DE102006039892A1

DE102006039892A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen des Hornhautwiderstands

Info

Publication number: DE102006039892A1
Application number: DE102006039892A
Authority: DE
Inventors: David A. Luce
Original assignee: Reichert Inc
Current assignee: Reichert Inc
Priority date: 2005-09-08
Filing date: 2006-08-25
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2026-08-26
Also published as: US20070055121A1; GB2429768A; FR2890304A1; FR2890304B1; GB2429768B; US7798962B2; DE102006039892B4; GB0614359D0; JP4435764B2; JP2007069006A

Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen des Hornhautwiderstands gegen Deformation verwenden eine empirisch abgeleitete Funktion, wobei ein nach innen gerichteter Applanationsdruck P1 und ein nach außen gerichteter Applanationsdruck P2, die während eines kornealen Deformationszyklus erhalten werden, der von einem Fluidpuls verursacht wird, getrennt gewichtet werden, um eine Abhängigkeit des berechneten kornealen Widerstandsfaktors (CRF) von einem intraokularen Druck zu minimieren. Bei einer Ausführungsform ist die Funktion zumindest teilweise optimiert, um eine statistische Korrelation zwischen dem berechneten kornealen Widerstandsfaktor (CRF) und der zentralen kornealen Dicke zu maximieren.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft im allgemeinen das Gebiet der Ophthalmologie und spezieller ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen eines Hornhautwiderstands gegen Deformation.

Hintergrund der Erfindung

Tonometer zum Messen des intraokularen Drucks (IOP) wurden ursprünglich als "Kontakt"-Instrumente entwickelt, was bedeutet, dass ein Abschnitt des Instruments während des Messverfahrens in Kontakt mit der Kornea gebracht wird. Ein wohlbekanntes Instrument dieser Art ist das Goldmann Applanationstonometer (GAT), das ursprünglich während der 1950er Jahre entwickelt wurde. Das GAT misst die Kraft, die benötigt wird, um einen bekannten Bereich der Kornea abzuflachen ("applanieren"), und wird heutzutage als Standard verwendet, mit dem andere Arten von Tonometern verglichen werden, um die Messgenauigkeit zu beurteilen.

Die Beeinträchtigung des Patienten, die von Kontakttonometern wie z.B. dem GAT verursacht wird, führte zur Entwicklung von kontaktlosen Tonometern (NCTs), welche arbeiten, indem ein Luftpuls auf die Kornea des Patienten gerichtet wird, um eine Applanation zu verursachen. Während die Kornea durch den Fluidpuls deformiert wird, überwacht ein optoelektronisches System die Kornea, indem korneal reflek tiertes Licht von einem schräg auf die Kornea einfallenden Strahl detektiert wird, und ein Peakdetektorsignal tritt in dem Moment der Applanation auf, wenn die reflektierende Oberfläche der Kornea flach ist.

Bei NCTs im Stand der Technik misst ein Druckmessfühler den Pumpenraumdruck bzw. Pumpenplenumdruck, während der Puls erzeugt wird, um ein Raumdrucksignal bereitzustellen, wodurch der Raumdruck im Moment, in dem eine Applanation erreicht wird (angezeigt durch einen scharfen Peak im Applanationssignal), bestimmt werden kann. Der Raumdruck bei der Applanation wird anschließend in einen IOP-Wert in Einheiten von Millimeter Quecksilbersäule (mmHg) unter Verwendung einer linearen Regressionsgleichung, die während der klinischen Instrumentenkalibrierung in Bezug auf das GAT als Referenz gespeichert wird, konvertiert. Ein primärer Index einer Zuverlässigkeit eines NCTs ist die Standardabweichung der Unterschiede S_d von zusammenpassenden Paaren der klinischen NCT- und GAT-Werte.

Heutige NCTs stellen einigermaßen verlässliche IOP-Messungen bereit, wobei jedoch neueste Studien anzeigen, dass korneale Effekte einen signifikanten Einfluss auf konventionelle NCT-Werte haben können. Dies ist in Anbetracht davon, dass die Kornea während des Druckmessverfahrens beaufschlagt werden muss und der Luftpuls etwas von seiner Energie aufwenden muss, um das korneale Gewebe selbst zu krümmen, nicht überraschend.

Während einer kontaktlosen IOP-Messung wird die Kornea aus ihrem ursprünglichen konvexen Zustand über einen ersten Applanationzustand in einen leicht konkaven Zustand deformiert und kann von der Konkavität über einen zweiten Appla nationszustand in die Konvexität zurückkehren, wenn der Luftpuls abebbt. In der Tat ist bekannt, dass ein zweiter Peak, der dem zweiten Applanationszustand entspricht, in einem Applanationssignal auftritt. Daher sind ein erster Raumdruck P1, der mit der ersten oder nach innen gerichteten Applanation einhergeht, und ein zweiter Raumdruck P2, der mit der zweiten oder nach außen gerichteten Applanation einhergeht, aus einem einzelnen bzw. einzigen Deformationszyklus erhältlich. Das US Patent Nr. 6,419,631 beschreibt ein kontaktloses Tonometrieverfahren, bei dem sowohl ein erster Raumdruck P1 als auch ein zweiter Raumdruck P2 verwendet werden, um den IOP zu berechnen.

