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Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Berechnung einer zu implantierenden Intraokularlinse, mit dem die Berechnung automatisch optimiert wird, indem die Ergebnisse zahlreicher Kataraktoperationen bei der Berechnung zukünftig zu implantierender Intraokularlinsen (IOL) berücksichtigt werden.
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Nach dem bekannten Stand der Technik werden IOLs auf Basis gemessener und/oder geschätzter Größen ausgewählt bzw. angepasst, wobei nur einzelne Parameter in Form von Einzelmesswerten oder als ein Mittelwert über definierte Patientengruppen berücksichtigt werden.
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Die Auswahl bzw. Anpassung der optimalen, intraokularen Linse (IOL) erfolgt hierbei ausschließlich nach deren Merkmalen, wie beispielsweise Typ, Brechkraft, Asphärizität und Multifokalität. Eine Berücksichtigung möglicher Abhängigkeiten von den spezifischen Begleitumständen der Behandlung, wie Merkmale der Patienten, Diagnostik, Operationsverfahren o. ä., findet ebenso wenig statt wie die Verwendung statistischer Verteilung für die Parameter.
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Die Auswahl der geeigneten Intraokularlinse (IOL) für einen Patienten obliegt dem Kataraktchirurgen. Dabei muss der Chirurg viele Faktoren beachten. Zum einen sollte in Abhängigkeit der individuellen biometrischen Parameter des Auges die geeignete Berechnungsmethode des IOL-Brechwerts gewählt werden. Hierzu werden in der Regel bei außergewöhnlich langen, normalen oder außergewöhnlich kurzen Augen, verschiedene mehr oder minder geeignete Formeln zur Berechnung verwendet. Deren Input-Parameter basieren im einfachsten Fall auf Keratometrie und Achslänge des Auges, wobei die Formeln meist, aufgrund ihrer vereinfachten Modellannahmen, zusätzlich einen empirisch ermittelten Korrekturfaktor, wie beispielsweise die sogenannte A-Konstante enthalten.
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Die zurzeit am weitesten verbreitete Berechnungsmethode sind sogenannte IOL-Formeln, z. B. nach Haigis, Holladay, Hoffer, Olsen, Shammas, oder SRK. Danach berechnet sich die Refraktion D (Ausgangs-/Bewertungsparameter) des Patienten nach Einsetzen der IOL zu D = DIOL – f(K, AL, VKT, A) (1) wobei
- f()
- eine klassisch bekannte IOL-Formel,
- DIOL
- die Brechkraft der IOL,
- K
- der gemessene Keratometriewert,
- AL
- die gemessene Achslänge des Auges,
- VKT
- die gemessene Vorderkammertiefe und
- A
- eine IOL-Typ-abhängige konstante Eingangsgrößen sind.
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Die verschiedenen Berechnungsmethoden (Biometrieformeln) verwenden in der Regel unterschiedliche, vom IOL-Typ abhängige Konstanten (d. h. IOL-Konstanten). Eine A-Konstante wird z. B. in der SRK Formel verwendet.
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Zur Auswahl der IOL gibt sich der Arzt eine Zielrefraktion vor (D = DZIEL). Zur Optimierung berechnet der Arzt die Refraktion gemäß (1) für verschiedene IOLS durch Variation von DIOL und A. In vielen Fällen verwendet der Arzt IOLS des gleichen Typs, so dass keine Variation in A erfolgt und die Optimierung auf eine Formelberechung gemäß DIOL = DZIEL + f(K, AL, VKT, A) hinaus läuft. Für den Fall der Emmetropie als Ziel ergibt sich damit die klassische Formelberechnung der IOL nach DIOL = f(K, AL, VKT, A).
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Die Konstante A in den Formeln wird empirisch über ein Patientenensemble ermittelt, um die Formelwerte an die real sich ergebenden optimalen Refraktionswerte anzupassen. Diese Anpassung stellt jedoch nur sicher, dass der Mittelwert der Refraktionswerte über das Testensemble mit der Formel übereinstimmt.
