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Können die Ergebnisse verschiedener Mess-Technologien einander gleichgesetzt werden, wenn es um Abbildungsfehler höherer Ordnung (Aberrationen) geht?

Warum „funkeln” Sterne manchmal am Himmel? – (Das liegt an) Turbulenzen in der Atmosphäre: das Licht, das ein Stern aussendet, wird durch Partikel in der Atmosphäre verzerrt. Das gleiche passiert, wenn Licht ins Auge fällt: das Licht gelangt durch die Hornhaut und die Linse (die „Optik“) ins Auge und wird dann auf der Netzhaut gebündelt. Dort wird das Licht in Nervenimpulse umgewandelt, die dann ans Gehirn weitergeleitet werden. Unebenheiten in der Hornhaut, welche für 80% der Fokusierkraft des Auges zuständig ist, können den Lichteinfall unterschiedlich stören. Starke Abbildungsfehler des Auges (wie Kurzsichtigkeit, Hyperopie und Astigmatismus) sind ziemlich offensichtlich und werden als „niedere Abbildungsfehler” bezeichnet. Andere Probleme werden größtenteils nur nachts spürbar und durch Begriffe wie „Trefoil, Koma und sphärische Aberration” gekennzeichnet. Diese werden als „Abbildungsfehler höherer Ordnung“ („Higher-order aberrations (HOAs)“ – HOAs) bezeichnet. Je komplexer das Licht aufgrund der Fehlstellung gebrochen wird, desto höher ist die Rangordnung der Aberration (Abb. 1).

Abb 1. Häufig treten Aberrationsformen auf, wenn eine „Licht-Wellenfront“ auf ein Auge, welches nicht über perfekte Sehkraft verfügt, trifft. Ein theoretisch perfektes Auge (oben) wird durch eine aberrationsfreie flache Ebene dargestellt, die als „Kolben“ („piston“) bezeichnet wird. Jede Reihe stellt von oben nach unten eine Aberration immer höherer (d. h. komplexeren) Ordnung dar.

Auch wenn Blendungen durch und Lichtkegel um Straßenlaternen und Autoscheinwerfer nachts (zwei Beispiele für HOAs) für die meisten Menschen unangenehm sind, so kommen die Betroffenen doch im Allgemeinen gut mit dieser Einschränkung klar. Wenn die Augen jedoch extremst unter HOA leiden, wird die Sehleistung ernsthaft beeinträchtigt – und dies ist insbesondere bei Menschen mit Keratokonus der Fall. Keratokonus-Augen leiden deutliche häufiger und stärker unter HOAs als „normale“ Hornhäute – so sehr, dass einige Forscher befürworten, HOA-Bewertungen (sowie die üblichen Hornhautform-Bewertungen, die mit Hornhauttopographen durchgeführt wurden) zu verwenden, um nach frühen Stadien des Keratokonus zu suchen. Leider wird die Arbeit für den Aberrometer umso schwieriger, desto unregelmäßiger die Hornhaut ist.

In vielen Kliniken gibt es Hornhauttopographen, die auch eine Analyse der Hornhautaberration durchführen können. Dabei werden die Daten zur vorderen und hinteren Hornhauthöhe (die Form der Hornhautoberseite und -unterseite) ermittelt. Dies wird mit einer Technik kombiniert, die als Raytracing bezeichnet wird, und die resultierenden Daten werden als sogenannte „Zernike-Polynome“ dargestellt – wie oben in Abbildung 1 dargestellt.

Allerdings verwenden diese Topographen verschiedene Messansätze – ein beliebtes Gerät verwendet eine „drehbare Scheimpflug Kamera“ (Oculus Pentacam HR), wohingegen andere, ebenfalls weitverbreitete Geräte „duale Scheimpflug-Technologie kombiniert mit Placido-Disk-basierter Reflexions-Bildgebung“ (Ziemer Galilei G4) verwenden. Obwohl bekannt ist, dass beide Ansätze zu weitgehend ähnlichen Abbildungen der Hornhauttopographie liefern, bleibt dennoch die Frage offen: führen diese Instrumente bei HOA-Bewertungen zu gleichwertigen Ergebnissen – insbesondere bei KeratokonusAugen?