Das Paar der Drücke P1 und P2 ist nicht nur zum Messen des IOP verwendet worden, sondern ist auch in Verbindung mit der Messung intrinsischer Eigenschaften der Kornea, die unabhängig vom IOP sind, bewertet worden. Das US-Patent Nr. 6,817,981 beschreibt eine "korneale Hysterese" in dem dynamischen System, wobei die korneale Hysterese (CH) definiert ist als der Druckunterschied zwischen dem Druck P1 der nach innen gerichteten Applanation und dem Druck P2 der nach außen gerichteten Applanation. Die korneale Hysterese wird als ein zweiter Parameter verwendet, der in Verbindung mit dem berichteten IOP bewertet wird, um den Grad zu bewerten, um den der berichtete IOP von einer erwarteten Norm, die auf klinischen Daten basiert, abweicht.

Die US-Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2004-0183998A1 beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen biomechanischer Charakteristiken des Kornealgewebes durch Bewerten der kornealen Hysterese in Verbindung mit einem messbaren geometrischen Parameter der Kornea, z.B. der zentralen kornealen Dicke. Dieses Verfahren wird als ein LASIK-Screening-Werkzeug vorgeschlagen.

Während in jüngster Zeit die Aufmerksamkeit auf die korneale Hysterese wertvolle Einblicke ermöglicht hat, scheint es, dass die korneale Hysterese eine unvollständige Charakterisierung eines biomechanischen Zustands der Kornea bereitstellt. Dies wird aus klinischen Daten ersichtlich, die eine statistische Korrelation der kornealen Hysterese mit einem berichteten IOP und eine Veränderung bei der kornealen Hysterese entsprechend einer indizierten Veränderung im IOP zeigen, was beides demonstriert, dass die korneale Hysterese nicht vom berichteten IOP unabhängig ist. Ferner zeigen die klinischen Daten eine schwache bis mittlere Korrelation der kornealen Hysterese mit der zentralen kornealen Dicke, wohingegen ein vollständigerer Indikator der kornealen Eigenschaften eine stärkere Korrelation mit der zentralen kornealen Dicke hervorbringen sollte.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen des Hornhautwiderstands bzw. des kornealen Widerstands gegen Deformation anzugeben, um einen "Hornhautwiderstandsfaktor" bzw. "kornealen Widerstandsfaktor" ("CRF") anzugeben, der in etwa zu einem "Elastizitätsmodul" für die Kornea analog ist. Eine verwandte Aufgabe dieser Erfindung ist es, den Hornhautwiderstand durch Bewerten von Messergebnissen, die bereits als Teil einer IOP-Messung unter Verwendung existierender NCT-Technologie erhalten wurden, zu messen.

Diese und andere Ziele werden durch ein Verfahren zum Messen des Hornhautwiderstands gegen Deformation erreicht, das im allgemeinen die Schritte umfasst:

A) Richten eines Fluidpulses auf eine Kornea, um eine reversible Deformation der Kornea von einem ursprünglichen Zustand einer Konvexität über einen ersten Applanationszustand in einen Zustand einer Konkavität und zurück über einen zweiten Applanationszustand in den Zustand der Konvexität zu verursachen;
B) Erhalten eines ersten Druckwerts (P1), der mit dem Fluidpuls zu einer Zeit des ersten Applanationszustands verknüpft ist, und eines zweiten Druckwerts (P2), der mit dem Fluidpuls zu einer Zeit des zweiten Applanationszustands verknüpft ist; und
C) Berechnen eines Hornhautwiderstandsfaktors (CRF) unter Verwendung einer vorbestimmten Funktion des ersten Druckwerts (P1) und des zweiten Druckwerts (P2), wobei die Funktion empirisch abgeleitet wurde, um die Abhängigkeit des berechneten Hornhautwiderstandsfaktors (CRF) vom intraokularen Druck zu minimieren.

Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die empirisch abgeleitete Funktion ausdrückbar als CRF = K1·(P1 – F·P2) + K2 wobei F ≈ 0,7 und K₁ und K₂ Konstanten sind.

Die Erfindung umfasst auch ein ophthalmisches Instrument, das programmiert ist, um das Verfahren unter Verwendung der empirisch abgeleiteten Funktion auszuführen, welche in dem Instrumentenspeicher gespeichert sein kann.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Ableiten einer Funktion zum Berechnen des Hornhautwiderstandsfaktors (CRF), der den Hornhautwiderstand gegen Deformation anzeigt, wobei das Verfahren im allgemeinen die Schritte umfasst:

A) Referenzieren bzw. Untersuchen von empirischen Daten, die in Bezug auf eine Anzahl von Augen gesammelt sind, wobei die empirischen Daten einen ersten Druckwert (P1), der mit einer ersten Applanation einer Kornea während einer reversiblen Deformation der Kornea verknüpft ist, und einen zweiten Druckwert (P2), der mit einer zweiten Applanation der Kornea während der reversiblen Deformation verknüpft ist, messen, wobei der erste und der zweite Druckwert (P1 und P2) sowohl mit als auch ohne eine induzierte Veränderung des Augeninnendrucks erhalten wurden;
B) Auswählen einer Form der Funktion, bei der der erste Druckwert (P1) und der zweite Druckwert (P2) unabhängig gewichtete Variablen sind; und
C) Bestimmen der relativen Gewichte des ersten und des zweiten Druckwerts (P1 und P2), um eine statistische Korrelation zwischen dem berechneten Hornhautwiderstandsfaktors (CRF) und der zentralen kornealen Dicke zu maximieren.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Beschaffenheit und die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung werden nun vollständig in der nachfolgenden de taillierten Beschreibung unter Hinzunahme der beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine schematische Ansicht eines NCT ist, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2A bis 2E eine sequentielle Reihe von Ansichten sind, die die Stufen der Deformation einer Kornea während der Messung des IOP in Übereinstimmung mit einem erfindungsgemäßen Verfahren zeigen;
3 ein Graph ist, der ein Applanationssignal und ein Raumdrucksignal während einer NCT-Messung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ein Graph ist, der das Verhalten der statistischen Korrelation zwischen der zentralen kornealen Dicke und der Hornhautwiderstandsgröße P1 – F·P2 für verschiedene Gesamtheiten von Augen zeigt, während sich der Gewichtungsfaktor F verändert;
5 ein Graph eines gemittelten Raumdrucks gegen GAT-Messungswerte, die mit einem Master-Instrument gemessen wurden, für eine Gesamtheit von Augen ist;
6 ein Flussdiagramm ist, das einen Messprozess gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
7 ein Graph ist, der einen Vergleich zwischen dem mittleren CRF einer Gesamtheit von normalen Augen und dem einer Gesamtheit von kerotokonischen Augen und einen Vergleich zwischen dem mittleren CRF, der pre-LASIK gemssen wurde, und dem, der post-LASIK gemessen wurde, bei einer Gesamtheit von Augen zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 zeigt ein ophthalmisches Instrument, nämlich ein kontaktloses Tonometer 10, in einer schematischen Ansicht. Ein Testabschnitt des NCT 10 ist als im allgemeinen ein Nasenstück 12, in dem eine Fluideausstoßröhre 14 befestigt ist, aufweisend abgebildet. Die Fluidaustoßröhre 14 definiert eine Testachse TA, die mit einem Vertex bzw. einer Spitze der Kornea C ausgerichtet ist bzw. wird, wenn eine Messung ausgeführt wird. Der Testabschnitt des NCT 10 weist ferner einen Pumpenmechanismus 16 mit einer Raumkammer 17 in Flusskommunikation mit einem Eintrittsende der Fluidausstoßröhre 14, einem Kolben 18, der beweglich ist, um das Fluid innerhalb der Raumkammer 17 zu komprimieren, und einem Antriebsmotor 20, der mit dem Kolben verbunden ist, auf. Wie es Fachleuten auf dem Gebiet der kontaktlosen Tonometrie geläufig ist, ist der Pumpenmechanismus 16 betriebsbereit bzw. betreibbar, um rasch den Fluiddruck innerhalb der Raumkammer 17 zu erhöhen, wodurch ein Fluidpuls erzeugt wird, der aus einem Ausgangsende der Fluidausstoßröhre 14 in die Richtung der Kornea C ausgestoßen wird, um eine Deformation der Kornea zu verursachen. Bei der abgebildeten Ausführungsform wird der Motor 20 von einer Stromquelle 22 in Reaktion auf ein Befehlssignal von einem Mikrocontroller 24 mit Energie versorgt. Wie hierin verwendet, bedeutet der Terminus "Mikrocontroller" eine integrierte Schaltung, die wenigstens eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU) und einen Speicher aufweist. Der Speicher weist vorzugsweise eine nicht-volatile Speichervorrichtung zum Erhalten der gespeicherten Informationen, wenn die Energie abgeschaltet wird, auf. Geeignete kontaktlose Tonometer zum Ausüben der vorliegenden Erfindung umfassen das AT-555 Non-Contact Tonometer und den Ocular Response Analyzer (ORA), die von Reichert, Inc., der Anmelderin der vorliegenden Erfindung, hergestellt werden, sind aber darauf nicht beschränkt.
