurch vermeiden, dass die Noniuslinien bei computer-gesteuerten Verfahren auf Monitoren nur tachistoskopisch eingeblendet werden: wenn die Präsentationszeit kürzer als die Latenzzeit der Vergenz gewählt wird (z. B. 100 ms), so sind keine Vergenzänderungen zu erwarten. Allerdings steht für solche tachistoskopische Noniustests eine vergleichende objektive Augenbewegungsmessung noch aus. Im Prinzip haben die Noniuslinien das Ziel, die Verschiebung der Sehachsen relativ zur Mitte der Foveola festzustellen. Dies gelingt mit diesen Tests aber nur dann, wenn die Netzhautkorrespondenz normal ist. Anderenfalls messen die Noniuslinien die Fixationsdisparität relativ zur verschobenen Korrespondenz. Während solche Verschiebungen der Netzhautkorrespondenz um Beträge von einigen Grad z. B. bei Schielpatienten mit Haidinger Büscheln festgestellt werden können, gelingt dies nicht bei kleineren Verschiebungen, wie sie im normalen Binokularsehen vorkommen können (Schor 1991; Wick 1991). Zur Lösung dieses Problems kann man objektive Messungen des Vergenzwinkels mit Augenbewegungsmessapparaturen durchführen, die sich zwar für Forschungszwecke eignen, aber für klinische Zwecke zu aufwändig sind. Vergleichende Untersuchungen von einigen Autoren haben gezeigt, dass die Ergebnisse objektiver Methoden und der Noniusmethode zwar voneinander abweichen können, aber dennoch tendenziell miteinander korreliert sind (Jaschinski et al. 1999a). In diesen Zusammenhang gehört auch die Studie von Gerling et al. (2000): sie präsentierten verschieden strukturierte Fusionsreize im direkten Wechsel und untersuchten die daraus resultierende Vergenzänderung; es ergab sich, dass die objektiv mit der Search-Coil- Methode gemessene Vergenzänderung ziemlich genau der Noniusverschiebung entsprach, die am Zeigertest nach H.-J. Haase (Haase 1995) zwischen Zeigerspitze und Skala wahrgenommen wurde. Die Validität von Noniustests zeigte sich auch in einer neurophysiologischen Studie: Suter et al. (1993) untersuchten visuell evozierte EEG- Potenziale bei einer experimentellen Leseaufgabe und fanden, dass bei Personen ohne Fixationsdisparität (gemessen mit Nonius- Markierungen auf der Wesson Card) die Potenziale bei binokularem Lesen stärker als bei monokularem Lesen war; diese physiologische Summation der Signale beider Augen war bei Personen mit deutlichen Fixationsdisparitäten nicht zu beobachten. Zusammenfassend ergibt sich, dass sowohl mit objektiven Messverfahren wie auch mit der Noniusmethode festgestellt werden kann, ob eine Person im Vergleich zum Populationsmittelwert z. B. eine Exo-Fixationsdisparität aufweist. Außerdem ist für die praktische Anwendung in Bezug auf asthenopische Beschwerden (Asthenopie= okulär bedingte Störungen des Sehens und des Allgemeinbefindens, die bei Entlastung des Sehsystems nachlassen) letztlich das Kriterium entscheidend, ob Ergebnisse eines Sehtests mit Sehbeschwerden zusammenhängen; dies ist für eine Reihe von Noniustest-Verfahren wiederholt aufgezeigt worden (s. S. 35ff.). Es bleibt jedoch die Frage, mit welchen praktisch einsetzbaren Verfahren geringe Verschiebungen der Netzhautkorrespondenz festgestellt werden können. Der Einfluss des Sehabstands auf die Fixationsdisparität Mit den oben beschriebenen Noniustest-Verfahren lässt sich die Fixationsdisparität bei verschiedenen Sehabständen zwischen Auge und Sehobjekt messen. Abb. 5a zeigt diesen Zusammenhang als Mittelwert einer Stichprobe von 40 jungen Erwachsenen mit normalem Binokularsehen. Im Durchschnitt liegt eine perfekte Konvergenzeinstellung etwa bei einem Sehabstand von 1 m vor; dort besteht dann keine Fixationsdisparität (d. h., FD = 0). Je geringer der Sehabstand, umso mehr vergrößert sich gewöhnlich die Fixationsdisparität in die Exo-Richtung, 33