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Statistische Fehler der Biometrieformel werden vom Arzt typischerweise dadurch berücksichtigt, dass er aus seiner Erfahrung weiß, dass seine real erzielten Refraktionswerte über seine Patienten eine gewisse Schwankung um die Zielrefraktion haben. Will er deren Einfluss minimieren so hält er eine Korrektur der Zielrefraktion vor. Beispielsweise hat ein Arzt bei Patienten mit myopen Augen typische Abweichungen von +/–0,25 D gegenüber Zielrefraktion, dann wird er auf eine Refraktion von –0,25 D zielen, um mit hoher Wahrscheinlichkeit zu vermeiden, dass das Auge der Patienten intolerabel hyperop wird, Diese Methode stellt im Mittel über das Patienten-Ensemble eine gute Strategie dar. Allerdings könnte die typische Schwankung um die Zielrefraktion bzw. der Vorhalt verringert werden, wenn als Ausgangsgröße statt eines Mittelwertes über ein Patientenensemble individuelle Eingangsparameter des einzelnen Patienten verwendet werden würden.
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Um systematische Fehler zu minimieren, werden derzeit nach dem Stand der Technik verschiedene Ansätze gewählt. So verwendet eine Reihe von Ärzten für jede ethnische Gruppe ihrer Patienten eine verschiedene A-Konstante. Dadurch lassen sich die systematischen Fehler reduzieren und, sofern die statistische Streuung in der jeweiligen Gruppe geringer ist, auch die statistischen Fehler.
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Andere Ärzte verwenden in Abhängigkeit von definierten Ausgangsbedingungen, wie beispielsweise Patienten mit langen Achslängen oder mit vorheriger refraktiver Hornhautchirurgie, unterschiedliche Biometrieformeln, die an die jeweiligen Bedingen besser angepasst sind, oder die die Messung zusätzlicher Parameter, wie Vorderkammertiefe oder Linsendicke, voraussetzen. Auch hier werden insbesondere die systematischen Fehler verringert, wobei allerdings teilweise aufgrund der zusätzlichen gemessenen Parameter die statistischen Fehler zunehmen können.
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Nachteilig wirkt sich bei dieser Methode aus, dass die Korrektur nicht auf individueller Basis sondern nur im statistischen Mittel durchgeführt werden kann.
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Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass bei der Korrektur nur die Zielrefraktion, nicht aber die einzelnen Fehlerquellen der zur abweichenden Zielrefraktion geführt haben, berücksichtigt werden. Zudem ist für den Optimierungsprozess der Wert der subjektiven Refraktion erforderlich, welche selbst eine wesentliche Fehlerquelle bei der Bestimmung derselben darstellt. Letztlich muss der Prozess manuell durchgeführt werden, d. h. nach manueller Bestimmung der postoperativen Zielrefraktion werden die Werte den Patientendaten zugeordnet und diese wiederum manuell ausgewählt um eine Optimierungsberechnung durchzuführen.
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Ein weiteres Problem liegt im Optimierungsverfahren der Formelansätze, Die Verbesserung der postoperativen Refraktionsergebnisse über das Konstantenverfahren berücksichtigt alle bei der Kataraktchirurgie vorkommenden Fehler. Dies sind Fehler bei den Messverfahren, Fehler bei der IOL-Berechnung, und unerwartete Ereignisse beim Implantations- und Heilungsprozess, Eine Optimierung der Ergebnisse ausschließlich anhand der postoperativen Refraktion durchzuführen, schließt jedoch die Berücksichtigung einzelner Fehlerquellen aus.