Die 2A bis 2E zeigen einen kornealen Deformationszyklus, der durch den Fluidpuls hervorgerufen wird. 2A zeigt die Kornea C in ihrem ursprünglichen und natürlichen konvexen Zustand. 2B zeigt die Kornea C in einem ersten Applanationszustand, wenn die Kornea durch den Fluidpuls nach innen gedrückt wird, und 2C zeigt die Kornea C in einem konkaven Zustand, wenn der Luftpuls das korneale Gewebe über seinen abgeflachten Zustand aus 2B hinaus drückt. Der Luftpuls fällt anschließend weg bzw. nimmt ab und die Kornea kann über einen zweiten Applanationszustand, der in 2D gezeigt ist, passieren, während sich die Kornea in einer nach außen gerichteten Richtung umformt, um in ihren ursprünglichen und natürlichen konvexen Zustand, der wiederum in 2E abgebildet ist, zurückzukehren.
Die korneale Deformation kann durch ein optoelektronisches Überwachungssystem, wie das in 1 gezeigte, überwacht werden, bei dem eine Lichtquelle 26 schräg auf die Kornea gerichtet ist und ein fotosensitiver Detektor 28 auf einer gegenüberliegenden Seite der Testachse TA angeordnet ist, um das korneal reflektierte Licht zu empfangen. Es versteht sich, dass ein Strahl von der Lichtquelle 26 nach der Reflexion durch die gekrümmte korneale Oberfläche aufgefächert wird und das Signal, das durch den fotosensitiven Detektor 28 erzeugt wird, relativ schwach sein wird, wenn die Kornea C konvex (2A, 2E) oder konkav (2C) ist.
Wenn sich jedoch die Kornea C in einem applanierten Zustand (2B und 2D) befindet, bleibt der Lichtstrahl von der Lichtquelle 26 nach der Reflexion an der flachen kornealen Oberfläche wohldefiniert, so dass mehr Licht den fotosensitiven Detektor 28 erreicht und ein Peaksignal durch den Detektor erzeugt wird. Die Signalinformation, die durch den fotosensitiven Detektor 28 während des kornealen Deformationszyklus erzeugt wird, die nachfolgend als das "Applanationssignal" bezeichnet wird, wird durch einen Filter 30 verarbeitet, durch einen Analog-Digital-Konverter 32 in eine digitale Form konvertiert und an den Mikrocontroller 24 eingeben, wo sie im Speicher 34 gespeichert werden kann. Ein Applanationssignal von einer typischen NCT-Messung ist in 3 aufgetragen und weist ein Paar von wohldefinierten Signalpeaks A1 und A2 auf, die mit einem ersten Applanationsereignis während der Deformation der Kornea C nach innen (siehe 2B) bzw. einem zweiten Applanationsereignis während der Deformation der Kornea C nach außen (siehe 2D) verknüpft sind.
Der Druck innerhalb der Plenum- bzw. Raumkammer 17 wird auch während des kornealen Deformationszyklus überwacht. Bei der gezeigten Ausführungsform wird ein Drucksensor 36 in der Raumkammer 17 nahe des Eingangsendes der Fluidausstoßröhre 14 angeordnet, um eine Signalinformation, die für den Raumdruck, der mit dem Fluidpuls verknüpft ist, repräsentativ ist, zu erzeugen. Die Signalinformation, die durch den Drucksensor 36 erzeugt wird, wird durch einen Filter 38 verarbeitet, durch einen Analog-Digital-Konverter 40 in eine digitale Form konvertiert und an einen Mikrocontroller 24 eingeben, wo sie in einem Speicher 34 gespeichert werden kann. Ein Drucksignal von einer NCT-Messung gemäß der Erfindung ist in 3 aufgetragen und ist durch eine Gauß sche Glockenkurvenform gekennzeichnet. Es ist empfehlenswert, die Parameter des Pumpenmechanismus 16 einzustellen, um ein Drucksignal bereitzustellen, das wenigstens ungefähr um einen Zeitpunkt symmetrisch ist und eine geeignete Spannweite aufweist, wodurch ein erster Druck P1, der mit der ersten Applanation A1 einhergeht, und ein zweiter Druck P2, der mit der zweiten Applanation A2 einhergeht, genau durch die Bewertung der Applanations- und Drucksignale bestimmt werden können. Zum Beispiel umfassen Parameter, die eingestellt werden können, um die Form des Drucksignals als eine Funktion der Zeit zu optimieren, das Gewicht des Kolbens 18 und das Zeitprofil des antreibenden Stroms, der von der Stromquelle 22 an den Motor 20 abgegeben wird. Die Bewertung des Applanationssignals und des Drucksignals wird von dem Mikrocontroller 24 durchgeführt.
Somit werden während eines einzelnen kornealen Deformationszyklus zwei digitale Druckwerte, die dem detektierten Raumdruck zur Zeit der nach innen gerichteten Applanation (2B) und zur Zeit der nach außen gerichteten Applanation (2D) entsprechen, erhalten. Zum Zwecke dieser Beschreibung bzw. Spezifikation wird der erste oder nach innen gerichtete Druckwert als P1 bezeichnet und der zweite oder nach außen gerichtete Druckwert als P2 bezeichnet. Die Druckwerte P1 und P2 werden in roher Form als eine Digital-"Zählung" bzw. ein Digital-"Zählwert", der proportional zur Amplitude des Drucksignals, das durch den Drucksensor 36 erzeugt wird, ist, ausgedrückt.