dargestellt als negative FD-Werte. Die Lage und Steigung dieser Sehabstands-FD- Kurven (englisch: proximity fixation disparity curve ) ist individuell verschieden ausgeprägt (Jaschinski 1997, 2001b), wie in den Beispielen in Abb. 5b dargestellt. Abb. 6 illustriert die physiologische Interpretation der Kurven. Der Sehabstand, bei dem ein Wert von FD = 0 vorliegt, kann als tonische Vergenz interpretiert werden (s. Tab. 1); je weiter der Sehabstand davon abweicht (in die Nähe bzw. in die Ferne), umso deutlicher steigen die Beträge der FD- Werte tendenziell an, jeweils in die Exo- Richtung bzw. in die Eso-Richtung (Owens & Leibowitz 1983). Die Steigung der FD- Kurven als Funktion des Sehabstands (d. h. des Vergenzwinkels) spiegelt den Verstärkungsfaktor des physiologischen Vergenz- Regelungssystems wider (Jaschinski 2001b; Schor 1983). In dieser Interpretation hat eine Person mit einer großen bzw. geringen Vergenzverstärkung eine flache bzw. steile Sehabstands-FD-Kurve. Die Fixationsdisparität wird auch von der vertikalen Blickrichtung beeinflusst: wenn man die Augen oder den Kopf nach unten bzw. nach oben neigt, dann ergibt sich bei vielen, aber nicht bei allen Personen, eine Verschiebung in die Eso- bzw. Exo- Richtung (Jaschinski et al. 1998a). An gewöhnlichen Bildschirmarbeitsplätzen ist der Spielraum für vertikale Blickneigungswinkel allerdings relativ gering, so dass am Arbeitsplatz die Fixationsdisparität von der Bildschirmhöhe nur unwesentlich beeinflusst wird (Jainta & Jaschinski 2002). Abb. 5: Fixationsdisparität (FD) bei Sehabständen von 460, 100, 60, 40 und 30 cm (aufgetragen auch in der Einheit 1/Meter, weil dieses Maß proportional zum Vergenzwinkel ist). Abb. 5a zeigt die Mittelwertkurve von 40 normalsichtigen jungen Erwachsenen und Abb. 5b aus dieser Stichprobe 4 individuelle Kurven. Diese Daten stammen aus computer-gesteuerten Messungen (Jaschinski 2002). 34
Abb. 6: Interpretation der beiden Kennwerte von Sehabstands-FD-Kurven: der Schnittpunkt mit der x-achse stellt den Sehabstand entsprechend der tonischen Vergenz dar, während die Steigung der Geraden ein Maß für den Verstärkungsfaktor der Naheinstellungsvergenz ist. Fixationsdisparität und asthenopische Beschwerden als Funktion des Sehabstands Am Bildschirmarbeitsplatz vermeiden manche Personen Nahsehbeschwerden dadurch, dass sie Bildschirme eher bei größeren Sehabständen aufstellen (Bergqvist & Knave 1994; Jaschinski et al. 1998b, 1999b). Für diesen bevorzugten Sehabstand ist die Steigung der Sehabstands-FD-Kurve von Bedeutung, wie sich in den zwei folgenden Laborstudien gezeigt hatte. (1) In der jüngsten Studie (Jaschinski 2002) bearbeiteten 40 Probanden (19-33 Jahre) mit gutem Visus und Stereosehen nacheinander drei Blöcke einer je 30-minütigen Suchaufgabe am Bildschirm. In Block 1 wurde der Sehabstand von 100 cm fest vorgegeben, um einen Eindruck von der Sehsituation ohne Nahbelastung zu vermitteln. In Block 2 wurde mit dem Sehabstand von 50 cm eine definierte Nahsehbelastung erzeugt. Nach diesen Erfahrungen hatten die Probanden in Block 3 die Möglichkeit, den Sehabstand frei zu wählen. Außerdem wurde das Ausmaß der asthenopischen Beschwerden mit einem Fragebogen erhoben und auch erfragt, ob die Bildschirme als zu nah oder zu weit entfernt empfunden wurden. Probanden, die in Block 2 (also bei 50 cm) stärkere asthenopische Beschwerden angaben als in Block 