DE102013002828A1

DE102013002828A1 - Verfahren zur Bestimmung der Gesamtbrechkraft der Hornhaut eines Auges

Info

Publication number: DE102013002828A1
Application number: DE201310002828
Authority: DE
Inventors: Ferid Bajramovic; Janine Feuker
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2013-02-15
Filing date: 2013-02-15
Publication date: 2014-08-21

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Gesamtbrechkraft der Hornhaut eines Auges und basiert basiert auf einer Kombination keratometrischer oder topographischer Messungen mit den aus Tiefenscans oder Schnittbildern gewonnenen Messwerten. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden der Radius Ra der Hornhautvorderseite keratometrisch oder topographisch, der Radius Rp der Hornhautrückseite aus Tiefenscans oder Schnittbildern ermittelt und die Brechkraft Ka der Hornhautvorderseite, die Brechkraft Kp der Hornhautrückseite sowie die die Gesamtbrechkraft K der Hornhaut bestimmt. Insbesondere geht dabei der aus Tiefenscans oder Schnittbildern ermittelte Radius R'p der Hornhautrückseite nicht direkt als Messwert in die Berechnung der Gesamtbrechkraft K ein, sondern berücksichtigt das zuvor in einem Zusatzschritt bestimmte Vorder-/Rückseitenverhältnis c. Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Bestimmung der Gesamtbrechkraft der Hornhaut eines Auges und ist nicht nur für normalsichtige sondern insbesondere auch für astigmatische Augen anwendbar.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Gesamtbrechkraft der Hornhaut eines Auges und basiert auf einer Kombination keratometrischer oder topographischer Messungen mit den aus Tiefenscans oder Schnittbildern gewonnenen Messwerten. Die Gesamtbrechkraft der Hornhaut ist insbesondere auch im Hinblick auf die Berechnung und Auswahl von Intraokularlinsen von Bedeutung.
Nach dem bekannten Stand der Technik sind dazu zahlreiche Lösungen bekannt.
Zur hochgenauen Messung in Form von Tiefenscans, haben sich im Stand der Technik Lösungen etabliert, die auf Verfahren der optische Kohärenztomografie (OCT = optical coherence tomography), der Teilkohärenzinterferometrie (PCI = partial coherence interferometry) oder dergleichen basieren.
Das Grundprinzip des OCT-Verfahrens basiert auf der Weißlicht-Interferometie und vergleicht die Laufzeit eines Signals mit Hilfe eines Interferometers (meist Michelson-Interferometer). Dabei wird der Arm mit bekannter optischer Weglänge (= Referenzarm) als Referenz zum Messarm herangezogen. Die Interferenz der Signale aus beiden Armen ergibt ein Muster, aus dem man die relative optische Weglänge innerhalb eines A-Scans (einzelnes Tiefensignal) herauslesen kann. In den eindimensionalen Rasterverfahren wird der Strahl dann, analog zur Ultraschalltechnik transversal in einer oder auch zwei Richtungen geführt, womit sich ein flächiger B-Scan oder ein dreidimensionales Tomogramm (C-Scan) aufnehmen lässt. Dabei werden die Amplitudenwerte der einzelnen A-Scans typischerweise in logarithmierten Graustufen- oder Falschfarbenwerten dargestellt.
Im Gegensatz dazu können Schnittbilder mit Hilfe von Scheimpflugkameras oder auch Spaltlampen erzeugt werden.
Eine Scheimpflugkamera basiert auf der Einhaltung der sogenannten Scheimpflugsche Regel, nach der sich bei einer optischen Abbildung Bild-, Objektiv- und Schärfeebene in einer gemeinsamen Geraden schneiden müssen, so dass die gesamte Objekt-Ebene mit maximaler Schärfe abgebildet wird. In Bezug auf die Realisierung von Schnittbildern zur Bestimmung der Gesamtbrechkraft der Hornhaut eines Auges liegt der Vorteil der Kamera darin begründet, dass die gesamte Objekt-Ebene des Schnitts durch die Hornhaut scharf abgebildet wird und die Aufnahmen keine Unschärfen beinhalten.
Die Spaltlampe (auch: Spaltlampenmikroskop) ist eines der wichtigsten ophthalmologischen Untersuchungsgeräte, mit dem der Augenarzt oder der Augenoptiker die Augen stereoskopisch inspizieren kann. Der Untersucher hat die Möglichkeit, einen scharf begrenzten spaltförmigen Lichtstrahl, dessen Breite veränderbar ist, auf das Auge zu richten. Gleichzeitig hat er die Möglichkeit, dieses durch ein Auflichtmikroskop zu betrachten. Die Vergrößerung des Mikroskops ist bei den meisten Geräten variabel und reicht üblicherweise vom 6- bis zum 30-fachen.