Basierend auf einer Analyse von Daten verschiedener klinischer Versuche wurde beobachtet, dass die Druckwerte P1 und P2 unabhängig auf verschiedene Faktoren wie z.B. zentrale korneale Dicke, chirurgische Veränderung der Kornea und klinisch induzierte Veränderungen im IOP reagieren. Daher wurde gemäß der vorliegenden Erfindung eine "optimale Kombination" der zwei unabhängigen Parameter P1 und P2 gesucht, um den besten numerischen Wert, der den Hornhautwiderstand in dem Messsystem darstellt, eine Größe, die hierin als der "Horhautwiderstandsfaktor" bzw. der "korneale Widerstandsfaktor" oder "CRF" bezeichnet wird, zu erhalten.
Spezieller wurde eine Funktion zum Berechnen des CRF aus den Druckwerten P1 und P2 empirisch aus klinischen Daten abgeleitet, wobei die Funktion optimiert wurde, um die Korrelation des CRF mit der zentralen kornealen Dicke (CCT) bei verschiedenen Gesamtheiten zu maximieren. Alternativ oder in Kombination mit dem Maximieren der Korrelation des CRF mit der CCT kann die Funktion optimiert werden, um eine Veränderung beim CRF, die mit einer indizierten Veränderung beim IOP verknüpft ist, zu minimieren, und/oder eine Korrelation des CRF mit dem IOP, der von eiem GAT gemessen wird, zu maximieren. Die Funktion muss auch sicherstellen, dass der berechnete CRF ein signifikanter Indikator der kornealen Bedingungen wie z.B. einer Keratokonie und einer Fuchs-Hornhaut-Dystrophie ist, und dass eine entsprechende Veränderung bei dem berechneten CRF nach einer chirurgischen Veränderung der Kornea vorhanden ist. Wie hierin verwendet, werden der Terminus "minimieren" und seine alternativen Formen in einem weiten Sinn verwendet, um das Reduzieren eines Parameters einzuschließen. Auf ähnliche Weise werden der Terminus "maximieren" und seine alternativen Formen in einem weiten Sinn verwendet, um das Erhöhen eines Parameters einzuschließen.
Bei einer derzeitigen Ausführungsform wurden klinische Daten, die Raumdruckwerte P1 und P2 und eine zentrale kornea le Dicke für verschiedene Gesamtheiten umfassen, bewertet, um die Funktion zum Berechnen des CRF abzuleiten. Die Daten, die bei der Entwicklung der vorliegenden Erfindung verwendet wurden, wurden in einer klinischen Studie, die am Wilmer Eye Institute am Johns Hopkins Hospital in Baltimore, Maryland durchgeführt wurde, erhalten. Die Studie wurde unter Verwendung eines GAT und eines NCT, die von Reichert, Inc. Inhaber der vorliegenden Anmeldung, hergestellt wurden, durchgeführt. Die Daten wurden an 339 Augen, die in einem GAT-IOP-Wertebereich von 3,0 mmHg bis 57,3 mmHg liegen, gesammelt. Zwei NCT-Messungen pro Auge und drei GAT-Messungen pro Auge wurden mit einer zufälligen Wahl des rechten oder linken Auges und einer zufälligen GAT-NCT-Sequenz durchgeführt. Die Daten sind in Tabelle I dargestellt, die am Ende dieser detaillierten Beschreibung erscheint.
Die Funktion zum Berechnen des IOP bzw. CRF wurde als eine Linearkombination der Druckwerte P1 und P2 angenommen. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit kann die Linearfunktion zum Berechnen von CRF in Einheiten Millimeter Quecksilbersäule geschrieben werden als CRF = K1·(P1 – F·P2) + K2 (1)wobei "K₁" ein Skalierungsfaktor ist, der die zufälligen digitalen "Zähl"-Einheiten in Millimeter Quecksilbersäule konvertiert, "K2" ein Offset-Term ist und "F" ein Faktor ist, der P2 relativ zu P1 gewichtet. Es versteht sich, dass der Skalierungsfaktor K₁ durch Merkmale der NCT-Messvorrichtung, die das Drucksignal beeinflussen, bestimmt ist.
Somit beinhaltet die Aufgabe des Optimierens der obigen CRF-Funktion das Finden des Werts des Gewichtungsfaktors F, der die Korrelation des CRF mit der zentralen kornealen Dicke bei den klinischen Gesamtheiten maximiert. Dementsprechend wurde der Klammerterm P1 – F·P2 gegen die zentrale korneale Dicke bei inkrementiellen Werten von F aufgetragen und die statistische Korrelation R² zwischen den zwei Größen wurde für die entsprechende lineare Anpassung für jeden unterschiedlichen Wert von F bestimmt. Anschließend wurde die resultierende statistische Korrelation R² gegen den Gewichtungsfaktor F aufgetragen, wie in 4 gezeigt. Drei unterschiedliche Korrelationskurven sind in 4 gezeigt: eine Korrelationskurve für normale Augen, eine Korrelationskurve für glaukomatöse Augen und eine Korrelationskurve für normale Augen und Augen mit okularer Hypertonie (OHT). Es ist aus 4 ersichtlich, dass jede der drei Korrelationskurven ein Maximum in der Nähe von F = 0,7 erreicht. Dementsprechend wurde der Gewichtungsfaktor F empirisch auf 0,7 optimiert, so dass CRF = K1·(P1 – 0,7·P2) + K2 (2)
