Hornhautmodul

Dieses Modul ist relevant für die refraktive Hornhautchirurgie. Für die IOLAnpassung (auch nach refraktiver Hornhautchirurgie) ist es nicht unbedingt erforderlich. Das Hornhautmodul wird entweder aus dem Hauptmenue oder aus dem Netzhautbild durch anklicken von Cornea gestartet.

2-dimensionale Optikfehler

Mit Cornea-Dateien DEMO-Topographie auswählen (ok) und hineinladen (ok), dann 2-dim. Optikfehler. Die Refraktion wird in zwei Komponenten berechnet: meridional, d.h. in Richtung der Meridiane, und azimutal, d.h. senkrecht dazu. Die Vektorsumme beider Komponenten ergibt den gesamten Refraktionsfehler, der z.B. für die Unschärfe der Landoltringe benutzt wird. Die azimutale Komponente beschreibt im wesentlichen die Abweichung von der Rotationssymmetrie. Im Gegensatz zur meridionalen Komponente ändert sie sich z.B. nicht, wenn sich der sphärische Fehler ändert. Außerdem wird mit Wellenfrontdiff. die Differenz der optischen Weglängen zum zentralen Wert (die sogenannte "Wellenfrontdifferenz") berechnet. Alle drei Fehler (meridional, azimutal oder Wellenfrontdifferenz) können wahlweise exakt, d.h. wie mittels Ray-Tracing berechnet dargestellt werden, oder diese Berechnung kann durch eine Zernike-Reihe approximiert werden. Wird die Zernike-Approximation gewünscht, so ist diese Option zunächst zu markieren. Dann ist die maximale radiale Ordnung [3-12] einzugeben. Wird nichts bzw. 0 eingegeben, erfolgt die Ausgabe der exakten Fehlerkarte.Wenn eine Zernike-Reihe berechnet worden ist, können deren Koeffizienten auf einer Datei im ASCII-Format ausgegeben werden, deren Name zusätzlich anzugeben ist.Wird kein Dateiname angegeben, so erfolgt diese Ausgabe nicht. Außerdem werden die Zernike-Koeffizienten in einem Fenster dargestellt und können dort verändert werden. Zunächst also meridional. Bei der dann folgenden Verzweigung für die Falschfarbendarstellung empfiehlt es sich zunächst automatisch auszuwählen. Dies bedeutet, daß die Falschfarbendarstellung von OKULIX so angepaßt wird, daß "im Durchschnitt" ein brauchbarer Bereich dargestellt wird, der aber nur ausnahmsweise dem entsprechen dürfte, was der Benutzer sehen möchte. Der Vorgang sollte daher wiederholt werden, diesmal mit Benutzerdefiniert für die Falschfarbendarstellung. Als obere Schwelle kann hier z.B. +1.5, als untere -3.0 eingegeben werden. Unter dem Bild wird RMS (r < 3.0mm):1.00910 ausgegeben. Dies bedeutet, daß der RMS-Wert (root mean square, mittlerer quadratischer Fehler) der meridionalen Refraktionskomponente innerhalb eines Kreises mit Radius 3.0mm ca. 1.0dpt beträgt. Die Falschfarbenkarten ebenso wie die RMS-Werte hängen natürlich wesentlich von der IOL ab. Der Kreis, für den die RMS-Werte berechnet werden, hat den gleichen Radius wie die optisch wirksame Fläche der IOL. Dies ist auch der "Einheitkreis" für die Berechnung der Zernike-Reihe. Wählt man azimutal aus, so erhält man die Falschfarbendarstellung der azimutalen Refraktionskomponente. Da deren Variationsbereich wesentlich kleiner ist als der der meridionalen, wird immer automatisch der gesamte Wertebereich durch die Farbpalette erfaßt. Der RMS-Wert beträgt diesmal 0.61324dpt. Für Wellenfrontdiff. ergibt sich ein RMS-Fehler von 0.00247mm. Die RMS-Abweichung der optischen Weglänge vom Zentralwert beträgt also 2.47μm. Gibt man nach Wellenfrontdiff. 4 für die maximale, radiale Ordnung der Zernike-Approximation ein, so ändert sich der RMS-Fehler ein wenig auf 0.00240mm. Außerdem hat das Bild nur noch einen Durchmesser von maximal 6mm (Durchmesser der IOL-Optik).

