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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen der Lage des Linsenäquators einer natürlichen Augenlinse im Auge bzw. zum Bestimmen der Äquatorebene, zum Berechnen der Brechstärke einer zu implantierenden künstlichen Augenlinse, d. h. einer Intraokularlinse.
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Die Operation des grauen Stars (Katarakt) zählt zu den jährlich am häufigsten durchgeführten Operationen. Im Rahmen dieser Operation wird heutzutage meistens die natürliche getrübte Augenlinse extrakapsulär entfernt, wobei die äussere Hülle der Linse, d. h. der Kapselsack, erhalten bleibt. In diesem Falle wird die natürliche Augenlinse nach Öffnen des Kapselsacks durch einen kleinen Schnitt mittels Ultraschall zertrümmert oder mittels eines Femtolasers zerschnitten. In beiden Fällen werden die Linsentrümmer unter möglichster Schonung des Kapselsacks abgesaugt. Anschliessend wird in dem nun freien Kapselsack, welcher mittels der Zonualfasern im Auge fixiert ist, eine Intraokularlinse aus Polymethylmethacrylat (PMMA), aus hydrophobem oder hydrophilem Acryl oder Silicon eingesetzt.
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Die Brechkraft der einzusetzenden Intraokularlinse wird präoperativ in Dioptrien berechnet. Hierzu wird das Auge biometrisch vermessen, z. B. mittels Ultraschall oder Laserinterferometrie, wobei verschiedene Messgrössen erfasst werden, so z. B. die Vorderkammertiefe, die Augenlänge in Richtung der Mittelachse, d. h. der optischen und/oder geometrischen Achse des Auges, die Glaskörperstrecke, die Dicke der natürlichen Augenlinse, die Dicke der Hornhaut und die Geometrie der Hornhaut in Millimetern oder Dioptrien.
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Diese Messgrössen werden in Näherungsformeln für die Berechnung der Brechkraft der Intraokularlinse gemeinsam mit sog. A-Konstanten eingesetzt. Damit kann zu erwartende postoperative Brechkraft des operierten Auges abgeschätzt werden. Diese A-Konstanten sind je nach der verwendeten Näherungsformel und je nach Typ der Intraokularlinse unterschiedlich und werden mit verschiedenen Parametern, die biometrisch erhalten wurden, in Verhältnis gesetzt bzw. verrechnet.
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Eine Übersicht der verschiedenen A-Konstanten zur Berechnung der Brechkraft der einzusetzenden Intraokularlinse findet man auf der ULIB-Seite der Universität Würzburg (http://www.augenklinik.uni-wuerzburg.de/ulib/c1.htm).
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Ein weiteres Verfahren zur Abschätzung der Linsenbrechkraft der einzusetzenden Intraokularlinse ist das sog. Raytracing; dieses ist eine Strahldurchrechnung; vgl. P-R. Preussner, Cataract & Refractive Surgery Today Europe, Mai 2012.
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Ein grundsätzliches Problem bleibt allerdings bei allen auf biometrischen Messungen beruhenden Kalkulationsverfahren bestehen: Um die Brechkraft der Intraokularlinse nach optischen Gleichungen exakt berechnen zu können, muss die postoperative Lage der einzusetzenden Intraokularlinse bekannt sein. Diese Lage der Intraokularlinse kann präoperativ durch biometrische Messungen jedoch nicht direkt bestimmt werden. Dies hat folgenden Grund:
Die natürliche Augenlinse besitzt meist eine unsymmetrische bikonvexe Form mit einer mittleren Linsendicke zwischen 3 und 4 Millimetern, während die einzusetzende Intraokularlinse meist nur 0,5 bis 1 mm dick ist. Bei einer Kataraktoperation wird die Intraokularlinse mit ihrer Haptik automatisch in der Ebene des sog. Linsenäquators der natürlichen Augenlinse positioniert. Der Linsenäquator ist der von dem Kapselsack eng umfasste äusserste umlaufende Rand der Augenlinse. Der Linsenäquator liegt bei einer natürlichen Augenlinse in der Regel im vorderen Drittel der Linse.