Es sei betont, dass ein Fehler bezüglich jeder Messung existiert und daher der empirisch ermittelte Wert des Gewichtungsfaktors F mit einem zugehörigen Toleranzbereich ausgedruckt werden kann. Für die vorliegenden Zwecke ist der Gewichtungsfaktor F = 0,7 ± 0,05.
Wie oben erwähnt, ist der Wert von K₁ für ein vorgegebenes NCT spezifisch und daher muss jedes NCT gegen einen Standard kalibriert werden, um einen CRF-Wert in Standardeinheiten Millimeter Quecksilbersäule anzugeben. Eine theoretische Möglichkeit zur Kalibrierung ist, K₁ für jedes spezifische Instrument durch Kalibrierung jedes Instruments gegen ein GAT zu bestimmen. Dies kann durch Messung einer Anzahl von Augen mit einem GAT und Messung derselben Anzahl von Augen mit dem zu kalibrierenden Instrument erfolgen, um P1- und P2-Rohzählwerte für dieselbe Anzahl von Augen zu erhalten. Die Daten können anschließend durch eine normale lineare Regression des mittleren Raumdrucks (P1 + P2)/2 gegen GAT-Werte bewertet werden, um einen Skalierungsfaktor, der den Druck in willkürlichen digitalen "Zähl"-Einheiten mit einem äqvivalenten Druck in Millimeter Quecksilbersäule verknüpft, zu finden, wodurch Drücke in instrumentenspezifischen "Zähl"-Einheiten in Millimeter Quecksilbersäule konvertierte werden können. Mathematisch, (P1 + P2)/2 = m·GAT + b (3)wobei "m" die Steigung und "b" ein Offset (y-Abschnitt) ist.
Bei der Konvertierung einer Druckdifferenz wie z.B. der kornealen Hysterese (CH), die als (P1 – P2) definiert ist, verschwindet der Offset-Term "b" und die korneale Hysterese in Millimeter Quecksilbersäule ist gegeben durch CH = 1/m·(P1 – P2) (4)wobei der Term "1/m" der Skalierungsfaktor zum Konvertieren des Rohzählungs-Drucks in Millimeter Quecksilbersäule ist. Somit K1 = 1/m (5)
Unter Verwendung der klinischen Daten in Tabelle I führte die Regression von (P1 + P2)/2 gegen GAT zu einer Steigung von 6,69, wie in 5 gezeigt. Daher wurde K₁ für das Master-Instrument, das in der Studie verwendet wurde, als 0,149 bestimmt bzw. gefunden.
Im Folgenden wird eine momentan bevorzugte Ableitung von K₂ beschrieben. Wie offensichtlich ist, wird CRF in Einheiten von Rohdigitalzählwerten ausgedrückt als CRF = P1 – 0,7·P2 (6)was geschrieben werden kann als CRF = 0,3·P1 + 0,7·(P1 – P2) = = 0,3·P1 + 0,7·CH (7)wobei CH in Einheiten der Rohzählung ist. Der erste Term 0,3·P1 kann als ein statistischer Widerstandsterm betrachtet werden, der nur vom ersten oder nach innen gerichteten Druck P1 abhängt, während der zweite Term 0,7·CH als ein dynamischer Widerstandsterm betrachtet werden kann, der von der kornealen Hysterese bei der dynamischen Messung abhängt.
In der Folge ist es hilfreich, K₂ in Gleichung (2) so zu wählen, dass der mittlere CRF für eine Gesamtheit von normalen Augen mit der mittleren kornealen Hysterese CH für eine Gesamtheit von normalen Augen übereinstimmt. Wenn das Instrument programmiert ist, um sowohl die korneale Hysterese als auch den CRF zu berichten, ermöglicht auf diese Weise der Unterschied zwischen dem berichteten CH und dem CRF einen aussagekräftigen Einblick in die Beiträge des statistischen Widerstandsterms dar, zum Beispiel wenn die Kornea aufgrund eines erhöhten IOP relativ starr ist. Bei einer Gesamtheit von normalen Augen gilt CRFavg = CHavg = 0,149·(P1 – 0,7·P2) + K2 (8)
Um K₂ zu finden, ist es notwendig, unterschiedliche Werte von K₂ in Gleichung (8) auf einer iterativen Basis anzugeben, CRF_avg für jeden neuen Wert von K₂ zu berechnen, bis die Gleichung erfüllt ist. Als dies geschehen war, wurde der Wert von K₂ zu –6,12 bestimmt. Im Gegensatz zu K₁, welches instrumentenspezifisch ist, ist K₂ eine universelle Konstante, die für verschiedene Instrumente verwendbar ist. Daher CRF = 0,149·(P1 – 0,7·P2) – 6,12 (9)wobei CRF in Millimeter Quecksilbersäule angegeben ist.
Es ist natürlich höchst unpraktisch, jedes NCT, das für einen gewerblichen Verkauf gedacht ist, in dieser Art und Weise zu kalibrieren. Stattdessen wird ein "Master"-NCT wie oben beschrieben kalibriert, um jedes kommerzielle NCT zu kalibrieren, und das kalibrierte Master-NCT wird als ein Referenzstandard für die Kalibrierung von Produktions-NCTs, die für den Verkauf an Kunden gedacht sind, verwendet. Dieser zweite Schritt wird vorzugsweise unter Verwendung eines Tonometerkalibrierungswerkzeugs und einer Kalibrierungsmethodik, wie im gemeinsamen US Patent 6,679,842 beschrieben, durchgeführt. Das Tonometerkalibrierungswerkzeug wird verwendet, um einen Mittelwert von P1 (grundlinienkorrigierter Zählwert), der vom Master-NCT für jede der drei unterschiedlichen Kalibrierungsdruckeinstellungen A (niedrig), B (mittel) und C (hoch) des Tonometerkalibrierungswerkzeugs