Hornhautmodell

Für viele Anwendungen, speziell für die refraktive Hornhautchirurgie, ist es günstiger, statt der ursprünglichen Topographiedaten eine nur durch wenige Parameter definierte Approximation zu verwenden, die wir als Hornhautmodell bezeichnen. Ein solches Modell kann also durch Berechnung der genannten Parameter aus einer Topographie erzeugt werden. Alternativ können diese Parameter aber auch einfach eingegeben werden. Mit Cornea-Dateien DEMO-Topographie auswählen (ok) und hineinladen (ok), dann Modell-Cornea. Von den beiden Alternativen R1,R2,alpha,e und Zernike-Approx. sollte für alle Berechnungen die erste benutzt werden. Die Zahl der unabhängigen Parameter ist wesentlich kleiner (vier), die ersten drei von ihnen entsprechen der auch sonst in der Ophthalmologie üblichen Darstellung, und zumindest die zentrale, für das Sehen relevantere 4mm-Zone wird genauer beschrieben als durch die Zernike-Polynom-Approximation ⁶. Wenn man die zusätzlich angezeigte Marke "volle Zone rekonstruieren" durch anklicken aktiviert, werden im Modell die Fehlstellen der Topographie ergänzt. Nach Anklicken von R1,R2,alpha,e erhält man ein Menue, in dem Hornhautradien, Winkel und numerische Exzentrizität mit den selben Werten vorbesetzt sind, die auch bei der Topographie angezeigt werden. Wenn man hier andere Werte eingibt, kann man so eine beliebige andere Hornhaut im Computer erzeugen. Durch ok werden die Werte übernommen. Nach der Modellaproximation sind die neben dem Topographiebild dagestellten Werte für Radien und numerische Exzentrizität geringfügig verschieden von den Ausgangswerten: R=7.971 (vorher: R=7.972) und e=0.452 (vorher: e=0.450). Die neuen Werte werden aus den zweidimensionalen Daten erneut approximiert. Die Unterschiede zeigen somit die Genauigkeit der Approximation. Auch die Abweichung der Modellapproximation von den ursprünglichen Daten kann genau quantifiziert werden. Um dies zu demonstrieren, ist zunächst wieder die DEMO-Hornhauttopographe in das Programm hineinzuladen: Cornea-Dateien, DEMO-Topographie auswählen (ok) und hineinladen (ok), dann Diff. zu Modell. Nun ist wieder R1, R2, alpha, e auszuwählen. Als Ergebnis der Rechnung wird in Falschfarben die Differenz zwischen den ursprünglichen Daten und dem Modell dargestellt. Die Differenz kann alternativ in Hoeheneinheiten [mm] oder in Refraktionseinheiten [dpt] ausgegeben werden. Wählt man Hoehe, so sieht man, daß die maximale Abweichung im Randbereich ±0.011mm, also 11μm beträgt. Die zusätzliche Angabe RMS (r<3.0mm):0.00165 bedeutet, daß die RMS-Abweichung ("root mean square" mittlere quadratische Abweichung) innerhalb eines zentralen Kreises von 3mm Radius 1.65μm beträgt.>