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Nach der Implantation der Intraokularlinse liegen die äussersten Kontaktpunkte der Haptik der Intraokularlinse ebenfalls in der Ebene des Linsenäquators der natürlichen Augenlinse.
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Teilweise wird bei Intraokularlinsen eine Anwinkelung (Angulation) von etwa 5 bis 15 Grad gegenüber der geometrischen bzw. optischen Achse vorgenommen, um etwas Druck auf das hintere Kapselblatt auszuüben. Dies soll gewährleisten, dass das Kapselblatt glatt auf der Intraokularlinse aufliegt und keine Falten bildet. So kann die optische Qualität verbessert werden. Damit soll auch die Wirkung der Optikkante verstärkt werden; dies dient zur Reduktion des so genannten Nachstars. Die Lage des Linsenäquators und der Äquatorebene, in der die Haptik der Intraokularlinse liegt, bleibt jedoch weiterhin ein Kriterium für die Lage der Intraokularlinse im operierten Auge.
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Da die natürliche Augenlinse mit dem eng anliegenden Kapselsack zum grossen Teil durch die Iris abgedeckt und der aüsserste Rand der Augenlinse, der den Linsenäquator bestimmt, nicht sichtbar ist, kann dessen Lage biometrisch nicht direkt gemessen werden. Um die Brechstärke für die einzusetzende Intraokularlinse zumindest annähernd bestimmen zu können, werden die oben erwähnten Näherungsformeln mit den A-Konstanten verwendet, die aufgrund von Erfahrungen aufgestellt wurden. Diese liefern mehr oder minder genaue Schätzwerte für die Brechkraft, die aber nicht durch Messungen bestimmt sind. Die Schätzwerte können zu einer relativ grossen postoperativen fehlerhaften Brechkraft (Fehlrefraktion) des operierten Auges führen, dem sog. „Refractive Surprise”. Solche Fehlrefraktionen, die in der Regel bei +/–0,5 Dioptrien liegen und bis zu 2 Dioptrien betragen können, sind auch für eine etwaige spätere Brillenanpassung nachteilig, wenn das gewünschte Ziel hinsichtlich der Sehschärfe und des Sehvermögens nicht erreicht wurde, wenn etwa die Dioptriewerte für die Augen unterschiedlich sind. Dies wurde bereits in mehreren klinischen Untersuchungen und Studien publiziert; vgl. etwa K. Ravi, S. Senthil, V. Pesala, Refractive surprise following implantation of correct powered intraocular lens, Int. Ophtalmol, December 2012.
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Die Kenntnis der Lage des Linsenäquators der natürlichen Augenlinse im Auge ist demnach von entscheidender Bedeutung für eine exakte optische Berechnung der Brechkraft der Intraokularlinse.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem der Linsenäquator bzw. die Äquatorebene, in der die implantierte Intraokularlinse postoperativ liegt, exakt bestimmbar ist, sodass die Brechkraft der zu implantierenden Intraokularlinse und die gewünschte postoperative Brechkraft des Auges mathematisch anhand bekannter optischer Gesetze genau berechnet werden kann. Damit kann das gewünschte postoperative Ergebnis erreicht werden.
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Diese Aufgabe ist gemäss der Erfindung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Demnach wird
- – mit einem bildgebenden Verfahren der Verlauf der vorderen und hinteren Kontur der natürlichen Augenlinse bzw. des umhüllenden Kapselsacks dargestellt bzw. zumindest teilweise bestimmt und, bevorzugt rechnerisch, zum Gesamtverlauf extrapoliert; und
- – biometrisch ein Parameter vermessen, der auch in dem bildgebenden Verfahren erfasst bzw. dargestellt ist; dies kann z. B. die Linsendicke sein;
- – Des Weiteren werden die Dimensionen bzw. Dimensionswerte für den gemeinsamen Parameter in den beiden Verfahren auf die gleiche Grössenordnung skaliert.