1 (bei 100 cm), empfanden in Block 3 den Bildschirm bei 50 cm unangenehm zu nah und bevorzugten eher größere Sehabstände. Dies bedeutet, dass Personen, die einen größeren Sehabstand bevorzugen, dadurch offenbar asthenopische Beschwerden beim Nahsehen vermeiden. Daher ließ sich in diesem Experiment das Ausmaß der asthenopischen Beschwerden, die durch das Nahsehen induziert wurden, mit Hilfe der folgenden drei Messparameter erfassen: 1. durch das Ausmaß asthenopischer Beschwerden bei 50 cm (im Vergleich zu 100 cm) 2. dadurch, wie deutlich der Bildschirm bei 50 cm zu nah empfunden wurde 3. durch die Bevorzugung eines größeren Sehabstands (in Block 3). Für jeden einzelnen dieser drei Messparameter ergab sich, dass Personen mit stärkeren asthenopischen Beschwerden meist eine größere Exo-Fixationsdisparität in der Nähe aufwiesen. Das deutlichste Ergebnis ist in Abb. 7 dargestellt. Die Gesamtstichprobe bevorzugte den Bildschirm im Bereich von 43 99 cm: allerdings wählten Personen mit steilen Sehabstands-FD-Kurven eher überdurchschnittlich große Sehabstände von mehr als 63 cm. 35
Abb. 7: Messungen der Sehabstands-FD-Kurve mit der Nonius Offset Card im Binoptometer. Teilt man die Gesamtgruppe von 40 Personen am Median der Steigung, so zeigt sich, dass Personen mit einer steileren Kurve (offene Symbole) im Mittel einen größeren Sehabstand (64 99 cm) bei Bildschirmarbeit bevorzugten als Personen mit einer flacheren Kurve (gefüllte Symbole, 43 63 cm) (Jaschinski et al. 1998a). (2) Bereits in einer früheren Studie (Jaschinski 1998) hatten wir Probanden aufgefordert, eine halbstündige Phase von Bildschirmarbeit zunächst bei einem vorgegebenen Sehabstand von 40 cm zu beginnen; danach war es ihnen aber freigestellt, spontan ihren individuell bevorzugten Sehabstand zu wählen: Personen mit steileren Sehabstands-FD-Kurven gingen vergleichsweise schneller zu größeren Sehabständen über, offenbar um asthenopische Beschwerden bei nahen Bildschirmen zu vermeiden. Fixationsdisparität im Vergleich zu tonischer Vergenz und Phorie Zur physiologischen Interpretation der Fixationsdisparität ist die in Tab. 1 illustrierte Klassifizierung der verschiedenen Vergenzkomponenten nach Maddox (1893) nützlich. Wenn weder die fusionale Vergenz noch die Akkommodation stimuliert wird (und die psychische Konvergenz durch die Testanordnung gering ist), dann ergibt sich die tonische Vergenz aus der Anatomie und der Innervierung der Augenmuskeln ohne adäquaten Reiz. Die tonische Vergenz lässt sich messen, wenn man zum Beispiel in einem völlig dunklen Sehfeld jeden wirksamen Fixationsreiz ausschließt und Nonius-Markierungen nur kurzzeitig aufblinken lässt (Jaschinski-Kruza 1990). Die resultierende Messgröße wird auch als Dunkelvergenz (dark vergence) bezeichnet; sie variiert interindividuell zwischen entsprechenden Entfernungen von unendlich und ca. 50 cm mit einem Populationsmittelwert nahe 1 Meter. Personen mit einer tonischen Vergenz, die einem großen Sehabstand entspricht, müssen relativ dazu also beim Nahsehen eine umso stärkere Konvergenzänderung ausüben; solche Personen haben tendenziell stärkere Sehbeschwerden (Jaschinski 1998; Jaschinski-Kruza 1991; Tyrrell & Leibowitz 1990) bzw. bevorzugen größere Sehabstände (Heuer et al. 1989). Insofern kann die tonische Vergenz als Vergenzruhelage angesehen werden (Owens 1984): wie in Abb. 6 illustriert, besteht bei einem Sehabstand, der der tonischen Vergenz entspricht, keine Fixationsdisparität, d. h. FD = 0 (Jaschinski 2001b). Eine verbreitete Messgröße zur Diagnose von Vergenzstörungen ist die Phorie. Dabei