Durch verschiedene Belichtungsmethoden (diffus, direkt, fokal, indirekt, regrediert, seitlich usw.) und variable Lichtspaltbreiten ist es möglich, fast sämtliche vorderen, mittleren und hinteren Abschnitte des Auges bis hin zu weit in der Peripherie befindlichen Netzhautarealen zu inspizieren. Für manche Untersuchungen sind zusätzliche Hilfsmittel, wie zum Beispiel ein Dreispiegelkontaktglas, notwendig. Die meisten modernen Spaltlampen verfügen über eine digitale Kamera um Befunde filmisch oder fotografisch zu dokumentieren.
Werden allerdings zusätzliche Messgrößen benötigt, können diese beispielsweise aus keratometrischen oder topographischen Bildaufnahmen vom Auge ermittelt werden.
Zwar können diese weiteren Messgrößen und die OCT-Messwerte durch verschiedene Geräte gemessen werden, jedoch erlaubt die Integration der Messung sowohl der OCT als auch der weiteren Messgrößen in einem Gerät eine einfachere Handhabung z. B. nur einmalige Ausrichtung des Gerätes auf den Patienten und eine verbesserte laterale Registrierung der OCT-Messwerten mit den weiteren Messwerten.
Bei einer ersten Gruppe von Lösungen werden die unterschiedlichen Aufnahmen sequentiell, d. h. nacheinander aufgenommen.
Ein Beispiel zeigt die US 2005/0203422 A1 , welche ein Kombinationssystem aus Keratometer und OCT-Tomographie zeigt. Um die beiden Modalitäten voneinander zu trennen wird hier ebenfalls eine zeitliche Trennung vorgeschlagen.
Ein weiteres Beispiel ist der IOLMaster der Firma Carl Zeiss. Dieser ist ein Kombinationsgerät, das die Keratometrie, die Achslänge über PCI (partial coherence interferometry) und die Vorderkammertiefe über eine Spaltbeleuchtung und Bilddetektion, sowie weitere Parameter des Auges wie den sogenannten Weis-zu-Weis-Abstand bestimmt.
Bei all diesen sequentiell erfolgenden Messungen ist der Zeitaufwand für die Messungen höher. Nachteilig wirkt sich außerdem aus, dass die unterschiedlichen Messungen von OCT und Ultraschall bzw. Keratometrie aufgrund möglicher Augenbewegungen an leicht verschiedenen Stellen erfolgen könnte. Im Allgemeinen ist deshalb eine Wiederholbarkeit der Messung entsprechend schwer zu realisieren.
Bei einer zweiten Gruppe von Lösungen werden die unterschiedlichen Aufnahmen gleichzeitig aufgenommen, wofür die Messsysteme über eine entsprechende optische Trennung verfügen müssen.
Als ein weiteres Beispiel ist in US 2005/0018137 A1 ein Kombinationssystem aus Keratometer und Achslängenmessung mittels PCI beschrieben. Dabei wird die Trennung beider Modalitäten durch Strahlteilung mittels Polarisationstrennung realisiert.
Die bereits oben erwähnte US 2005/0203422 A1 erwähnt als Alternative zur sequentiellen Messung der Modalitäten (mittels OCT und Keratometrie) auch eine Trennung derselben durch einen dichroitischen Strahlteiler.
In all diesen Beispielen erfolgt eine optische Trennung der unterschiedlichen Messsysteme entweder durch die Verwendung unterschiedlicher Wellenlängen oder über zusätzliche optische Elemente, die verhindern, dass sich die Messsysteme gegenseitig beeinflussen.
Nachteilig wirkt sich bei den zuvor beschriebenen Techniken aus, dass die klassischen Verfahren der Keratometrie und Topographie nur den Radius R_a der Hornhautvorderseite messen und daraus näherungsweise die Gesamtbrechkraft K_Ker der Hornhaut, inklusive der optischen Wirkung der Rückseite, ermitteln. Gemäß der Literatur [7] wird die Gesamtbrechkraft K_Ker wie folgt berechnet: KKer = nK – 1 / Ra (0)
Die Annahmen über Hornhautdicke und Vorder-/Rückseitenverhältnis, sowie deren Brechungsindizes sind implizit im Wert n_K enthalten.
Andere Ansätze messen die Gesamtbrechkraft der Hornhaut ohne Annahmen zu Vorder-/Rückseitenverhältnis und/oder Hornhautdicke durch Verwendung von OCT oder einer Kombination von OCT und Topographie. Eine gute Wiederholbarkeit der Messung der Hornhautradien mittels OCT ist schwierig zu erreichen. Insbesondere sind aufgrund möglicher Augenbewegung während der Messung hohe Scangeschwindigkeiten und Auflösungen erforderlich. Für eine korrekte Vermessung der Radien ist eine exakte Kalibrierung des OCT (inklusive Scanner) erforderlich. Dies gilt auch in Kombination mit Topographie.
Zur Auswahl einer Intraokularlinse (IOL) mittels IOL-Berechnungsformel wird in der Praxis häufig auf das empirische Wissen der ULIB-Datenbank zurückgegriffen. Hierfür ist es erforderlich, dass die gemessene Gesamtbrechkraft der Hornhaut im Bevölkerungsmittel für normale Augen mit den Messwerten des Keratometers des IOLMasters übereinstimmt.
Dies ist für bestehende Ansätze zur Bestimmung der Gesamtbrechkraft der Hornhaut eines Auges nicht der Fall oder zumindest nicht nachgewiesen.
Literatur