- – Mit den skalierten Werten wird die Lage der Schnittpunkte des vorderen und hinteren Verlaufs der Kontur der natürlichen Augenlinse und damit die Lage des Linsenäquators bestimmt.
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Gemäss der Erfindung werden zwei an sich bekannte Verfahren miteinander kombiniert: Die biometrische Vermessung des Auges und die bildliche Darstellung des Auges, wobei die bildliche Darstellung zweidimensional sein kann.
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Durch eine Kombination der beiden Verfahren kann gemäss der Erfindung die Brechkraft der einzusetzenden Intraokularlinse und die postoperative Brechkraft des Auges mit der implantierten Intraokularlinse exakt nach optischen Formeln berechnet werden, was bisher nicht möglich, und auch nicht angedacht war.
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Das Verfahren kann z. B. so ausgeführt werden:
dass biometrisch die Dicke der natürlichen Augenlinse oder zumindest ein Parameter für die Lage der natürlichen Augenlinse im Auge in Bezug zu der optischen bzw. geometrischen Achse bestimmt werden;
dass mit dem bildgebenden Verfahren der durch die Öffnung der Iris sichtbare Verlauf der vorderen und hinteren Linsenoberfläche des natürlichen Auges erfasst und rechnerisch bis zu den Schnittpunkten mit dem jeweilig anderen Verlauf extrapoliert wird;
dass die Distanz zwischen den Schnittpunkten dieser Verläufe mit der optischen/geometrischen Achse und die gemessene Linsendicke anschliessend auf die gleiche Grössenordnung skaliert werden, die durch die gemessenen Parameter vorgegeben ist;
dass der sichtbare Verlauf der vorderen und hinteren Linsenoberfläche für jeden Verlauf mit dieser Skalierung bis zu den Schnittpunkten mit dem jeweils anderen Verlauf durch Extrapolieren verlängert wird; und
dass durch die Verbindungen von der optischen Achse gegenüberliegenden Schnittpunkten die Äquatorebene bestimmt wird.
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Die Lage des Schnittpunkts der Äquatorebene mit der optischen Achse kann aufgrund dieser Daten exakt berechnet werden. Gemeinsam mit den gemessenen Parametern kann die postoperative Lage der implantierten Intraokularlinse exakt bestimmt werden. Ebenso wird die Brechkraft der einzusetzenden Intraokularlinse anhand von bekannten optischen Formeln berechnet, sodass postoperativ das gewünschte Ergebnis des operierten Auges in Dioptrien für beide Augen erreicht wird.
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Mit einem bekannten bildgebenden Verfahren werden z. B. in einem sog. B-Scan in einem zweidimensionalen Bild des Auges die vorderen und hinteren gekrümmten Flächen der Hornhaut- und der Augenlinse sowie die Netzhaut abgebildet. Der Linsenäquator kann mit diesem bildgebenden Verfahren nicht dargestellt werden, da die Iris den äusseren Bereich der Augenlinse wie eine Blende abschirmt.
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Über eine softwaretechnische Simulation mithilfe eines Extrapolationsverfahrens werden die dargestellten Krümmungsverläufe der vorderen und hinteren Linsenoberfläche sowie ein biometrisch gemessener Parameter, bevorzugt die Linsendicke, auf die gleiche Grössenordnung skaliert. Der Verlauf jeder dargestellten Linsenoberfläche wird bis zu den Schnittpunkten mit dem anderen Verlauf oberhalb und unterhalb der optischen Achse bevorzugt rechnerisch extrapoliert und berechnet. Damit ist die Gesamtgeometrie des Auges dimensionsmässig festgelegt.
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Als bildgebende Verfahren können neben dem erwähnten zweidimensionalen Verfahren auch Ultraschall-, Laser- oder Scheimpflug-Verfahren verwendet werden, ferner die Magnetresonanztomographie, die Phakometrie mit Darstellung der Purkjniebilder oder die optische Kohärenztomographie. All diese bildgebenden Verfahren sind bekannt.