wird die Einwirkung der fusionalen Vergenz bewusst ausgeschlossen, indem den beiden Augen keine identischen Bilder dargeboten werden und somit keine Fusion angeregt wird. Man spricht von Orthophorie, wenn auch ohne diese Fusionsreize die Vergenzstellung der Augen der jeweiligen Testdistanz entspricht und somit physikalisch übereinanderstehende Noniusmarkierungen in Nullstellung wahrgenommen werden; andernfalls besteht eine Eso- oder Exo- Heterophorie. Wenn bei Phorie-Messungen eine Stimulierung der Akkommodation durch die Testanordnung ausgeschlossen 36
Tab. 1: Komponenten der Vergenz in ihrer Wirkung auf Fixationsdisparität bzw. Phorie Komponenten der Vergenz Tonische Vergenz aufgrund der Mechanik und Innervation der Augenmuskeln Fixations- Psychische Vergenz durch Wahrnehmung bzw. Vorstellung der Testdistanz Phorie disparität Akkommodative Vergenz durch Testdistanz und Akkommodationsreiz Fusionale Vergenz durch die Disparität in der Testanordnung wird, z. B. wie beim Maddox-Test mit einer Punktlichtquelle in relativ dunklem Testraum, dann geht die Phorie-Messung in eine Messung der tonischen Vergenz über. Eine Exo- bzw. Eso-Phorie entspricht dann einer Einstellung der tonischen Vergenz in der Ferne bzw. in die Nähe. Bei stärkeren akkommodativen Einflüssen, z. B. in heller kontrastreicher Umgebung und besonders beim Testen in der Nähe, ergibt sich ein Messwert der Phorie aus der jeweiligen tonischen Vergenz und der vollzogenen Akkommodation (Jaschinski 2001b; Owens & Tyrrell 1992). Klassische Maße der Phorie z. B. nach Maddox oder von Graefe (mit einem starken Vertikalprisma vor einem Auge) sind nach Studien von Yekta et al. (1987) und Jenkins et al. (1989) kein aussagekräftiger Indikator für asthenopische Beschwerden. Aufgrund dieser Befunde kommen Pickwell (1989) und Evans (1997) zu der Schlussfolgerung, dass in Bezug auf die Erklärung von asthenopischen Beschwerden die klassischen Phorie-Messungen nicht gerechtfertigt seien (Zitat: the time is much better spent on other procedures ). Diese Autoren bevorzugen statt dessen Messgrößen der Fixationsdisparität, denn eine umfangreiche Forschungsserie (Jenkins et al. 1989; Pickwell et al. 1991) mit der Mallett-unit (Mallett 1964, 1974) bei einem Lese-Sehabstand von 40 cm und zentralen Fusionsreizen ergab, dass Personen mit Sehbeschwerden beim Nahsehen tendenziell eine Exo-Fixationsdisparität bzw. ein entsprechendes Ausgleichsprisma der Richtung Basis innen (s. Abb. 9) beim Testen in der Nähe zeigten (Evans 1997). Fixationsdisparität und Phorie unterscheiden sich also konzeptionell darin, dass die fusionale Vergenz eingeschlossen bzw. ausgeschlossen ist (Kommerell et al. 2000). Weiterhin ist zu beachten, dass verschiedene Phorie-Messverfahren nicht äquivalent sind, ebenso wie es verschiedene Maße für die Fixationsdisparität gibt. Es ist jeweils die vorliegende Testanordnung zu berücksichtigen. Die fusionale Konvergenz ist geringer, wenn die Fusionsreize in der Testgestaltung nicht zentral-foveolär, sondern peripher angeordnet sind (Owens & Leibowitz 1983). Insofern hängen die Testergebnisse davon ab, wie zentral bzw. peripher die Fusionsreize dargeboten werden. Im klassischen Maddox-Phorietest ist mit einer starken Zylinderlinse vor einem Auge jede Fusionsmöglichkeit ausgeschlossen (Kromeier et al. 2001), während im Kreuztest nach H.-J. Haase (Haase 1995) periphere Fusionsreize 37
