DE102011015178B3 - Vorrichtung und Verfahren zur automatisierten Bestimmung des Intraokulardruckes - Google Patents

Abstract

Mit der vorliegenden Erfindung soll ein Verfahren zur automatisierten Bestimmung des Intraokulardruckes nach dem Applanationsprinzip von Goldmann bereitgestellt werden, mit denen sowohl der Goldmann-Intraokulardruck IOD_GAT als auch der wahre, von den biomechanischen Eigenschaften der Kornea unabhängige Druck IOD_korrekt ermittelt werden kann.
Aus den mit dem zentralen und den peripheren Drucksensoren (7_Z, 7_P) ermittelten Druckverläufen (p_Z(t), p_P(t)) wird auf Basis eines an einer statistisch signifikanten Population von Augen bestimmten Auswertealgorithmus der im Auge herrschende IOD_korrekt berechnet.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatisierten Bestimmung des Intraokulardruckes unter Berücksichtigung der biomechanischen Eigenschaften der Kornea, wie z. B. die Dicke, die Rigidität, die Feuchtigkeit und morphologische Strukturen der Kornea.
• Anwendung findet die Erfindung im Bereich der ophthalmologischen Diagnostik auf dem Gebiet der Tonometrie, insbesondere für eine kontaktbehaftete, die biomechanischen Eigenschaften der Kornea berücksichtigende Bestimmung des Intraokulardrucks (IOD).
• Im Stand der Technik ist die Applanationstonometrie mit dem Goldmann Applanationstonometer (GAT) der „Goldstandard” für die Messung des intraokularen Druckes (IOD). Alle neuartigen Tonometer mit verschiedenen Messverfahren werden bei der Validierung in einem genormten Verfahren mit dem GAT verglichen. Seit der Einführung der Applanationstonometrie durch Goldmann ist jedoch auch bekannt, dass die Dicke der Kornea einen Einfluss auf die Messwerte des GAT hat. In den letzten Jahren sind verschiedene Arbeiten zur Korrektur des gemessenen IOD mit dem GAT veröffentlicht worden. In diesen Arbeiten werden teilweise unterschiedliche Formeln zur Korrektur des mit dem GAT gemessenen IOD angegeben. Weiterhin wurde nachgewiesen, dass auch weitere biomechanische Eigenschaften der Kornea wie Rigidität, morphologische Strukturen und Feuchtigkeit, die Messung des IOD mit dem GAT beeinflussen. Diese biomechanischen Eigenschaften können individuell sehr schwanken. Eine Korrektur des Einflusses dieser komplexen biomechanischen Eigenschaften ist deshalb mit einfachen Korrekturformeln nicht zu realisieren.
• Während für die exakte Diagnostik des Glaukoms der absolut richtige Intraokulardruck von entscheidender Bedeutung ist, haben sich für die Therapiekontrolle die mit dem GAT gemessenen Werte als aussagekräftig bewährt.
• Die dynamische Konturtonometrie (DCT), wie sie im PASCAL^®-Tonometer realisiert ist, kann den Einfluss der Dicke der Kornea bis zu einem gewissen Maße korrigieren. Allerdings arbeitet die DCT nicht nach dem in der Augenheilkunde eingeführten Goldstandard; in einigen Messbereichen weichen die Messwerte von den Werten des GAT ab.
• Weiterhin ist unter anderem in der Veröffentlichung von P. A. Tonnu, T. Ho, T. Newson, A. El. Sheikh, K. Sharma, E. White, C. Bunce, D. Garway-Heath, „The influence of central corneal thickness and age on intraocular pressure measured by pneumotonometry, noncontact tonometry, the Tono-Pen XL, and Goldmann applanation tonometry” (Br J Ophthalmol. 2005 July; 89(7): 851–854) der Einfluss von Korneadicke und -steifigkeit auf die IOD-Messung belegt.