[1] M. Tang, Y. Li, M. Avila, and D. Huang, "Measuring total corneal power before and alter laser in situ keratomileusis with high-speed optical coherence tomography," J Cataract Refract Surg, vol. 32, no. 11, pp. 1843–1850, Nov. 2006.
[2] M. Tang, A. Chen, Y. Li, and D. Huang, "Corneal power measurement with Fourierdomain optical coherence tomography," J Cataract Refract Surg, vol. 36, no. 12, pp. 2115–2122, Dec. 2010.
[3] L. Wang, A. M. Mahmoud, B. L. Anderson, D. D. Koch, and C. J. Roberts, "Total corneal power estimation: ray tracing method versus gaussian optics formula," Invest. Ophthalmol. Vis. Sci, vol. 52, no. 3, pp. 1716–1722, Mar. 2011.
[4] T. Kawarnorita, H. Uozato, K. Kamiya, L. Sax, K. Tsutsui, D. Aizawa, and K. Shimizu, "Repeatability, reproducibility, and agreement characteristics of rotating Scheimpflug photography and scanning-slit corneal topography for corneal power measurement," Journal of Cataract & Refractive Surgery, vol. 35, no. 1, pp. 127–133, Jan. 2009.
[5] M. Tang, L. Wang, D. D. Koch, Y. Li, and D. Huang, "Intraocular lens power calculation alter myopic and hyperopic laser vision correction using optical coherence tomography," Saudi Journal of Ophthalmology, vol. 26, no. 1, pp. 19–24, Jan. 2012.
[6] M. Tang, Y. Li, M. Avila, and D. Huang, "Measuring total corneal power before and alter laser in situ keratomileusis with high-speed optical coherence tomography," Journal of Cataract & Refractive Surgery, vol. 32, no. 11, pp. 1843–1850, 2006.
[7] T. Olsen, "On the calculation of power from curvature of the cornea," Br J Ophthalmol, vol. 70, no. 2, pp. 152–154, Feb. 1986.
[8] L. N. Thibos and D. Homer, "Power vector analysis of the optical outcome of refractive surgery," Journal of Cataract & Refractive Surgery, vol. 27, no. 1, pp. 80–85, Jan. 2001.
[9] R. Navarra, L. Gonzalez, and J. L. Hernandez, "Optics of the average normal cornea from general and canonical representations of its surface topography," J Opt Soc Am A Opt Image Sci Vis, vol. 23, no. 2, pp. 219–232, Feb. 2006.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Bestimmung der Gesamtbrechkraft der Hornhaut eines Auges zu entwickeln, welches auf die Annahme von Normalwerten verzichtet und insbesondere auch für die Bestimmung der Gesamtbrechkraft der laserbehandelten Hornhaut eines Auges anwendbar ist.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Gesamtbrechkraft der Hornhaut eines Auges basierend auf den Messwerten einer keratometrischen oder topographischen sowie den aus Tiefenscans oder Schnittbildern gewonnenen Messwerten, gemäß der folgenden Verfahrensschritte dadurch gelöst, dass:

a) der Radius R_a der Hornhautvorderseite keratometrisch oder topographisch gemessen und daraus die Brechkraft K_a der Hornhautvorderseite wie folgt bestimmt wird: Ka = n1 – n0 / Ra (1)
b) der Radius R_p der Hornhautrückseite aus Tiefenscans oder Schnittbildern ermittelt und daraus die Brechkraft K_p der Hornhautrückseite wie folgt bestimmt wird: Kp = n2 – n1 / Rp (2)
c) die zentrale Dicke d der Hornhaut aus Tiefenscans oder Schnittbildern ermittelt und danach die Gesamtbrechkraft K der Hornhaut wie folgt bestimmt wird: K = Ka + Kp – d / n1KaKp (3)