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Eine alternative, aber noch nicht sehr weit verbreitete Methode, ist das Raytracing. Unter Raytracing ist, wie schon der Begriff andeutet („ray” = Strahl und ”to trace” = zurückverfolgen) ein Verfahren zur Strahlverfolgung zu verstehen. Gegenstände in unserer Umwelt nehmen wir bekanntlich nur wahr, weil sie von einer Lichtquelle bestrahlt werden und sie diese Lichtstrahlen reflektieren, von denen ein Teil schließlich unsere Augen erreichen. Das Raytracing-Verfahren simuliert dieses elementare Naturphänomen. Ist das optische System, d. h. das individuelle menschliche Auge mit all seinen optischen Elementen bekannt, so kann mittels des Raytracing ein „real” auf der Retina entstehendes Abbild berechnet werden. Das Verfahren beruht somit auf einem detaillierten Augenmodel unter Verwendung der Hornhauttopographie des Auges. Bei dieser Methode werden keine allgemeinen Korrekturfaktoren (A-Konstanten) verwendet, jedoch sind gewisse Annahmen was die effektive (postoperative) Linsenposition (ELP) angeht erforderlich. Diese Methode eignet sich für Augen mit den unterschiedlichsten biometrischen Parametern, wie beispielsweise: lang, normal, kurz, post-LASIK, usw.
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Mit Hilfe von Raytracing werden dann der IOL-Brechwert und die Restrefraktion berechnet. Um dabei eine gute Korrelation mit der subjektiven Sehschärfe, d. h. ein mit der Wahrnehmung des Patienten vergleichbares Ergebnis zu erzielen, können verschiedene Auswahlkriterien bzw. Metriken zur Berechnung herangezogen werden. Obwohl sich hierbei Netzhautbildmetriken als besonders geeignet herausgestellt haben, sind auch folgende andere Auswahlkriterien denkbar:
- – Bewertung der Abbildung auf der Retina hinsichtlich Momente, Entropie, Kompaktheit, Form oder Intensitätsverteilung mittels Punktbildfunktion (point spread function = PSF), Linienbildfunktion (line spread function = LSF) oder Effektivwertermittlung (root mean square),
- – Bewertung der Auflösung durch optische Transferfunktion (OTF), wie Modulationstransferfunktion (MTF) oder Phasentransferfunktion (PTF),
- – Bewertung des Kontrasts durch die Kontrastsensitivitätsfunktion (CSF),
- – Bewertung der optischen Abberationen, wie Chromatische Aberration, Strahlenaberration, Wellenfrontaberration, Schärfentiefe und binokulare Abweichung des Abbildungsmaßstabes,
- – Bewertung der klassischen Refraktionsparameter Dioptrie und Astigmatismus.
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Die hier erfolgte Aufzählung ist lediglich beispielhaft, da prinzipiell auch andere, dem Fachmann bekannte optische Bewertungsparameter Verwendung finden können. Hierzu sind prinzipiell jegliche Bewertungsparameter bzw. -kriterien anwendbar, mit denen Abweichungen von der idealen Wellenfront beurteilt und quantinfiziert werden können.
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Während von P. -R. Preussner und anderen in [1] ein Vergleich zwischen der Verwendung von Raytracing-Methoden und IOL-Formeln vorgenommen wird, gehen sie in [2] auf ein Berechnungsmodell näher ein, welches auf einer Methode des Raytracing basiert. Hier wird, basierend auf den individuellen Messwerten und geschätzten Größen, wie insbesondere der Lage der IOL im Auge, ein Augenmodell mit in der Regel mehreren, optisch wirksamen Flächen entwickelt und dies nach Methoden aus dem Optikdesign für ein oder mehrere Strahlen „durchgerechnet”. Als Beurteilungswert wird die Abbildungsqualität an der Retina/Fovea berechnet. Bei entsprechend genauer Ermittlung der Eingangsgrößen lassen sich hierdurch systematische Fehler weitestgehend vermeiden. Statistische Fehler, die beispielsweise aus mangelnder Reproduzierbarkeit der Messungen oder aus Schwankungen des Wundheilungsprozesses resultieren, werden allerdings auch hier nicht berücksichtigt.