Lasik / PRK

Mit Cornea-Dateien DEMO-Topographie auswählen (ok) und hineinladen (ok), dann Lasik/PRK. Die paraxiale ("alte") Refraktion beträgt 0.942dpt, vorausgesetzt, die Daten der Standard-IOL sind nicht verändert worden. Wir starten zunächst mit einer Myopiekorrektur und geben daher für die alte Refraktion -3.0 ein. Alle anderen Parameter bleiben der Einfachheit halber zunächst unverändert, also ok. Als nächstes wird gefragt, ob die sphärische Aberration minimiert werden soll. Dies ist die Standardvorgehensweise. Bei ihr wird die Asphärizität der Hornhaut so auf die IOL-Daten angepaßt, daß die sphärische Aberration insgesamt fast null ergibt. Also zunächst mit ok übernehmen. Daraufhin wird das leicht quer-ovale Abtragungsprofil in Falschfarben dargestellt. In der linken, oberen Bildecke erscheint ein Fenster zur Eingabe des Schuß-File-Namens. Wird hier ein Name eingetragen, so erscheint als nächstes ein Auswahlmenue für den Laser. Für unser Beispiel sollte zunächst nichts eingetragen werden, also ok. Danach wird gefragt, ob das erzeugte Profil im Computer abgetragen werden soll oder nicht. Wir wählen abtragen. Die Abtragung kann rechnerisch exakt oder mit Fehlern ausgeführt werden, um deren Einfluß zu simulieren. Wir wählen ohne Fehler. Daraufhin wird das topographische Bild durch das entsprechende Bild nach Abtragung ersetzt. Die Hornhautdicke wird im Rechner ebenfalls durch das modifizierte, zweidimensionale Profil ersetzt (aber nicht explizit angezeigt). Die Qualität des Ergebnisses läßt sich auf verschiedene Weisen überpr üfen. Wir wählen zunächst 2-dim. Optikfehler, dann meridionale Refr. und Benutzer-definiert für die Falschfarbendarstellung. Als obere Schwelle wählen wir dann 0.2 und als untere -0.2. Die Falschfarbendarstellung zeigt, daß der größte Teil der optischen Zone sehr nahe bei 0.0 liegt. Verläßt man das Hornhautmodul mit STOP und wählt das Netzhautbild aus, so kann man einen Landoltring erzeugen, der auch bei einer Pupillenweite von 4.0 und einer Visusstufe von 2.0 noch erkennbar ist ("Adlerauge"). Dazu sind nach Anklicken von Bild-Param. die genannten Werte einzutragen. Die sphärische Korrektur muß außerdem auf den Wert der Zielrefraktion gesetzt werden. In sinngemäß gleicher Weise läßt sich eine Hyperopiekorrektur simulieren, indem bei den ansonsten gleichen Ausgangsdaten als alte Refraktion z.B. -3.0 eingegeben wird. Trotz der scheinbar idealen Resultate sollte das Abtragungsprofil für eine Lasik/PRK nicht in der beschriebenen Weise berechnet werden. Die Laserabtragung kann nie mit der Präzision erfolgen wie die hier dargestellte Berechnung. Daher werden speziell die hochfrequenten Fehler nicht an der Stelle korrigiert, an der sie sich in der Topographie befinden, sondern an einer etwas anderen Lokalisation. Dies führt beim gegenwärtigen Stand der Präzision des Laservorgangs zu einer Verstärkung der hochfrequenten Fehler. Dieses Problem kann weitgehend gelöst werden, indem die Topographie durch ihr Modell (s. voriger Abschnitt) ersetzt wird. Da es keine hochfrequenten Anteile enthält, werden diese durch Mittelwertbildung geglättet. Um Dezentrierungsfehler bei der refraktiven Hornhautchirurgie zu quantifizieren empfiehlt es sich, von einem sehr einfachen Fall auszugehen. Zuerst Strahlengang, dann Standardwerte und STOP, um alle Parameter auf den Ausgangszustand zu setzen. Alternativ ist OKULIX zu schließen (STOP) und neu zu starten, anschließend Cornea und Modell-Cornea, dann R1, R2, alpha, e. Für R1 und R2 jeweils 7.2 eingeben, um eine sphärische Hornhaut zu erzeugen, mit der das Auge myop ist. Dann Lasik/PRK. Die "alte" Refraktion beträgt -3.276dpt. Die Zielrefraktion soll 0.0 sein, d.h. mit ok alles übernehmen. Sphärische Aberration minimieren: ok. Bei Schußfile nur ok eingeben. Anschließend abtragen, diesmal mit Fehlern. Für die Dezentrierung in x- und y-Richtung jeweils 0.3 eingeben. Die resultierende Topographie ist also nach rechts oben dezentriert. Interessant ist der Refraktionsfehler: 2-dim. Optikfehler, dann meridionale Refr. und Benutzer-definiert. Für die obere Schwelle sollte +2.0, für die untere -2.0 eingegeben werden. Man erkennt, daß der Bereich annähernder Emmetropie viel stärker nach rechts oben dezentriert ist. Der gesamte linke, untere Bereich ist hyperop. Wenn man mit STOP und Netzhautbild hierzu den Seheindruck simuliert, erkennt man einen großen Halo rechts oben, einen sogenannten Komafehler aufgrund der Dezentrierung. Der Seheindruck läßt sich mit Vorsatzgläsern nur eingeschränkt verbessern. Am ehesten geeignet sind sphäro-zylindrische Gläser, bei denen die Achse in Richtung der Dezentrierung zeigt, also z.B. (+0.5/-0.5/45°) oder (+1.0/-1.0/45°). Führt man das gleiche Beispiel mit einer rein sphärischen Laserabtragung durch, indem man die Marke bei sphär. Aberration minimieren durch Klicken aufhebt und anschließend den Wert der numerische Exzentrizität auf 0.0 läßt, so ist das Ergebnis wesentlich besser, wie sich wieder mittels der Refraktionsfehlerkarte und den simulierten Landoltringen zeigen läßt.