K: die Gesamtbrechkraft der Hornhaut,
K_a: die Brechkraft Hornhautvorderseite,
K_p: die Brechkraft Hornhautrückseite,
R_a: den Radius Hornhautvorderseite,
R_p: den Radius Hornhautrückseite,
n₀: den Brechungsindex von Luft,
n₁: den Brechungsindex der Hornhaut,
n₂: den Brechungsindex des Kammerwasser und
d: die zentrale Dicke der Hornhaut

definieren, wobei die Radien R_a, R_p und die Dicke d in Metern und die Brechkräfte K, K_a und K_p in Dioptrien angegeben sind.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Bestimmung der Gesamtbrechkraft der Hornhaut eines Auges und basiert auf einer Kombination keratometrischer oder topographischer Messungen mit den aus Tiefenscans oder Schnittbildern gewonnenen Messwerten. Dabei ist das Verfahren sowohl für normalsichtige als auch für astigmatische Augen anwendbar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Gesamtbrechkraft der Hornhaut eines Auges basiert aus den Messwerten einer keratometrischen oder topographischen sowie den aus Tiefenscans oder Schnittbildern gewonnenen Messwerten. Im Einzelnen wird dabei, gemäß der folgenden Verfahrensschritte:

Gemäß der von T. Olsen in [7] gemachten Ausführungen zur Bestimmung der Brechkraft der Hornhaut, erfolgt die Beschreibung der Gesamtbrechkraft K der Hornhaut hierbei ebenfalls mittels paraxialer Optik (auch „dicke Linse” genannt).
Als Voraussetzung für die Brechungsindizes dienen dabei folgende typische Werte:

• Brechungsindex Luft n₀ = 1,
• Brechungsindex Hornhaut n₁ = 1,376 und
• Brechungsindex Kammerwasser n₂ = 1,336.

Im Unterschied zu den Lösungen des Standes der Technik, die auf verschiedenen klassischen Messverfahren mit entsprechenden Annahmen basieren, wird bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren neben dem Radius der Hornhautvorderseite R_a auch der Radius Hornhautrückseite R gemessen.
Während der Radius der Hornhautvorderseite R_a keratometrisch oder topographisch gemessen wird, erfolgt die Bestimmung der übrigen Messwerte, wie Radius Hornhautrückseite R'_p und zentrale Dicke d der Hornhaut aus Tiefenscans oder Schnittbildern.
Erfindungsgemäß geht der aus Tiefenscans oder Schnittbildern ermittelte Radius R'_p der Hornhautrückseite nicht direkt als Messwert in die Berechnung der Gesamtbrechkraft K nach Verfahrensschritt c) ein, sondern berücksichtigt das zuvor in einem Zusatzschritt:

d) bestimmte Vorder-/Rückseitenverhältnis c berücksichtigt: R_p = c·R_a (4) mit c = R'p / R'a