bereitgestellt wird, zu bestimmen. Diese Raumdruckkalibrierungswerte, die mit dem Master-NCT verknüpft sind, werden als P1 M / A, P1 M / B bzw. P1 M / C bezeichnet. Es ist anschlie ßend notwendig, einen Mittelwert von P1 (grundlinienkorrigierter Zählwert) zu bestimmen, der von einem Test-Produktions-NCT für jede der drei unterschiedlichen Kalibrierungsdruckeinstellungen A (niedrig), B (mittel) und C (hoch) des Tonometerwerkzeugs bereitgestellt wird. Diese Raumdruckkalibrierungswerte, die mit dem Produktions-NCT verknüpft sind, werden als P1 P / A, P1 P / B bzw. P1 P / C bezeichnet. Anschließend wird eine lineare Regression der Produktions-NCT-Druckwerte gegen die Master-NCT-Druckwerte durchgeführt. (P1PA , P1PB , P1PC ) ≈ mABC·(P1MA , P1MB , P1MC ) + bABC (10)wobei m_ABC und b_ABC Kalibrierungskonstanten für das Produktions- NCT sind. Die Kalibrierungskonstanten m_ABC und b_ABC werden verwendet, um die Rohdruckwerte, die von einem gegebenen Produktions-NCT gemessen werden, in äquivalente Druckwerte des Master-NCT zu konvertieren, sodass Gleichung (9), die für die Berechnung des IOP bei dem Master-NCT abgeleitet ist, für die Berechnung des IOP bei dem Produktions-NCT gültig ist. Dementsprechend werden die neuen kalibrierungskonvertierten Raumdrücke P1 _s und P2 _s wie folgt berechnet, wenn die Rohraumdruckwerte, die von einem Produktions NCT gemessen wurden, P1_s und P2_s sind: P1 s = (1/mABC)·(P1s – bABC) (11a) P2 s = (1/mABC)·(P2s – bABC) (11b)
Die konvertierten Druckwerte P1 _s und P2 _s können anschließend in Gleichung (9) eingespeist werden, um den CRF zu berechnen: CRF = 0,149·(P1 s – 0,7·P2 s) – 6,12 (9)
Somit werden die Parameter K₁ und K₂, die zum Berechnen des IOP bei dem Master-NCT basierend auf empirischen Daten abgeleitet werden, und die Kalibrierungsparameter m_ABC und b_ABC, die für die Konvertierung der Rohdruckwerte verwendet werden, im Speicher 34 eines jeden Produktionsinstruments zusammen mit Programmiercode für das Durchführen der in den Gleichungen (11a), (11b) und (12) oben dargelegten Berechnungen abgespeichert.
6 ist ein Flussdiagramm, das das Messverfahren zeigt, das von einem in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kalibrierten und programmierten NCT ausgeführt wird. Die Testachse TA des NCT wird in Schritt 100 mit dem Auge des Patienten ausgerichtet und ein Fluidpuls, z.B. ein Luftstoß, wird in Schritt 102 auf die Kornea gerichtet. Die Blöcke 104 und 106 repräsentieren die Erzeugung eines Drucksignals und eines Applanationssignals, wie oben bezüglich 3 beschrieben. In Schritt 108 werden die Druck- und Applanationssignale digitalisiert und die digitalisierten Signale werden verarbeitet, um die Druckwerte P1 und P2 zu bestimmen. Die Druckwerte P1 und P2 werden in Schritt 110 basierend auf der Kalibrierung des Instruments, wie oben beschrieben, eingestellt, um die kalibrierungskorrigierten Druckwerte P1 und P2 zu erhalten. In Schritt 112 werden die kalibrierungskorrigierten Druckwerte P1 und P2 an die vorbestimmte Funktion zur Berechnung des IOP eingegeben, wobei die Funktion im Instrumentenspeicher, vorzugsweise einem nicht-flüchtigen Speicher, während der Instrumentenkalibrierung gespeichert wird. Schließlich wird der berechnete CRF in Schritt 114, z.B. durch Anzeigen, Ausdrucken oder hörbares Berichten des CRF-Werts, berichtet.
7 zeigt, wie sich der mittlere CRF für eine Gesamtheit von normalen Augen zu dem mittleren CRF für eine Gesamtheit von keratokonischen Augen verhält, und auch, wie sich der mittlere CRF für eine Gesamtheit von Augen vor einer LASIK-Operation zu dem mittleren CRF für dieselbe Gesamtheit von Augen nach einer LASIK-Operation verhält. 7 zeigt, dass der CRF, der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung berechnet ist, ein signifikanter Indikator von Keratokonie ist, und dass eine entsprechende Veränderung bei dem berechneten CRF nach einer chirurgischen Veränderung der Kornea auftritt bzw. vorhanden ist. Diese Ergebnisse stimmen mit dem erwarteten Verhalten für eine Metrik des Hornhautwiderstands überein.
Wie oben erwähnt, kann die Funktion, die zum Berechnen des CRF verwendet wird, optimiert werden, um eine Veränderung beim CRF, die mit einer induzierten Veränderung beim IOP verknüpft ist, zu minimieren. Zum Beispiel können P1 und P2 bei einer Gesamtheit von Augen sowohl mit als auch ohne einen verabreichten Druckveränderungswirkstoff, wie z.B. Iopidine, gemessen werden, und der Gewichtungsfaktor F kann so gewählt werden, dass der Unterschied zwischen dem CRF mit Iopidine und dem CRF ohne Iopidine minimiert wird. Tabelle I