• Gemäß dem in den Patenten bzw. Patentanmeldungen GB 2 430 043 A , DE 10 2006 039 893 A1 und US 6,419,631 B1 beschriebenen Prinzip zur Bestimmung des wahren IOD wird eine korneale Hysterese bestimmt. Das Prinzip ist im Ocular Response Analyzer (ORA) realisiert. Die Messung erfolgt mittels einer nach innen und einer nach außen gerichteten Applanation bei gleichem Applanationsdurchmesser. Die sich daraus ergebende Druckdifferenz ist ein Maß für die biomechanischen Eigenschaften der Kornea. Auf der Basis der beiden gemessenen IOD und der kornealen Hysterese wird der korneal kompensierte Augeninnendruck IOD_CC als auch ein dem Messungen mit dem GAT entsprechender IOD_G berechnet. Die Messungen werden ausschließlich mit einem Luftimpulsverfahren durchgeführt. Nachteil dieser Methode ist, dass der IOD nicht direkt an der Kornea gemessen werden kann, sondern mittels einer Regressionsgleichung über den im Luftstrahl herrschenden Druck berechnet werden muss. Die Messungen sind dadurch nur begrenzt reproduzierbar. Weitere Ausführungen zum Messprinzip und bzgl. der mangelnden Reproduzierbarkeit sind in den Arbeiten von A. Hager, B. Schröder, M. Sadeghi, M. Großherr, W. Wiegand, „Der Einfluss von kornealer Hysterese und kornealem Resistenzfaktor auf die Messung des intraokularen Drucks” (Der Ophthalmologe 2007 Jun; 104(6): 484–489) und B. Schröder, A. Hager, A. Kutschan, W. Wiegand, „Bestimmung viskoelastischer Eigenschaften beim Patienten mit primärem Offenwinkelglaukom”, (Der Ophthalmologe 2008 Oct; 105(10): 916–920) beschrieben.
• Im Patent US 6,817,981 B2 wird eine Methode auf Basis des zuvor genannten Prinzips zur Eliminierung von Fehlern bei tonometrischen Messungen beschrieben. Die Ausführung ist sowohl als Luftimpulsverfahren als auch durch Verwendung eines Kontakttonometers möglich.
• In der WO 02/100260 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung des IOD beschrieben, bei dem mit Hilfe eines Sensorarrays, bestehend aus mindestens einer Sensorzeile, den Augeninnendruck bestimmt wird. Aus der Summe der Einzeldrücke der Sensoren geteilt durch deren Anzahl wird der IOD berechnet. Ziel dieser Anordnung ist unter anderem, sowohl auf eine Zentrierung des Messkopfes als auch auf eine genaue Flächen- und Kraftvorgabe verzichten zu können. In diesem Messverfahren werden jedoch biomechanische Eigenschaften der Kornea nicht berücksichtigt. Stattdessen wurde durch zusätzliche Hornhautdickenmessung auf deren Steifigkeit zurückgeschlossen, um so den IOD zu korrigieren.
• In den Veröffentlichungen US 4,987,898 A und DE 40 01 179 A1 wird ein Aufbau vorgeschlagen, durch den die Flächenerkennung mittels im Dreieck angeordneter Drucksensoren realisiert wird. In einer Ausführungsvariante ist ein vierter Drucksensor zentrisch angeordnet. Der IOD soll zu dem Zeitpunkt bestimmt werden, in dem alle Sensoren den gleichen Druck messen. Die Druckverteilung auf der Applanationsfläche ist jedoch Aufgrund der beim Applanationsvorgang entstehenden Spannung innerhalb der Kornea zu keinem Zeitpunkt homogen. Die individuelle Korneasteifigkeit bleibt somit unberücksichtigt. Es wird demzufolge ein fehlerhafter Innendruck gemessen, da vorgeschlagen wird, den Druckwert einer der drei peripheren Drucksensoren für die Bestimmung des IOD heranzuziehen. Ein weiterer Nachteil ist, dass der Unterschied zwischen den vertikalen und horizontalen Krümmungsradien der Kornea nicht berücksichtigt wird.
• Die Offenlegungsschrift DE 102 09 646 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Anordnung die bei der Messung des IOD die biomechanischen Eigenschaften der Kornea ebenfalls berücksichtigen sollen. Es wird der Druck aus Kraft und Fläche ermittelt. Die Fläche wird von radial angeordneten kapazitiven Streufeldkondensatoren gemessen und die Kraft von vier Dehnungsmessstreifen in der Membran. Mithilfe dieser können auch Fehler beim Aufsetzen nachträglich korrigiert werden. Nachteilig ist, dass die Erfassung der Eigensteifigkeit der Kornea ausschließlich durch die Hysterese der Kraft-Flächenkennlinie während der Applanation und der De-Applanation möglich ist.