_a

_p

Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass die Anforderungen an ein korrektes Verhalten der Scanner und an eine exakte Optikjustage deutlich reduziert werden können. Zudem kann auf eine Vermessung des tatsächlichen Scannerverhaltens verzichtet werden.
Fehler in den aus Tiefenscans oder Schnittbildern ermittelt Messwerten der Radien können wie folgt ausgedrückt werden: R'_a = x_a·R_a und R'_p = x_p·R_p mit x_a, x_p ≠ 0 (5) Falls die Faktoren x_a und x_p gleich sind (x_a = x_p), so ist das aus Tiefenscans oder Schnittbildern ermittelte Vorder-/Rückseitenverhältnis c in jedem Fall korrekt, da sich die Faktoren aus Formel (4) herauskürzen. Derartige Fehler haben also keinen Einfluss auf die Bestimmung der Gesamtbrechkraft K.
Andere Arten von Fehlern, für die x_a ≈ x_p gilt, wirken sich zwar sowohl auf das Vorder-/Rückseitenverhältnis c als auch die Gesamtbrechkraft K der Hornhaut aus, allerdings ist der entstehende Fehler aber gering, da nur das Verhältnis x_p/x_a ≈ 1 in c und K eingeht. Dies trifft insbesondere auf lineare Fehler in den aus Tiefenscans oder Schnittbildern ermittelten Radien zu, die wie folgt beschrieben werden können: R'_a = x_a·R_a + y und R'_p = x_p·R_p + y mit |Y| << |x_a·R_a| (6)
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Tiefenscan- oder Schnittbildermessung entlang mindestens eines Meridians.
Obwohl dieses Vorgehen für normalsichtige Augen ausreichend sein sollte, kann die Genauigkeit der Bestimmung der Gesamtbrechkraft der Hornhaut eines Auges zusätzlich erhöht werden, wenn die Tiefenscan- oder Schnittbildermessungen vorzugsweise entlang mehrerer Meridiane erfolgt.
Liegen somit mehr als ein Messwert für R'_a, R'_p und/oder d vor, so werden die aus Tiefenscans oder Schnittbildern ermittelten Messwerte nach vorheriger Entfernung von „Ausreißern” arithmetisch gemittelt und gehen dann in die Berechnung der Gesamtbrechkraft K nach Verfahrensschritt c) ein.
Erfindungsgemäß erfolgen die Tiefenscan- oder Schnittbildermessungen der Radien der Hornhaut dadurch, dass Bildverarbeitungsalgorithmen angewendet werden. Beispielsweise können Funktionen an Vorder- und Rückseite der Hornhaut angefittet werden. Vorzugsweise wird hierbei an Vorder- und Rückseite der Hornhaut jeweils ein Kreis angefittet, der besonders bevorzugt symmetrisch zum Vertex liegt. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn an Vorder- und Rückseite der Hornhaut, der entlang mehrerer Meridiane aufgenommenen Tiefenscans oder Schnittbilder jeweils eine Kugel angefittet wird, die vorzugsweise ebenfalls symmetrisch zum Vertex liegt.
Bevorzugt wird hierbei an eine Zone symmetrisch um den Vertex angefittet, die entweder 6 mm breit ist oder der Zone entspricht, in der der Radius R_a der Horn hautvorderseite gemessen wird.
In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass das Anfitten von Polynomen und die Bestimmung des Krümmungsradius am Scheitel im Allgemeinen zu systematisch abweichenden Messungen der Radien und auch des Vorder-/Rückseitenverhältnisses führt.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Gesamtbrechkraft der Hornhaut eines astigmatischen Auges verwendet. Dazu werden ebenfalls Messwerte aus einer keratometrischen oder topographischen sowie aus Tiefenscan- oder Schnittbildermessungen genutzt, die entlang zweier Meridiane gewonnenen werden, wobei diese den zuvor ermittelten Hauptschnitten entsprechen.
Für die Auswahl einer torischen IOL zur Kompensation eines astigmatischen Augenfehlers ist die Messung der Hornhautbrechkräfte K₁ und K₂ entlang der beiden Hauptschnitte und die zugehörige Achsenlage α erforderlich. Nach den Lösungen des Standes der Technik messen etablierte Verfahren hierfür die beiden Radien R_a1 und R_a2 und den Winkel α_a der Hornhautvorderseite und berechnen die Gesamtbrechkräfte K₁ und K₂ unter gewissen Annahmen.
Erfindungsgemäß ist es allerdings auch hier wünschenswert, die Beträge der Hornhautrückseite und -dicke durch ausdrücklich Messung zu berücksichtigen. Hierbei wird von der Annahme ausgegangen, dass die auf der Vorderseite der Hornhaut ermittelten Hauptschnitte auch für die Rückseite bzw. die Hornhaut als Ganzes gelten.
Zur Bestimmung der Gesamtbrechkraft der Hornhaut eines astigmatischen Auges wird im Einzelnen gemäß der folgenden Verfahrensschritte:

a) die Radien R_a1 und R_a2 der Hauptschnitte der Hornhautvorderseite keratometrisch oder topographisch gemessen und daraus die Brechkraft K_a der Hornhautvorderseite wie folgt bestimmt wird: K_a1 = n1 – n0 / Ra1 Ka2 = n1 – n0 / Ra2 (1)
b) die Radien R_p1 und R_p2 der Hauptschnitte der Hornhautrückseite aus Tiefenscans oder Schnittbildern ermittelt und daraus die Brechkräfte K_p1 und K_p2 der Hornhautrückseite wie folgt bestimmt wird: Kp1 = n2 – n1 / Rp1 Kp2 = n2 – n1 / Rp2 (2)
c) die zentrale Dicke d der Hornhaut aus Tiefenscans oder Schnittbildern ermittelt und danach die Gesamtbrechkräfte K₁ und K₂ der Hauptschnitte der Hornhaut wie folgt bestimmt wird: K1 = Ka1 + Kp1 – d / n1Ka1Kp1 K2 = Ka2 + Kp2 – d / n1Ka2Kp2 (3)

K_1,2: die Gesamtbrechkraft der Hornhaut,
K_a1,2: die Brechkraft Hornhautvorderseite,
K_p1,2: die Brechkraft Hornhautrückseite,
R_a1,2: den Radius Hornhautvorderseite,
R_p1,2: den Radius Hornhautrückseite,
n₀: den Brechungsindex von Luft,
n₁: den Brechungsindex der Hornhaut,
n₂: den Brechungsindex des Kammerwasser und
d: die zentrale Dicke der Hornhaut