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Das Verfahren gemäss der Erfindung wird anhand der einzigen Figur näher erläutert, in der ein Teilquerschnitt eines Auges mit einer natürlichen Augenlinse gezeigt ist.
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In der Figur ist eine natürliche Augenlinse 1 in einem eng anliegenden Kapselsack gezeigt. Durch das Zentrum der Linse verläuft die optische Achse 2. Die Augenlinse 1 weist eine vordere gekrümmte Fläche 3 sowie eine hintere gekrümmte Fläche 4 auf. Die vordere Fläche 3 hat einen Radius r1, die hintere Fläche einen Radius r2, wobei beide Radien auf der optischen Achse 2 beginnen. Die Augenlinse 1 hat längs der optischen Achse 2 eine Linsendicke LD.
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Schematisch sind ferner dargestellt die Iris 5 sowie die Hornhaut 6.
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Mit einem biometrischen Verfahren werden in einem A-Scan die Hornhautdicke HD, die Vorderkammertiefe VKT, das ist der Abstand zwischen der Rückseite der Hornhaut und der Vorderseite der Augenlinse bzw. des Kapselsackes, und die Linsendicke LD längs der optischen Achse 2 bestimmt.
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Mit einem bildgebenden Verfahren erhält man in einem B-Scan ein zweidimensionales Bild des Auges, auf dem die Krümmungen der Vorder- und Rückfläche der Hornhaut sowie die Vorder- und Rückfläche der Linse und auch, hier nicht dargestellt, die Netzhaut erkennbar sind. Sichtbar von der vorderen Fläche und der hinteren Fläche der Intraokularlinse 1 sind nur die nicht von der Iris 5 abgedeckten, in der Figur durchgehend gezeichneten Bereiche 11 und 12. In einer rechnerischen Simulation wird durch Extrapolieren der Verlauf der vorderen und der hinteren Fläche der Augenlinse vervollständigt, was durch die gestrichelten Bereiche 13 und 14 dargestellt ist. Durch eine Skalierung SK wird die bildlich dargestellte Distanz zwischen der vorderen und der hinteren Linsenoberfläche in der Grössenordnung auf die gemessene Linsendicke LD abgestellt. Durch diese Skalierung können die Lagen der Schnittpunkte S1 und S2 der vorderen und hinteren Linsenflächen dimensionsmässig bestimmt werden. Die Gesamtheit der Verbindungslinien zwischen jeweils zwei Schnittpunkten auf gegenüberliegenden Seiten der optischen Achse 2 bildet die Äquatorebene E. Damit ist auch die Lage des Schnittpunktes S3 der Äquatorebene E mit der optischen Achse 2 bestimmbar, der einen Abstand X von der Vorderseite der Linse bzw. des Kapselsackes hat.
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Diese Berechnungen, die auf einfache Weise mithilfe eines Computers ausgeführt werden können, ermöglichen die exakte Bestimmung der Lage des Linsenäquators bzw. der Äquatorebene in der die implantierte Intraokularlinse zu liegen kommt. Die Brechkraft der Intraokularlinse und die gewünscgte Brechkraft des operierten Auges können dann nach allgemein bekannten optischen Gesetzen exakt berechnet werden.
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Die Darstellung in der Figur ist geringfügig idealisiert: die Schnittpunkte S1 und S2 zwischen der vorderen und der hinteren Linsenfläche laufen in der Realität natürlich nicht spitz aufeinander zu, sondern sind bei der natürlichen Augenlinse abgerundet, wie dieses mit 16 angedeutet ist. Die Bestimmung der Lage des Linsenäquators E wird jedoch dadurch praktisch nicht beeinflusst.
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Die erwähnten biometrischen Messungen können z. B. mithilfe von kleinen Ultraschallgeräten oder Lasergeräten ausgeführt werden, mit denen die Vorderkammertiefe, die Linsendicke und die Gesamtlänge des natürlichen Auges ermittelt werden. Die Messungen können sowohl im direkten Kontaktverfahren oder im sog. NonContact-Verfahren mit Vorlaufstrecke der verwendeten Ultraschallsonde erfolgen.