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Literatur:
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[1] Preussner, P. -R. u. a.; „Intraocular lens calculation accuracy limits in normal eyes", J CATARACT REFRACT SURG – VOL 34, May 2008,
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde das Verfahren zur Berechnung einer zu implantierenden Intraokularlinse dahingehend zu verbessern, dass Ergebnisse zahlreicher Kataraktoperationen bei der Berechnung zukünftig zu implantierender Intraokularlinsen (IOL) berücksichtigt werden und die Berechnung dadurch automatisch optimiert wird.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Diese Aufgabe wird mit dem vorgeschlagenen Verfahren zur automatisierten Optimierung der Berechnung einer zu implantierenden IOL, bei dem eine präoperative Bestimmung mindestens der Hornhauttopographie, der Augenlänge und der Vorderkammertiefe, die Berechnung der zu implantierenden IOL mittels Raytracing und nach durchgeführter Kateraktoperation eine postoperative Bestimmung mindestens der Hornhauttopographie, der Augenlänge, der Vorderkammertiefe sowie der objektiven, wellenfrontbasierten Restrefraktion erfolgen, dadurch gelöst, dass die prä- und postoperativ ermittelten Messwerte zusätzlich zur automatisierten Optimierung des chirurgisch induzierten Astigmatismus und zur automatisierten Optimierung der anatomischen, postoperativen Linsenposition für die Berechnung zukünftig zu implantierender IOL, verwendet werden.
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Das vorgeschlagene Verfahren dient der Berechnung einer zu implantierenden Intraokularlinse. Durch die Berücksichtigung der Ergebnisse zahlreicher Kataraktoperationen bei der Berechnung zukünftig zu implantierender IOL wird zum einen die Berechnung automatisch optimiert und zum anderen das zu erzielende Ergebnis der Kataraktoperation wesentlich verbessert.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
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Bei dem Verfahren zur automatisierten Optimierung der Berechnung einer zu implantierenden IOL, erfolgen entsprechend der Verfahrensschritte:
- a) eine präoperative Bestimmung mindestens der Hornhauttopographie, der Augenlänge und der Vorderkammertiefe,
- b) die Berechnung der zu implantierenden IOL mittels Raytracing und
- c) nach durchgeführter Kateraktoperation eine postoperative Bestimmung mindestens der Hornhauttopographie, der Augenlänge, der Vorderkammertiefe sowie der objektiven, wellenfrontbasierten Restrefraktion.
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Erfindungsgemäß werden die prä- und postoperativ ermittelten Messwerte in zwei zusätzlichen Verfahrensschritten:
- d) zur automatisierten Optimierung des chirurgisch induzierten Astigmatismus und
- e) zur automatisierten Optimierung der anatomischen, postoperativen Linsenposition
für die Berechnung zukünftig zu implantierender IOL verwendet.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrensschrittes c) ist es ausreichend eine postoperative Bestimmung der Hornhauttopographie, der objektiven, wellenfrontbasierten Restrefraktion sowie entweder der Augenlänge oder der Vorderkammertiefe durchzuführen. Dies ist ausreichend, da in diesem Verfahrensschritt (d. h. nach durchgeführter Kateraktoperation) die implantierte IOL bekannt ist. Somit kann bei bekannter Hornhauttopographie und objektiver Restrefraktion die Augenlänge bzw. die Vorderkammertiefe mit Hilfe der bekannten drei Messwerte berechnet werden. Da für die Bestimmung Augenlänge und Vorderkammertiefe mitunter verschiedene Geräte genutzt werden, lässt sich der Messvorgang dadurch vereinfachen.
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Dabei erfolgt die automatisierte Optimierung des chirurgisch induzierten Astigmatismus im Verfahrensschritt e), indem
- – die Mittelung einer Anzahl von präoperativ gemessenen Hornhauttopographien und
- – die Mittelung einer Anzahl korrespondierender, postoperativer Hornhauttopographien erfolgt und daraus
- – die Differenz der mittleren Abweichung der Hornhauttopographie prä- zu postoperativ, berechnet und
- – diese mittlere Abweichung der Hornhauttopographie in das Berechnungsmodell für das Raytracing für zukünftige Berechnungen einer zu implantierenden IOL einfließt.