_a

_p1,2

_1,2

_a1,2

_p1,2

Auch hier dienen als Voraussetzung für die Brechungsindizes die zuvor genannten, typischen Werte:

Im Unterschied zu den Lösungen des Standes der Technik, die auf verschiedenen klassischen Messverfahren mit entsprechenden Annahmen basieren, werden bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren neben den Radien der Hornhautvorderseite R_a1 und R_a2 auch die Radien der Hornhautrückseite R_p1 und R_p2 gemessen.
Während die Radien der Hornhautvorderseite R_a1 und R_a2 keratometrisch oder topographisch gemessen werden, erfolgt die Bestimmung der übrigen Messwerte, wie der Radien der Hornhautrückseite R'_p1 und R'_p2 sowie der zentralen Dicke d der Hornhaut aus Tiefenscans oder Schnittbildern.
Erfindungsgemäß gehen auch hier die aus Tiefenscans oder Schnittbildern ermittelten Radien R'_p1 und R'_p2 der Hornhautrückseite nicht direkt als Messwerte in die Berechnung der Gesamtbrechkräfte K₁ und K₂ nach Verfahrensschritt c) ein, sondern berücksichtigt die zuvor in einem Zusatzschritt

d) bestimmten Vorder-/Rückseitenverhältnisse c₁ und c₂ berücksichtigen: R_p1 = c₁·R_a1 R_p2 = c2·R_a2 (4) mit c1 = R'p1 / R'a1 c2 = R'p2 / R'a2

_a

_p

Für die Berechnung der Gesamtbrechkräfte K₁ und K₂ werden die Radien R_p1 und R_p2 der Hornhautrückseite aus dem Vorder-/Rückseitenverhältnissen c₁ und c₂ durch Umstellung der Formeln (4) bestimmt.
In Bezug auf die Anforderungen an ein korrektes Verhalten der Scanner und an eine exakte Optikjustage, sowie auftretende Fehler in den aus Tiefenscans oder Schnittbildern ermittelten Messwerten gilt das zuvor beschriebene entsprechend.
Da hier zwangsläufig mehr als ein Messwert für R_a1, R_a2, R_p1, R_p2 und/oder d vorliegen, werden die aus Tiefenscans oder Schnittbildern ermittelten Messwerte auch hier nach vorheriger Entfernung von „Ausreißern” arithmetisch gemittelt und gehen dann in die Berechnung der Gesamtbrechkräfte K_1,2 ein.
Erfindungsgemäß erfolgt auch hier die Tiefenscan- oder Schnittbildmessung der Radien der Hornhaut dadurch, dass Bildverarbeitungsalgorithmen angewendet werden. Beispielsweise können Funktionen an Vorder- und Rückseite der Hornhaut angefittet werden. Bevorzugt wird hierbei jeweils ein Kreis angefittet, der vorzugsweise symmetrisch zum Vertex liegt. Besonders vorteilhaft ist es auch hier, wenn an Vorder- und Rückseite der Hornhaut, der entlang mehrerer Meridiane aufgenommenen Tiefenscans oder Schnittbilder jeweils eine Kugel angefittet wird, die vorzugsweise ebenfalls symmetrisch zum Vertex liegt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich Messungen nicht nur entlang der zuvor ermittelten Hauptschnitte, sondern entlang mehrerer Meridiane zu realisieren und daraus eine Höhenkarte der Hornhautrückseite zu konstruieren. Dies ist entweder rein aus Tiefenscan- oder Schnittbildmessung oder durch Kombination von Keratometrie/Topographie und Pachymetrie (aus OCT) möglich. Eine ausführliche Beschreibung ist der Literatur [6] zu entnehmen.
Erfindungsgemäß erfolgen bei dem vorgeschlagenen Verfahren Tiefenscanmessungen OCT-basiert, indem mindestens ein B-Scan entlang mindestens eines Meridians, vorzugsweise jedoch mehrere B-Scans entlang mehrerer Meridiane realisiert werden.
Schnittbildermessungen erfolgen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Hilfe von Scheimpflugkameras oder auch Spaltlampen, indem Aufnahmen entlang mindestens eines Meridians und vorzugsweise entlang mehrerer Meridiane realisiert werden.
Die Messung der Asphärizität, d. h. des sogenannten „Shape Factor” ist sowohl bei Topographen als auch bei Keratometern mit mehr als einer Messzone möglich und außerdem üblich. Wenn aus diesem Formparameter Rückschlüsse auf die optischen Eigenschaften der Hornhaut, wie beispielsweise die sphärischen Aberrationen gezogen werden soll, ist eine Messung des Beitrags der Hornhautrückseite wünschenswert. Dementsprechend lässt sich das zuvor für die torische Vermessung beschriebene entsprechend auch für die Asphärizität verwenden. Anstelle einer torischen ist für beide Oberflächen eine asphärische Betrachtung zu verwenden. Die Kombination der optischen Wirkungen der beiden Hornhautflächen wird beispielsweise mittels Raytracing entsprechend verallgemeinert.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt mit dem Gesamtbrechkraft der Hornhaut eines Auges exakt bestimmt werden kann.
Das Verfahren verzichtet auf die Annahme von Normalwerten und ist zudem für die Bestimmung der Gesamtbrechkraft der laserbehandelten Hornhaut eines Auges anwendbar.
Erfindungsgemäß geht der aus Tiefenscans oder Schnittbildern ermittelte Radius R_p der Hornhautrückseite nicht direkt als Messwerte in die Berechnung der Gesamtbrechkräfte K ein, sondern aus dem zuvor bestimmten Vorder-/Rückseitenverhältnis c.
Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass die Anforderungen an ein korrektes Verhalten der Scanner und an eine exakte Optikjustage deutlich reduziert werden können. Zudem kann auf eine Vermessung des tatsächlichen Scannerverhaltens verzichtet werden.
Außerdem haben Fehler in den aus Tiefenscans oder Schnittbildern ermittelten Messwerten nur noch einen geringen oder gar keinen Einfluss auf die Bestimmung der Gesamtbrechkraft K. Somit sind die Anforderungen an die Genauigkeit gewisser Aspekte der Datenaufnahme und -auswertung deutlich geringer als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2005/0203422 A1 [0012, 0017]
US 2005/0018137 A1 [0016]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