Im Wesentlichen gilt: Sind die Ergebnisse jedes Instruments miteinander austauschbar? Es ist wichtig, diese Informationen zu kennen. Wenn ein Augenarzt Messungen vornimmt und den Patienten an einen Hornhautspezialisten mit einem anderen Instrument überweist, kann der Spezialist dann davon ausgehen, dass die neuen Messungen des Patienten mit den vorherigen übereinstimmen würden?

Eine Gruppe von Forschern, darunter Prof. Farhad Hafezi und Dr. Emilio Torres-Netto vom ELZA-Institut, beantworteten diese Fragen, indem sie 50 Augen von 50 Patienten mit eindeutigen Hinweisen auf einen Keratokonus untersuchten. Jedes Auge wurde beim selben Patientenbesuch vom selben Techniker untersucht.

Die Forscher verglichen die Zernike-Polynomdaten dritter und vierter Ordnung mit jedem Instrument, das mit einer 6,0-mm-Pupille erstellt wurde, einschließlich:

  • Trefoil bei 0°,
  • Trefoil bei 30°,
  • Vertikale Coma,
  • Horizontale Coma,
  • Sphärische Aberration, und
  • Total cornea root mean square (RMS),

Mit anderen Worten: die Forscher wählten sechs Parameter aus, die HOAs beschreiben, die das Sehvermögen signifikant beeinflussen können, und verglichen die Werte, die jedes Instrument individuell produzierte. Die Art und Weise, wie die Forscher beurteilten, ob sich die beiden Ansätze “überlappten”, bestand darin, eine „zugelassene Höchstwert-Analyse“ („Limits of Agreement” -Analyse) durchzuführen, in der die wahrscheinlichen Unterschiede zwischen den mit zwei Methoden gemessenen Einzelergebnissen und dem Pearson-r-Koeffizienten (ein Maß für die Korrelation der beiden Variablen). Anschließend führten sie eine Untergruppenanalyse durch und analysierten diese Ergebnisse anhand der Steilheit der Hornhaut (eine Messung mit der Bezeichnung Kmax, gemessen in Dioptrien (D), wobei eine höhere Zahl einer steileren Hornhaut entspricht). Es wurden drei Gruppen definiert: Augen mit Kmax <50 D, 50–55 D und> 55 D. Aber, zu welchem Ergebnis kamen die Forscher?

Sie stellten fest, dass die Pearson-Korrelationen für die meisten untersuchten Parameter im Allgemeinen recht niedrig und die Übereinstimmungsgrenzen breit waren. Um es kurz zu machen, es gab signifikante Unterschiede zwischen Messungen von Hornhaut-HOAs, die an Scheimpflug- und dualen Scheimpflug-Placido-Geräten bei Patienten mit Keratokonus durchgeführt wurden. Stärkere Korrelationen mit weniger signifikanten Unterschieden wurden bei keratokonischen Augen mit weniger steilen Kmax-Werten gefunden. Mit anderen Worten: Je steiler die Hornhaut ist (was normalerweise bedeutet, dass der Keratokonus weiter fortgeschritten ist), desto schlechter ist die Übereinstimmung zwischen den Instrumenten.

Die Forscher folgerten: „Wir empfehlen, Messungen dieser Technologien nicht austauschbar zu verwenden, wenn HOAs bei Augen mit Keratokonus bewertet werden.“

Referenz

Piccinini AL, Golan O, Torres-Netto EA, Hafezi F, Randleman JB. Corneal higher-order aberrations measurements: Comparison between Scheimpflug and dual Scheimpflug-Placido technology in keratoconic eyes. J Cataract Refract Surg. 2019;45(7):985-991.

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