Refraktive Hornhautchirurgie

Dieser Programmteil ist eine Option, d.h., nicht in allen Installationen enthalten. Hornhautprofile können entweder als topometrische Daten eingelesen oder als "Modell" erzeugt werden.

Hornhautmodell

Als Modell der Hornhaut wird angenommen, daß die Hornhaut durch die Rotationsfigur einer kartesischen Kurve (Kreis, Ellipse, Parabel, Hyperbel) approximiert werden kann, die anschließend noch in einer Dimension gestaucht wird, so daß zwei verschiedene, aufeinander senkrecht stehende Scheitelkr ümmungskreise entsprechend den Zylinderachsen entstehen ⁶. Die gesamte Figur kann dann noch in beliebiger Richtung horizontal verschoben sein. Eine Hornhaut wird im Modell also definiert durch zwei Radien, deren Winkel, eine numerische Exzentrizität e und einen Verschiebungsvektor. In den Bildern wird nur der Betrag des Dezentrierungsvektors d ausgegeben, intern wird er aber zweidimensional berechnet. Wenn das Vorzeichen der numerischen Exzentrizität negativ ist, so ist dieses nur formal zu sehen (negative Exzentrizitäten sind mathematisch unsinnig). Gemeint ist in einem solchen Fall eine oblate Hornhaut, die durch eine Ellipse approximiert wird, deren kleine Halbachse parallel zur optischen Achse liegt. Dieses durch die Parameter R1,R2, α, e definierte Modell stellt den "Standard" innerhalb von OKULIX dar. Eine vereinfachte Eingabemöglichkeit ohne Berücksichtigung der Asphärizität besteht in der Angabe der Refraktion in Sphäre, Zylinder und Achse. Ist bereits eine Hornhauttopographie vorhanden (entweder als eingelesene Datei oder als Modell erzeugt), so kann auch eine Modellapproximation durch Zernike-Polynome erfolgen, was aber praktisch nur für didaktische Zwecke Sinn macht. Zu Vergleichszwecken können Polynome unterschiedlicher maximaler radialer Ordnung n erzeugt werden (3 ≤ n ≤ 12). Die Zahl der Reihenelemente (Koeffizienten) ist dann (n + 1)(n + 2)/2, also z.B. 45 für die 8-te radiale Ordnung. Wie gut oder schlecht eine Modellapproximation (Standard oder Zernike) im Einzelfall ist, kann man durch Diff. zu Modell berechnen lassen. Die Differenz zwischen realer und Modelloberfläche wird dann als Höhenprofil oder als Refraktions- oder Wellenfrontdifferenz ausgegeben. Dabei wird die Dezentrierung nicht mit berücksichtigt, d.h., die Differenz wird relativ zu den unverschobenen Koordinaten berechnet. Mit Differenz zu.. kann der Unterschied zwischen der aktuell geladenen und einer beliebigen anderen Hornhaut berechnet werden, deren Topometrie zusätzlich geladen wird. Der Unterschied kann entweder als Höhendifferenz oder als Refraktions- bzw. Wellenfrontdifferenz dargestellt werden. Wenn eine Modellhornhaut mit den Parametern R1,R2, α, e erzeugt wird (Standardmodell), kann es sein, daß sich die anschliessend ausgegebenen Parameter geringfügig von den Vorgabewerten unterscheiden. Der Grund liegt darin, daß die ausgegebenen Parameter jeweils neu aus den zweidimensionalen Daten berechnet werden. Die genannten, kleinen Differenzen veranschaulichen die Grenzen der Modellbetrachtung. Die Dicke der Hornhaut wird programmintern als zweidimensionales Datenfeld verwendet, bisher kann sie aber als solches nicht eingelesen werden, da noch keine Schnittstellen zu entsprechenden Geräten verfügbar sind.

Methodik der Hornhautabtragung

Bei der Lasik / PRK können prinzipiell beliebige Fehler (Myopie, Hyperopie, Astigmatismus, unregelmäßige Bereiche) korrigiert werden. Als Ziel kann eine sphärische Hornhaut, eine asphärische Hornhaut mit wählbarer numerischer Exzentrizität oder eine asphärische Hornhaut definiert werden, deren numerische Exzentrizität vom Programm so optimiert wird, daß die sphärische Aberration (genauer: der zentralsymmetrische öffnungsfehler) des Auges minimal wird ⁷. Außerdem kann das Abtragungsprofil numerisch "geglättet" werden um hochfrequente Fehler zu eliminieren. Bei der Berechnung des Abtragungsprofils für Lasik / PRK wird grundsätzlich versucht, möglichst wenig abzutragen. Bei einem gemischten Astigmatismus wird also beispielsweise im steilsten Meridian im Sinn einer Myopiekorrektur, im flachsten im Sinn einer Hyperopiekorrektur abgetragen (Kreuzzylinder). In seltenen Fällen ist die optische Qualität des Ergebnisses dennoch nicht befriedigend, was man anhand der Refraktionsfehlerkarte, besser noch mittels simulierter Landoltringe darstellen kann. Der Grund für diese Abweichungen liegt in den Primärdaten, die in einem solchen Fall entweder zu viele Fehlstellen enthalten oder durch die o.g. Modellparameter zu schlecht approximiert werden.