T. Olsen in [7] [0032]

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Gesamtbrechkraft der Hornhaut eines Auges, aus den Messwerten einer keratometrischen oder topographischen sowie den aus Tiefenscans oder Schnittbildern gewonnenen Messwerten, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Radius R_a der Hornhautvorderseite keratometrisch oder topographisch gemessen und daraus die Brechkraft K_a der Hornhautvorderseite wie folgt bestimmt wird: K_a = n1 – n0 / Ra (1) b) der Radius R_p der Hornhautrückseite aus Tiefenscans oder Schnittbildern ermittelt und daraus die Brechkraft K_p der Hornhautrückseite wie folgt bestimmt wird: Kp = n2 – n1 / Rp (2) c) die zentrale Dicke d der Hornhaut aus Tiefenscans oder Schnittbildern ermittelt und danach die Gesamtbrechkraft K der Hornhaut wie folgt bestimmt wird: K = Ka + Kp – d / n1KaKp (3) in denen K die Gesamtbrechkraft der Hornhaut, K_a die Brechkraft Hornhautvorderseite, K_p die Brechkraft Hornhautrückseite, R_a den Radius Hornhautvorderseite, R_p den Radius Hornhautrückseite, n₀ den Brechungsindex von Luft, n₁ den Brechungsindex der Hornhaut, n₂ den Brechungsindex des Kammerwasser und d die zentrale Dicke der Hornhaut definieren, wobei die Radien R_a, R_p und die Dicke d in Metern und die Brechkräfte K, K_a und K_p in Dioptrien angegeben sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der aus Tiefenscans oder Schnittbildern ermittelte Radius R'_p der Hornhautrückseite nicht direkt als Messwert in die Berechnung der Gesamtbrechkraft K nach Verfahrensschritt c) eingeht, sondern das zuvor in einem Zusatzschritt d) bestimmte Vorder-/Rückseitenverhältnis c berücksichtigt: R_p = c·R_a (4) mit c = R'p / R'a indem die Radien R'_a und R'_p aus Tiefenscans oder Schnittbildern ermittelt werden und R_p einen resultierenden Messwert aus keratometrischer oder topographischer und aus Tiefenscan- oder Schnittbildermessung darstellt.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefenscan- oder Schnittbildermessung entlang mindestens eines Meridians erfolgt.
Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefenscan- oder Schnittbildermessung vorzugsweise entlang mehreren Meridianen erfolgt.
Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus Tiefenscans oder Schnittbildern ermittelten Messwerte nach vorheriger Entfernung von „Ausreißern” arithmetisch gemittelt werden und dann in die Berechnung der Gesamtbrechkraft K nach Verfahrensschritt c) eingehen.
Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefenscan- oder Schnittbildermessung der Radien der Hornhaut durch Bildverarbeitungsalgorithmen erfolgt, indem beispielsweise Funktionen an Vorder- und Rückseite der Hornhaut angefittet werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an Vorder- und Rückseite der Hornhaut jeweils ein Kreis angefittet wird, der vorzugsweise symmetrisch zum Vertex liegt.
Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an Vorder- und Rückseite der Hornhaut, der entlang mehrerer Meridiane aufgenommenen Tiefenscans oder Schnittbilder jeweils eine Kugel angefittet wird, die vorzugsweise symmetrisch zum Vertex liegt.