• In der Offenlegungsschrift DE 35 33 693 A1 werden die Applanationsfläche mit einem kapazitiven, optischen oder Wiederstandsensor und die benötigte Kraft mit einem Kraftsensor ermittelt. Aus beiden Größen wird der IOD berechnet. Auch hierbei werden die biomechanischen Eigenschaften der Kornea in keiner Weise berücksichtigt.
• In der Veröffentlichung WO 2006/047801 A1 wird eine Vorrichtung beschrieben, mit der die zentrale Korneadicke als biomechanische Eigenschaft, in die IOD-Messung mit einbezogen wird. Hierbei wird ein, in den Messkopf integrierter Ultraschallsensor genutzt. Die allgemein zu berücksichtigende Eigensteifigkeit der Kornea wird durch die Korneadicke jedoch nicht ausreichend beschrieben, da hierfür außerdem Informationen zur Krümmung und zu den Materialeigenschaften nötig sind.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden und ein Verfahren zur automatisierten Bestimmung des Intraokulardruckes nach dem Applanationsprinzip von Goldmann bereitzustellen, mit denen sowohl der Goldmann-Intraokulardruck IOD_GAT (korrelierend mit den Messungen eines GAT), als auch der wahre, von den biomechanischen Eigenschaften der Kornea unabhängige Druck IOD_korrekt ermittelt werden kann.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des ersten Patentanspruches gelöst. Bevorzugte weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Patentansprüchen zwei bis vier angegeben.
• Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind dem nachfolgenden Beschreibungsteil zu entnehmen, in dem die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert wird. Es zeigt:
• 1 – die beispielhafte Anordnung der Drucksensoren auf dem Applanationskörper
• 2 – den prinzipiellen Aufbau der Meßanordnung
• 3 – den von den peripheren und zentralen Drucksensoren erfassten Druckverlauf während eines Messvorgangs
• 4 – den von den peripheren Drucksensoren erfassten Druckverlauf bei verkippter, exzentrischer Ausrichtung des Applanationskörpers
• In 1 ist eine beispielhafte Anordnung der für die Bestimmung der Intraokulardrücke IOD_GAT und IOD_korrekt erforderlichen Drucksensoren auf der der Kornea zugewandten Seite des Applanationskörpers (1) dargestellt. Auf dem Applanationskörper (1) sind mindestens vier Drucksensoren (7) vorgesehen, wobei ein erster, ein zweiter und ein dritter Drucksensor (7 _P1–7 _P3) in den Eckpunkten eines virtuellen gleichseitigen Dreiecks und im Zentrum des virtuellen gleichseitigen Dreiecks ein vierter Drucksensor (7 _Z) angeordnet sind und sich der Mittelpunkt des virtuellen gleichseitigen Dreiecks im Mittelpunkt der der Kornea zugewandten Seite des Applanationskörpers (1) befindet und die Wirkbereiche des ersten, zweiten und dritten Drucksensors (7 _P1–7 _P3) von einer dem Goldmann-Applantionsprinzip entsprechenden Applanationsfläche abgedeckt werden.
• Der Applanationskörper (1) wird motorisch kontinuierlich in Richtung einer Kornea (6) eines Auges, in dem der IOD gemessen werden soll, bewegt. Der Applanationskörper (1) wird solange in Richtung Kornea (6) bewegt, bis er die Kornea (6) berührt und bis zu einem vorgegebenen Applanationsdurchmesser applaniert hat. Während der Bewegung des Applanationskörpers (1) werden über einen Taktgeber (4) parallel die zur Applanation benötigte Kraft mit einem Kraftsensor (2) und die Drücke über die auf dem Applanationskörper (1) angebrachten Drucksensoren (7) gemessen. Das Erreichen der vorgegebenen Applanationsfläche wird durch den Druckverlauf der peripheren Drucksensoren (7 _P1–7 _P3) ermittelt. An der Stelle des maximalen von den peripheren Drucksensoren ermittelten Druckes ist die gewünschte Applanationsfläche erreicht. Dies findet beim idealen Aufsetzen des Applanationskörpers auf eine ideale Kornea in den peripheren Drucksensoren zum gleichen Zeitpunkt statt. Der Quotient aus der für das Erreichen der gewünschten Applanationsfläche benötigten Kraft und der Applanationsfläche, also des abgeplatteten Hornhautbereichs, ist proportional zu dem Augeninnendruck. Nach diesem Prinzip wird der IOD_GAT bestimmt.