bestehen. Zur Messung der Fixationsdisparität besitzen das Disparometer nach Sheedy (Sheedy & Saladin 1983) und die Anordnung von Ogle et al. (1967) keine zentralen Fusionsreize, sondern solche bei geringen Exzentrizitäten von ca. 0,8 Grad. Die Mallett-unit (Mallett 1964) hat jedoch Fusionszeichen, die man zentral fixiert. Zwischen den Testbedingungen für die tonische Vergenz und die Fixationsdisparität gibt es somit einen stetigen Übergang, indem die Stimulierung der Akkommodation und der Fusion zunimmt. Tests, in denen periphere Fusionsobjekte gewählt wurden, stellen einen Zwischenstatus zwischen reinen Phorie- Tests und reinen Fixationsdisparitäts-Tests dar. Im natürlichen Sehen und am Arbeitsplatz sind alle Komponenten der Vergenz wirksam, einschließlich der fusionalen Vergenz, die die Genauigkeit der Nahkonvergenz bestimmt. Insofern entsprechen Messungen der Fixationsdisparität eher der natürlichen Sehsituation als Messbedingungen der Phorie, bei denen die fusionale Vergenz unberücksichtigt bleibt. Weiterhin haben wir im natürlichen Sehen gewöhnlich einen zentralen Fixationsreiz, z. B. Worte auf dem Bildschirm oder auf Textvorlagen. Dies mögen Gründe sein, warum in einigen Studien die in der Nähe und mit zentralen Fusionsreizen gemessene Fixationsdisparität eher mit Sehbeschwerden zusammenhing als klassische Maße der Phorie, z. B. nach Maddox. Sehabstands-FD-Kurve versus Prismen-FD-Kurve Bei Messungen der Fixationsdisparität als Funktion des Sehabstands steigt die Belastung der Konvergenz mit zunehmender Nähe. Eine andere Möglichkeit der Variation der Vergenzbelastung wurde von Ogle et al. (1967) eingeführt: dabei bleibt der Sehabstand konstant (z. B. bei 40 cm) und durch die Anwendung von Testprismen (Basis außen bzw. Basis innen) wird die Vergenz in eine konvergente bzw. divergente Richtung verschoben. Tab. 2 zeigt, wie z. B. ein Konvergenzwinkel von 3,4 Grad sowohl bei einem Sehabstand von 100 cm (ohne Prisma) vorliegt, als auch bei 40 cm und 9 Prismendioptrien Basis innen. Tab. 2: Zusammenhang zwischen Sehabständen, Konvergenzwinkeln und Prismenbelastungen: Konvergenzwinkel von 3,4 bis 17,1 Grad ergeben sich einerseits durch Variation des Sehabstands von 100 bis 20 cm (ohne Prismenanwendung) oder andererseits bei festem Sehabstand von 40 cm und Variation der Prismenbelastung von 9 cm/m Basis innen bis 15 cm/m Basis außen. Seh abstände Konvergenzwinkel Prismenbelastung, bei 40 cm Sehabstand cm 1/m Grad Prismendioptrie (cm/m) 20 5,0 17,1 15 Basis außen 30 3,3 11,4 5 Basis außen 40 2,5 8,6 0 60 1,6 5,7 5 Basis innen 100 1,0 3,4 9 Basis innen Wenn man die Fixationsdisparität als Funktion des Sehabstands und vergleichsweise als Funktion der Prismenbelastung misst, so erhält man zwei Kurven, die in Abb. 8a als Mittelwert von 20 Personen dargestellt sind und in Abb. 8b in einem individuellen Einzelfall (Jaschinski 1997). Die Sehabstandskurve ist ähnlich wie in Abb. 5. Die Prismenkurve bedeutet, dass bei starken Prismen Basis außen die Augen den abverlangten großen Konvergenzwinkel nur unvollständig einstellen, was sich als Exo-Fixationsdisparität ausdrückt. Umgekehrt stellt sich bei starken Prismen Basis innen ein unvollständig vollzogener Divergenzwinkel ein, d. h. eine Eso-Fixationsdisparität. Man erkennt, dass die Prismenkurve steiler ist als die Sehabstandskurve. Dies ist eine Folge des unterschiedlichen Akkommodationsverhaltens: mit den Prismen wird zwar der Reiz für die Vergenz variiert, der Test-Sehabstand wird aber üblicherweise bei 40 cm konstant gehalten, und damit auch der Akkommodationsreiz. Im Gegensatz dazu hat die Sehabstandskurve den Vorteil, dass die Testbedingungen in Bezug auf Vergenz und auf die Akkommodation den Sehbedingungen am Arbeitsplatz entsprechen. 38