Verfahren zur Bestimmung der Gesamtbrechkraft der Hornhaut eines astigmatischen Auges, aus den Messwerten einer keratometrischen oder topographischen sowie den aus Tiefenscans oder Schnittbildern gewonnenen Messwerten entlang zweier Meridiane, die den zuvor ermittelten Hauptschnitten entsprechen, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Radien R_a1 und R_a2 der Hauptschnitte der Hornhautvorderseite keratometrisch oder topographisch gemessen und daraus die Brechkraft K_a der Hornhautvorderseite wie folgt bestimmt wird: K_a1 = n1 – n0 / Ra1 Ka2 = n1 – n0 / Ra2(1) b) die Radien R_p1 und R_p2 der Hauptschnitte der Hornhautrückseite aus Tiefenscans oder Schnittbildern ermittelt und daraus die Brechkräfte K_p1 und K_p2 der Horn hautrückseite wie folgt bestimmt wird: Kp1 = n2 – n1 / Rp1 Kp2 = n2 – n1 / Rp2 (2) c) die zentrale Dicke d der Hornhaut aus Tiefenscans oder Schnittbildern ermittelt und danach die Gesamtbrechkräfte K₁ und K₂ der Hauptschnitte der Hornhaut wie folgt bestimmt wird: K₁ = Ka1 + Kp1 – d / n1Ka1Kp1 K2 = Ka2 + Kp2 – d / n1Ka2Kp2 (3) in denen K_1,2 die Gesamtbrechkraft der Hornhaut, K_a1,2 die Brechkraft Hornhautvorderseite, K_p1,2 die Brechkraft Hornhautrückseite, R_a1,2 den Radius Hornhautvorderseite, R_p1,2 den Radius Hornhautrückseite, n₀ den Brechungsindex von Luft, n₁ den Brechungsindex der Hornhaut, n₂ den Brechungsindex des Kammerwasser und d die zentrale Dicke der Hornhaut definieren, wobei die Radien R_a, R_p1,2 und die Dicke d in Metern und die Brechkräfte K_1,2, K_a1,2 und K_p1,2 in Dioptrien angegeben sind.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass aus Tiefenscans oder Schnittbildern ermittelten Radien R'₁ und R'₂ der Hornhautrückseite nicht direkt als Messwert in die Berechnung der Gesamtbrechkraft K₁ und K₂ nach Verfahrensschritt c) eingehen, sondern die zuvor in einem Zusatzschritt d) bestimmten Vorder-/Rückseitenverhältnisse c₁ und c₂ berücksichtigen: R₁ = c₁·R_a1 R_p2 = c₂·R_a2 (4) mit c1 = R'p1 / R'a1 c2 = R'p2 / R'a2 indem die Radien R'_a und R'_p aus Tiefenscans oder Schnittbildern ermittelt werden und R einen resultierenden Messwert aus keratometrischer oder topographischer und aus Tiefenscan- oder Schnittbildermessung darstellt.
Verfahren nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die aus Tiefenscans oder Schnittbildern ermittelten Messwerte nach vorheriger Entfernung von „Ausreißern” arithmetisch gemittelt werden und dann in die Berechnung der Gesamtbrechkräfte K₁ und K₂ nach Verfahrensschritt c) eingehen.
Verfahren nach den Ansprüchen 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefenscan- oder Schnittbildermessung der Radien der Hornhaut durch Bildverarbeitungsalgorithmen erfolgt, indem beispielsweise Funktionen an Vorder- und Rückseite der Hornhaut angefittet werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass an Vorder- und Rückseite der Hornhaut jeweils ein Kreis angefittet wird, der vorzugsweise symmetrisch zum Vertex liegt.
Verfahren nach den Ansprüchen 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass an Vorder- und Rückseite der Hornhaut, der entlang mehrerer Meridiane aufgenommenen Tiefenscans oder Schnittbilder jeweils eine Kugel angefittet wird, die vorzugsweise symmetrisch zum Vertex liegt.
Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Tiefenscanmessungen OCT-basiert erfolgen, indem mindestens ein B-Scan entlang mindestens eines Meridians, vorzugsweise jedoch mehrere B-Scans entlang mehrerer Meridiane realisiert werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass Schnittbildermessungen mit Hilfe von Scheimpflugkameras oder auch Spaltlampen erfolgen, indem Aufnahmen entlang mindestens eines Meridians und vorzugsweise entlang mehrerer Meridiane realisiert werden.