Export von Abtragungsprofilen

Die in OKULIX berechneten Abtragungsprofile können in Tabellen, sogenannte "Schuß-Files", umgerechnet werden. Dies sind Dateien, die die Koordinaten für die Positionen von "Flying-Spot"-Lasern enthalten, die dann vom betreffenden Lasergerät nacheinander abgearbeitet werden. Die Spot- Größe muß dabei zwischen 0.6mm und 2.0mm liegen. Solche Abtragungsprofile können für den Esiris der Firma Schwind erzeugt werden. Soll eine Ausgabedatei erstellt werden ("Schuß-File"), so ist hierfür ein beliebiger Name einzutragen, wenn das betreffende Abfragefenster erscheint. Wird kein Name eingetragen, so wird auch kein Schußfile erzeugt. Soll die Ausgabe direkt auf Diskette erfolgen, so muß vor den Dateinamen der Name des Diskettenlaufwerkes gesetzt werden. Die gesamte Bezeichnung könnte dann z.B. A:\ADLERAUGE.SHT lauten. OKULIX erzeugt Schuß-Files entsprechend den folgenden Bedingungen:

• Approximiere das theoretische Profil möglichst genau
• Minimiere die Oberflächenrauhigkeit
• Vermeide lokale überhitzung
• Schieße nicht in die abdampfende Gaswolke der letzten Schüsse
• Minimiere die Amplituden der Scannerbewegung

Die beschriebene Berechnung des Abtragungsprofils basiert auf der Kenntnis des pro Effekt abgetragenen Volumens. Häufig wird statt dessen die zentrale Abtragungstiefe unter der Voraussetzung eines Gaußprofiles für die Intensität im Laserstrahl verwendet. Die Abtragungstiefe als Funktion des Ortes innerhalb des Laserstrahls ergibt sich dann als Faltung dieses Gaußprofils mit der Abtragung pro Energiedichte (Ablationskurve), die oberhalb der Ablationsschwelle annähernd logarithmisch verläuft. Nachteilig an dieser Berechnungsweise ist, daß Abweichungen vom Gaußprofil ebenso zu Fehlern führen wie Meß- bzw. Kalibrierungsfehler bei der Bestimmung der Ablationskurve. Das in OKULIX verwendete Volumen pro Schuß läßt sich ohne genaue Kenntnis des Strahlprofils oder der Ablationskurve einfach dadurch bestimmen, daß ein großes Volumen (z.B. 10000 Schüsse) abgetragen, vermessen und durch die Zahl der Schüsse dividiert wird. Die genaue Form des Strahlprofils spielt dann eine untergeordnete Rolle, vorausgesetzt, der wirksame Strahlquerschnitt ist deutlich größer als das Rastermaß. Für OKULIX wurde in der oben beschriebenen Weise das Volumen pro Schuß bestimmt. Er kann sich z.B. bei technischen änderungen des Lasers ändern. Die Freigabe der Software des Lasergerätes für die Benutzung der OKULIX-Schußtabellen erfolgt durch den Gerätehersteller.

Anwendung am Patienten

Für eine auf der Hornhauttopometrie basierende, individuelle Lasik oder PRK sind folgende Gesichtspunkte wichtig:

1. Es wird dringend davon abgeraten, das gemessene Hornhautprofil direkt zur Berechnung des Abtragungsprofils zu verwenden. Dies würde rein rechnerisch zwar das genaueste Ergebnis liefern, aber nur dann, wenn die Abtragung vollkommen fehlerfrei erfolgen würde, was wegen des "Misalignment" zwischen Topometrie und Laserabtragung keinesfalls zu erwarten ist.

2. Statt dessen sollte aus dem gemessenen Profil ein Modell erzeugt werden. Dabei sollte das Standardmodell (R1,R2,α, e) verwendet werden, nicht die alternativ mögliche Zernike-Approximation. Das Modell sollte die volle Zone rekonstruieren, da die gemessene Topometrie häufig Fehlstellen aufweist. Das Modell ergibt im Vergleich zu den gemessenen Daten die gleiche maximale Abtragung und korrigiert in gleicher Weise den Astigmatismus und die sphärische Aberration. Es enthält aber darüberhinaus keine hochfrequenten Anteile. Diese sind gerade extrem empfindlich gegenüber kleinsten Fehlern im sogenannten "Alignment" zwischen topometrischer Messung und Laserabtragung.