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Im Unterschied dazu erfolgt die automatisierte Optimierung der anatomischen, postoperativen Linsenposition im Verfahrensschritt f) indem:
- – ein individuelles Augenmodel unter Verwendung der postoperativen Messwerte, des verwendeten IOL-Design und der durch Prädiktion bestimmten postoperativen IOL-Position erstellt,
- – die postoperative, wellenfrontbasierte, objektive Refraktion berechnet,
- – die auf der Prädiktion basierende IOL-Position im individuellen Augenmodel solange modifiziert wird, bis die berechnete objektive Refraktion mit der gemessener objektiven Refraktion übereinstimmt und
- – die so ermittelte, auf der Prädiktion basierende IOL-Position für zukünftige Berechnung einer zu implantierenden IOL berücksichtigt werden kann.
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Hierbei hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, dass bei der Modifikation der IOL-Position im individuellen Augenmodel die gleiche Pupillengröße verwendete wird, wie bei der Messung der postoperativen, wellenfrontbasierten objektiven Refraktion.
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Während Autorefraktometer meist nur eine Sub-Apertur der tatsächlichen Pupille für die Messung verwenden, nutzt der Wellenfrontensensor, obwohl zwar nur in einer Momentaufnahme, die gesamte Pupille, so dass damit auch dieser Parameter im Augenmodell berücksichtigt werden kann.
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Die anatomische Linsenposition sollte sich somit sehr genau berechnen lassen, da sowohl die (anhand des individuellen Augenmodels) berechnete postoperative, als auch die mittels Wellenfrontsensor gemessene präoperative Refraktion auf einer identischen Pupillengröße basieren.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Modifizierung der auf Prädiktion basierenden IOL-Position im individuellen Augenmodel derart, dass die IOL-Position in axialer Richtung verschoben, in lateraler Richtung verkippt und/oder in azimutaler Richtung verdreht wird. Dadurch wird gewährleistet, dass die drei Korrekturwerte der IOL: Sphäre, Zylinder und Achse abgeglichen werden.
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Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass sowohl die automatisierte Optimierung des chirurgisch induzierten Astigmatismus gemäß des Verfahrensschrittes d), als auch die automatisierte Optimierung der anatomischen, postoperativen Linsenposition gemäß des Verfahrensschrittes e) in Abhängigkeit:
- – des verwendeten IOL-Designs,
- – einer definierten Patientengruppe,
- – des die Kateraktoperation ausführenden Arztes,
- – der bei der Kateraktoperation angewendeten Technik,
- – o. ä. erfolgen kann.
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Die hier erfolgte Aufzählung ist dabei lediglich beispielhaft, da prinzipiell auch andere Abhängigkeiten vorhanden sind und berücksichtigt werden können. Es steht zweifelsfrei fest, dass das Ergebnis der erfolgten Kataraktoperation von den der hier genannten Bedingungen abhängig ist. So ist beispielsweise denkbar, dass sowohl die postoperative Hornhauttopographien, als auch die postoperative IOL-Position für unterschiedliche IOL-Designs verschieden ist. Gleiches sollte sowohl für definierte Patientengruppen, die sich nach ihrer ethnischen Zugehörigkeit, nach Alter, Geschlecht, Vorerkrankungen o. ä. einteilen lassen, als auch für die bei der Kateraktoperation angewendete Technik und den die Kateraktoperation ausführenden Arztes gelten.
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Die Verwendung der prä- und postoperativ ermittelten Messwerte führt unter der Berücksichtigung der o. g. Abhängigkeiten zusätzlich dazu, dass sowohl die automatisierte Optimierung des chirurgisch induzierten Astigmatismus nach Verfahrensschritt d) als auch die automatisierte Optimierung der anatomischen, postoperativen Linsenposition nach Verfahrensschritt e) zu einem noch genaueren Ergebnis.
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Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird ein Verfahren zur Berechnung einer zu implantierenden Intraokularlinse zur Verfügung gestellt, mit dem die Berechnung automatisch optimiert wird, indem die Ergebnisse zahlreicher Kataraktoperationen bei der Berechnung zukünftig zu implantierender Intraokularlinsen (IOL) berücksichtigt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Preussner, P. -R. u. a.; ”Ray tracing for intraocular lens calculation”, J CATARACT REFRACT SURG – VOL 28, AUGUST 2002, [0020]