Claims

Verfahren zum Messen des kornealen Widerstands bzw. Hornhautwiderstands gegen Deformation, umfassend die Schritte: A) Richten eines Fluidpulses auf eine Kornea, um eine reversible Deformation der Kornea von einem ursprünglichen Zustand einer Konvexität über einen ersten Applanationszustand in einen Zustand einer Konkavität und zurück über einen zweiten Applanationszustand in den Zustand der Konvexität zu verursachen; B) Erhalten eines ersten Druckwerts (P1), der mit dem Fluidpuls zu einer Zeit des ersten Applanationszustands verknüpft ist, und eines zweiten Druckwerts (P2), der mit dem Fluidpuls zu einer Zeit des zweiten Applanationszustands verknüpft ist; und C) Berechnen eines Hornhautwiderstandsfaktors (CRF) unter Verwendung einer vorbestimmten Funktion des ersten Druckwerts (P1) und des zweiten Druckwerts (P2), wobei die Funktion empirisch abgeleitet wurde, um die Abhängigkeit des berechneten Hornhautwiderstandsfaktors (CRF) vom intraokularen Druck zu minimieren.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Funktion zumindest teilweise optimiert ist, um eine statistische Korrelation zwischen dem berechneten kornealen Widerstandsfaktor bzw. Hornhautwiderstandsfaktor (CRF) und der zentralen kornealen Dicke bzw. Hornhautdicke zu maximieren.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem Funktion zumindest teilweise optimiert ist, um eine Veränderung bei dem berechneten kornealen Widerstandsfaktor (CRF) zwischen Messungen, die ohne eine induzierte Veränderung des intraokularen Drucks, und Messungen, die mit einer induzierten Veränderung des intraokularen Drucks durchgeführt wurden, zu minimieren.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Funktion zumindest teilweise aus empirischen Daten abgeleitet ist, die den ersten Druckwert (P1) und den zweiten Druckwert (P2) sowohl mit als auch ohne eine induzierte Veränderung des intraokularen Drucks messen.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Funktion eine lineare Funktion ist.
Verfahren gemäß Anspruch 5, bei dem die Funktion ausdrückbar ist als CRF = K1·(P1 – F·P2) + K2 wobei F ≈ 0,7 und K₁ und K₂ Konstanten sind.
Ophtalmisches Instrument mit: einer Fluidpumpe, die eine Plenum- bzw. Raumkammer aufweist; einer Fluidausstoßröhre bzw. -abgaberöhre in Kommunikation bzw. Verbindung mit der Pumpe zum Richten eines Fluidpulses auf eine Hornhaut bzw. Kornea eines Patienten, um eine reversible Deformation der Kornea von einem ursprünglichen Zustand einer Konvexität über einen ersten Applanationszustand zu einem Zustand einer Konkavität und zurück über einen zweiten Applanationszustand zu dem Zustand der Konvexität zu verursachen; einem Applanationsdetektor, der ein Applanationssignal bereitstellt, das einen Zeitpunkt des ersten Applanationszustands und einen Zeitpunkt des zweiten Applanationszustands anzeigt; einem Drucksensor, der angeordnet bzw. eingerichtet ist, um ein Drucksignal bereitzustellen, das den Fluiddruck in dem Raum bzw. Plenum als eine Funktion der Zeit anzeigt; einem Prozessor, der mit dem Applanationsdetektor und dem Drucksensor verbunden ist, zum Bewerten des Applanationssignals und des Drucksignals, um einen ersten Druckwert (P1), der mit dem ersten Applanationszustand einhergeht, und einen zweiten Druckwert (P2), der mit dem zweiten Applanationszustand einhergeht, bereitzustellen, und zum Berechnen eines Hornhautwiderstandsfaktors bzw. kornealen Widerstandsfaktors (CRF) unter Verwendung einer vorbestimmten Funktion des ersten Druckwerts (P1) und des zweiten Druckwerts (P2), wobei die Funktion empirisch abgeleitet ist, um die Abhängigkeit des berechneten kornealen Widerstandsfaktors (CRF) vom intraokularen Druck zu minimieren.
Ophtalmisches Instrument gemäß Anspruch 7, ferner mit einem Speicher, der mit dem Prozessor verbunden ist, wobei der Speicher die empirisch abgeleitete Funktion enthält.
Ophtalmisches Instrument gemäß Anspruch 7 oder 8, wo bei die Funktion zumindest teilweise optimiert ist, um eine statistische Korrelation zwischen dem berechneten kornealen Widerstandsfaktor (CRF) und einer zentralen kornealen Dicke zu maximieren.
Ophtalmisches Instrument gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem die Funktion zumindest teilweise optimiert ist, um eine Veränderung bei dem berechneten kornealen Widerstandsfaktor (CRF) zwischen Messungen, die ohne eine induzierte Veränderung des intraokularen Drucks, und Messungen, die mit einer induzierten Veränderung des intraokularen Drucks durchgeführt wurden, zu minimieren.
Ophtalmisches Instrument gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem die Funktion zumindest teilweise aus empirischen Daten abgeleitet ist, die den ersten Druckwert (P1) und den zweiten Druckwert (P2) sowohl mit als auch ohne eine induzierte Veränderung des intraokularen Drucks messen.
Ophtalmisches Instrument gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11, bei dem die Funktion eine lineare Funktion ist.
Ophtalmisches Instrument gemäß Anspruch 12, bei dem die Funktion ausdrückbar ist als CRF = K1·(P1 – F·P2) + K2 wobei F ≈ 0,7 und K₁ und K₂ Konstanten sind.
Verfahren zum Ableiten einer Funktion zum Berechnen eines kornealen Widerstandsfaktors (CRF), der den kornealen Widerstand gegen Deformation anzeigt, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: A) Referenzieren bzw. Untersuchen von empirischen Daten, die in Bezug auf eine Anzahl von Augen gesammelt sind, wobei die empirischen Daten einen ersten Druckwert (P1), der mit einer ersten Applanation einer Kornea während einer reversiblen Deformation der Kornea verknüpft ist, und einen zweiten Druckwert (P2), der mit einer zweiten Applanation der Kornea während der reversiblen Deformation verknüpft ist, messen, wobei der erste und der zweite Druckwert (P1 und P2) sowohl mit als auch ohne eine induzierte Veränderung des intraokularen Drucks erhalten wurden; B) Auswählen einer Form der Funktion, bei der der erste Druckwert (P1) und der zweite Druckwert (P2) unabhängig gewichtete Variablen sind; und C) Bestimmen der relativen Gewichte des ersten und des zweiten Druckwerts (P1 und P2), um eine statistische Korrelation zwischen dem berechneten kornealen Widerstandsfaktor (CRF) und einer zentralen kornealen Dicke zu maximieren.