3. Weicht bei sehr unregelmäßiger Hornhautoberfläche das o.g. Modell zu stark von der Topographie ab, so daß es nicht anstelle der originalen Topographie verwendet werden kann, sollte in jedem Fall die Option Abtragungsprofil glaetten aktiviert werden.

4. Für ein pseudophakes Auge sollten alle Daten (Achsenlänge, IOL-Typ, Vorderkammertiefe), soweit bekannt, in OKULIX eingetragen werden.

5. Im Fall eines phaken Auges sind die optischen Parameter der Linse naturgemäß nicht bekannt und außerdem nicht konstant (Akkommodation, Alterung). Es empfiehlt sich daher, die Standard-IOL des Programms beizubehalten. Die mit den Topometriedaten (bzw. dem daraus abgeleiteten Modell) errechnete praeoperative ("alte") Refraktion ist dann immer falsch. Hier ist die bekannte Refraktion des Patienten einzutragen. OKULIX paßt daraufhin die Achsenlänge so an, daß die Daten wieder konsistent werden. Diese neue Achsenlänge wird für alle weiteren Berechnungen verwendet. Die änderung der Achsenlänge wird dem Anwender angezeigt.

6. Der Astigmatismus wird ausschließlich aufgrund der Topometrie korrigiert. Für pseudophake Augen ist das korrekt, denn die IOL hat keinen Astigmatismus. Ein Dezentrierungsfehler der IOL kann zwar teilweise durch ein Zylinderglas kompensiert werden, es wird aber dringend davon abgeraten, hierzu einen Hornhautastigmatismus zu induzieren, da dies zu zusätzlichen Fehlern führt. Die durch die IOL-Dezentrierung entstehende Koma läßt sich auch auf andere Weise an der Hornhaut nicht exakt korrigieren. OKULIX enthält daher kein derartiges Berechnungsverfahren. Bei einem phaken Auge ist der Linsenastigmatismus abhängig von der Akkommodation und ändert sich mit dem Alter.

7. Die sphärische Aberration kann theoretisch bei einem pseudophaken Auge nahezu auf Null korrigiert werden, wenn die IOL-Daten bekannt sind. Dies führt zu einem "Idealauge", speziell unter mesopischen Bedingungen. Für die Hornhaut wird dazu eine best angepaßte numerische Exzentrizität berechnet. Wird dies gewünscht, ist die Standartoption numerische Exzentrizität beibehalten abzuwählen und die nächste Frage sphärische Aberration minimieren zu bejahen. Allerdings ist dieser Vorgang wesentlich empfindlicher gegenüber Dezentrierungen, verglichen mit Abtragungen, die eine Sphäre zum Ziel haben. Im Einzelfall sollte daher anhand von simulierten Landoltringen getestet werden, ob bei der praktisch anzunehmenden Dezentrierung noch ein Gewinn in der Sehqualität zu erwarten ist. Wenn man die Option sphärische Aberration minimieren abwählt, kann eine gewünschte numerische Exzentrizit ät eingetragen werden, z.B. 0.0 für ein Kugelprofil. Bei einem phaken Auge sollte grundsätzlich keine numerische Exzentrizität angestrebt werden, die kleiner ist als der praeoperativeWert (vorausgesetzt, der Dezentrierungsfehler ist hinreichend klein). Ist eine Kataraktoperation bald zu erwarten, kann der Wert auf 0.7-0.8 erhöht werden. Für die meisten bikonvex-sphärischen IOL liegt der Idealwert (für die Hornhaut) in der Größenordnung von etwa 0.9.

8. Nach dem Schreiben auf Diskette wird die erzeugte Schußtabelle zur Kontrolle erneut eingelesen. Wenn das Fenster "Kontrolle der Schussdatei" erscheint, sollte die Diskette kurz aus dem Laufwerk entnommen und wieder hineingesteckt werden, erst dann ist "ok" zu bestätigen. Andernfalls würde das Betriebssystem nicht die Datei von der Diskette, sondern deren Bild aus dem Zwischenspeicher verwenden. Aus den eingelesenen Daten wird wieder das Abtragungsprofil in Falschfarben berechnet und dargestellt. Es ist normalerweise etwas gröber und stimmt auch in der maximalen Abtragung nicht ganz exakt mit dem ursprünglichen Abtragungsprofil überein. Die Unterschiede sollten jedoch nur wenige Mikrometer betragen. Sie kommen dadurch zustande, daß der Laserspot eine endliche Ausdehnung (z.B. 1mm Durchmesser) hat, und nur mit einer endlichen Genauigkeit (z.B. 25μm) positioniert werden kann. Der behandelnde Arzt muß dieses rückgerechnete Profil auf Plausibilität überprüfen.