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Das bildgebende Verfahren kann mit dem genannten B-Scan erreicht werden, mit dem ein zweidimensionales Bild des Auges erstellt wird. Auf diesem Bild sind die Konturen bzw. Krümmungen der Hornhautvorderfläche und der Hornhautrückfläche, der Vorder- und Rückfläche der Augenlinse sowie die Netzhaut zu erkennen. Die Auswertung der durch das bildgebende Verfahren gesammelten Daten erfolgt in einem Rechner über eine geeignete softwaretechnische Simulation sowie eine Skalierung.
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Für das bildgebende Verfahren können andere Verfahren und Korrekturverfahren angewandt werden, so z. B. ein Verfahren nach Scheimpflug. Dieses Prinzip kommt in einer erweiterten Funktion in der Ophtalmologie bei diversen Diagnosegeräten zur Anwendung zur Darstellung und Vermessung des vorderen Augenabschnittes. Der Linsenäquator kann hierbei aufgrund der Abschattung der Augenlinse durch die Iris nicht reproduzierbar dargestellt werden. Dies erfolgt erst durch die beschriebene softwaretechnische Simulation.
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Als bildgebendes Verfahren kann auch die Magnetresonanztomographie oder die Phakometrie angewendet werden. Bei der Phakometrie handelt es sich um ein Verfahren, welches zur Messung der Brechstärke der Linse, deren Verkippung (Tilt) und Dezentration entwickelt wurde. Des Weiteren wurde hiermit versucht, die Akkomodation der natürlichen und der Intraokularlinse zu messen. Bei dem Verfahren werden mittels zweier Kameras und lichtemittierender Dioden die sog. Purkjniebilder der vorderen und hinteren Grenzfläche der Augenlinse bzw. des Kapselsackes gemessen und deren Krümmung berechnet.
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Schliesslich kann auch die optische Kohärenztomographie verwendet werden. Diese Verfahren sind bereits etablierte Diagnoseverfahren und finden in anderen Bereichen der Augendiagnostik Anwendung. Die Technologie beruht auf dem Prinzip des Michelson-Interferometers. Hierbei werden eine elektromagnetische Welle, deren Interferenz sowie die Streuungseigenschaften von Materialien oder Geweben genutzt. Da biologisches Gewebe in der Struktur nicht homogen ist, weist das Gewebe unterschiedliche optische bzw. akustische Dichten auf, die unterschiedlichen Brechungsindices entsprechen. Durch die Detektion der reflektierten elektromagnetischen Wellen werden die zurück kommenden Signale aufgefangen, umgewandelt und zur Bilddarstellung verwendet. Dieses Prinzip ähnelt einer Ultraschalluntersuchung.
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Die Erfindung ist jedoch nicht beschränkt auf die genannten bildgebenden Verfahren oder die genannten biometrischen Messungen.
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Mittels der bildgebenden Verfahren kann in Verbindung mit biometrisch gemessenen Werten der Linsenäquator bzw. die Äquatorebene und deren Verkippung gegenüber der optischen Achse ermittelt werden, sodass die postoperative Lage der implantierten Intraokularlinse exakt bestimmt werden kann Mit den gemessenen und simulierten Werten kann die postoperative Brechstärke der Intraokularlinse und des operierten Auges exakt ermittelt werden, ohne dass irgendwelche Konstanten, andere Hilfsmittel oder Abschätzungen notwendig sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- http://www.augenklinik.uni-wuerzburg.de/ulib/c1.htm [0005]
- P-R. Preussner, Cataract & Refractive Surgery Today Europe, Mai 2012 [0006]
- K. Ravi, S. Senthil, V. Pesala, Refractive surprise following implantation of correct powered intraocular lens, Int. Ophtalmol, December 2012 [0010]