• Nach dem Erreichen des vorgegebenen Applanationsdurchmessers wird die Messwertaufnahme beendet, die Bewegung des Applanationskörpers (1) umgekehrt und der Applanationskörper (1) verfährt in seine Ausgangsposition. Die während der Bewegung aufgenommenen Kraft- und Druckwerte werden in einer Mess- und Steuereinheit (3) gespeichert.
• Die während der Bewegung des Applanationskörpers (1) ermittelten Druckverläufe sind durch signifikante Zeitpunkte (t₁ bis t₅) charakterisiert (siehe 3). Dabei kennzeichnen die einzelnen Zeitpunkte die folgenden Ereignisse: Zum Zeitpunkt t₁ kontaktiert der Applanationskörper (1) mit seinem zentralen Drucksensor (7 _Z) die Kornea (6). Es kommt zur Aktivierung des zentralen Drucksensors. Durch fortschreitende Bewegung des Applanationskörpers (1) in gleicher Richtung erhöht sich der vom zentralen Drucksensor (7 _Z) gemessene Druck (p_Z) bis zum Zeitpunkt t₂ das Druckverlaufmaximum des zentralen Drucksensors (7 _Z) erreicht ist. Von diesem Zeitpunkt an nimmt der vom zentralen Drucksensor (7 _Z) ermittelte Druck (p_Z) ab. Zum Zeitpunkt t₃ kommt es zur Berührung der applanierten Kornea (6) mit den peripheren Drucksensoren (7 _P1–7 _P3) und zu deren Aktivierung. Durch weitere Applanation der Kornea (6) erhöht sich nun der von den peripheren Drucksensoren (7 _P1–7 _P3) gemessene Druck (p_P), während der vom zentralen Drucksensor (7 _Z) ermittelte Druck weiter sinkt. Zum Zeitpunkt t₄ überschneiden sich die Druckverläufe der peripheren und des zentralen Drucksensors. Zum Zeitpunkt t₅ ist des Maximum des von den peripheren Drucksensoren (7 _P1–7 _P3) ermittelten Druckes (p_P) erreicht und die Kornea (6) bis zu der gewünschten Applanationsfläche applaniert.
• Der Goldmann-Intraokulardruck IOD_GAT wird zum Zeitpunkt t₅ aus der erreichten (vorgegebenen) Applanationsfläche und aus der mit dem Kraftsensor (2) gemessenen Kraft berechnet.
• Aus den zwischen den Zeitpunkten t₁ bis t₅ mit dem zentralen und den peripheren Drucksensoren (7 _Z, 7 _P) ermittelten Druckverläufen (p_Z(t), p_P(t)) wird auf Basis eines an einer statistisch signifikanten Population von Augen bestimmten Auswertealgorithmus der im Auge herrschende IOD_korrekt berechnet. Dabei ist der IOD_korrekt der zum Zeitpunkt t₅ vom zentralen Drucksensor (7 _Z) ermittelte Druck (p_Z(t₅)), korrigiert in Abhängigkeit von den biomechanischen Eigenschaften der Kornea, welche aus den mit dem zentralen und den peripheren Drucksensoren ermittelten Druckverläufen zwischen den Zeitpunkten t₁ bis t₅ berechnet werden.
• Die intraokularen Drücke IOD_GAT und IOD_korrekt werden von einer Ausgabeeinheit (5) angezeigt.
• Die Güte des beschriebenen Messverfahrens ist davon abhängig, dass der Applanationskörper (1) orthogonal auf die Kornea (6) trifft. Um dies zu erfassen, werden die zum Zeitpunkt t₅ von den peripheren Drucksensoren erfassten Drücke miteinander verglichen. Überschreitet die Druckdifferenz Δp = p_pi(t₅) – p_pj(t₅) und/oder die Zeitdifferenz Δt = t_5pi – t_5pj der einzelnen peripheren Drucksensoren beim Erreichen des vorgegebenen Applanationsdurchmessers einen vorgegeben Grenzwert, so liegt eine Störung im Messvorgang vor (siehe 4). Störungen können durch verkipptes und/oder exzentrisches Aufsetzen des Applanationskörpers (1) auf die Kornea (6) auftreten oder andere Ursachen haben. Bei Auftreten einer Störung wird der Messvorgang abgebrochen und dies durch eine Fehlermeldung von der Ausgabeeinheit (5) angezeigt. Liegen die Differenzen innerhalb der vorgegebenen Grenzen, wird der vom zentralen Drucksensor (7 _Z) gemessene Druck von der Mess- und Steuereinheit (3) entsprechend korrigiert.
• Bezugszeichenliste

1

Applanationskörper

2

Kraftsensor

3

Mess und -Steuereinheit

4

Taktgeber

5

Ausgabeeinheit

6

Kornea

7

Drucksensor (7 _p – peripher; 7 _z – zentral)

Claims (4)

1. Verfahren zur automatisierten Bestimmung des Intraokulardruckes mit einer Vorrichtung aus einem mehrere Drucksensoren (7) aufweisenden Applanationskörper (1), mindestens einem Kraftsensor (2), einer Mess- und Steuereinheit (3), einem Taktgeber (4) und einer Ausgabeeinheit (5), wobei auf der der Kornea zugewandten Seite des Applanationskörpers (1) ein Drucksensor (7 _Z) zentral und zumindest drei weitere Drucksensoren (7 _P1–7 _P3) im von Goldmann vorgeschlagenen Radius mit gleichem Abstand zueinander peripher angeordnet sind, umfassend folgende Schritte: • Heranführen des Applanationskörpers (1) an eine Kornea (6) bis der zentrale Drucksensor (7 _Z) zum Zeitpunkt t₁ die Kornea (6) kontaktiert; • Erhöhung der Kraft, mit der der Applanationskörper (1) auf die Kornea (6) wirkt, wobei zum Zeitpunkt t₂ der von dem zentralen Drucksensor (7 _Z) erfasste Druck (p_Z) seinen Maximalwert erreicht, zum Zeitpunkt t₃ der erste, zweite und dritte periphere Drucksensor (7 _P1–7 _P3) die Kornea (6) kontaktieren und zum Zeitpunkt t₅ die jeweils von den peripheren Drucksensoren (7 _P1–7 _P3) erfassten Drücke (p_pi) ihren Maximalwert erreichen und eine dem Goldmann-Applanationsverfahren entsprechende Applanationsfläche erreicht ist; • Beenden der Krafteinwirkung auf die Kornea (6) durch Rückbewegung des Applanationskörpers (1) in seine Ausgansposition; • Rechentechnische Ermittlung des Goldmann-Intraokulardruckes IOD_GAT aus der zum Zeitpunkt t₅ erreichten Applanationsfläche und der dazu erforderlichen Kraft, die mit dem Kraftsensor (2) gemessen wird; • Rechentechnische Ermittlung des wahren Intraokulardruckes IOD_korrekt zum Zeitpunkt t₅ aus dem ermittelten Druck (p_z(t₅)) des zentralen Drucksensors (7 _Z) korrigiert in Abhängigkeit von den biomechanischen Eigenschaften der Kornea, welche wiederum aus den mit dem zentralen und den peripheren Drucksensoren erfassten Druckverläufen zwischen den Zeitpunkten t₁ bis t₅ berechnet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die ab dem Zeitpunkt t₁ von den einzelnen Druck- und Kraftsensoren ermittelten Messwerte in der Mess- und Steuereinheit (3) gespeichert werden und zum Zeitpunkt t₅ die Messwertaufnahme abgeschlossen ist.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Intraokulardrücke IOD_GAT und IOD_korrekt simultan und sequentiell von der Ausgabeeinheit (5) angezeigt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass zum Zeitpunkt t₅ die Druckdifferenz ΔP = P_pi(t₅) – P_pj(t₅) und/oder die Zeitdifferenz Δt = t_5pi – t_5pj ermittelt wird und bei Überschreitung eines vorgegebenen Grenzwertes eine Störung im Messvorgang detektiert und der Messvorgang abgebrochen wird.

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