DE102015209886A1 - Verfahren zur Auswahl einer in ein Auge zu implantierenden Intraokularlinse - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswahl einer in ein Auge zu implantierenden Intraokularlinse (kurz: IOL), bei der die Auswahl auf einem nicht-paraxialen Ansatz basiert.
Bei dem erfindungsgemäßen, auf einem Raytracing-Verfahren mit einem vereinfachten, zentrierten optischen System basierenden Verfahren zur Auswahl einer in ein Auge zu implantierenden Intraokularlinse werden neben den präoperativ gemessenen biometrischen Werten, die effektive Linsenposition des entsprechenden Auges und die optische Übertragungsfunktion der IOLs verwendet, die für einen standardisierten Abstand hinter der Äquatorebene der IOL berechnet ist.
Das vorgeschlagene, auf einem Raytracing-Verfahren basierende Verfahren dient der Auswahl einer in ein Auge zu implantierenden Intraokularlinse, wobei es für sphärische, asphärische, torische und multifokale IOL gleichermaßen geeignet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswahl einer in ein Auge zu implantierenden Intraokularlinse (kurz: IOL), bei der die Auswahl auf einem nicht-paraxialen Ansatz basiert.
  • 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.
  • Die Auswahl bzw. Anpassung der optimalen, Intraokularlinse (IOL) erfolgt hierbei ausschließlich nach deren Merkmalen, wie beispielsweise Typ, Brechkraft, Aspherizität und Multifokalität.
  • 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.
  • Die zurzeit am weitesten verbreitete Berechnungsmethode sind sogenannte IOL-Formeln, z. B. nach Holladay, Hoffer, Binkhorst, Colenbrander, 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 und
    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 Eingangsgröße sind.
  • 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.
  • Die genannten Berechnungsmethoden basieren auf einem paraxialen Ansatz, d. h. auf einer Optik erster Ordnung. Bei dieser Vereinfachung der geometrischen Optik werden nur Lichtstrahlen betrachtet, die mit der optischen Achse kleine Winkel bilden und kleine Abstände von ihr haben, wodurch sich für die Berechnung der durch das System gehenden Lichtstrahlen lineare Formeln ergeben. Paraxiale Strahlen können außer der chromatischen Aberration keine Abbildungsfehler verursachen, d. h. dass bei Verwendung monochromatischen Lichts selbst diese Fehler ausscheiden.
  • Die aktuellen, auf dem paraxialen Ansatz basierenden Berechnungsformeln gehen zusätzlich von einer Reihe vereinfachender Annahmen aus:
    • • So werden die Aspherizität und Aberrationen höherer Ordnung der Hornhaut nicht berücksichtigt,
    • • die hintere Hornhautkrümmung von der vorderen Krümmung lediglich als sogenanntes Gullstrand-Verhältnis abgeleitet und
    • • die Brechkraft der IOL über dessen gesamten Leistungsbereich konstant ist.
  • Diese Vereinfachungen und Annahmen wirken sich insbesondere bei der Auswahl asphärischer, multifokaler und torischer IOL nachteilig aus und können zu einer nicht optimalen oder gar fehlerhaften Auswahl bei der zu implantierenden IOL führen.
  • Eine alternative Methode zur Verbesserung der Genauigkeit der Auswahl einer in ein Auge zu implantierenden IOL, ist das sogenannte 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.
  • 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.
  • Während von P.-R. Preussner und anderen [1] ein Vergleich zwischen der Verwendung von Raytracing-Methoden und IOL-Formeln vornimmt, wird in [2] auf ein Berechnungsmodell näher eingegangen, 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.
  • Eine weitere, auf dem Raytracing basierende Methode zur Berechnung der exakten Geometrie kundenspezifischer IOLs für pseudophake Augen wird von J. Einighammer u. a. in [3] beschrieben. Dabei wird ein individuelles Berechnungsmodell anhand von Messungen konstruiert. Beim Optimierungsprozess, in den die Geometrie der kundenspezifischen IOL einbezogen wird, wird mittels sogenanntem „Real Raytracing” das Minimum der Wellenfront-Fehler gesucht.
  • Von L. N. Thibos u. a. wurde in [4] untersucht, inwieweit sich die Verwendung unterschiedlichen Metriken, wie beispielsweise Pupillenebene- oder Bildebenen-Metriken, auf die Genauigkeit und Präzision der Vorhersage der Ergebnisse der Wellenfrontaberrationen auswirkt. Dabei hat sich einerseits herausgestellt, dass es durchaus Unterschiede in der Präzision der Vorhersage gibt, dass sich andererseits jedoch die Genauigkeit aller Methoden durch die Korrektur der systematischen Verzerrung verbessert lässt.
  • Zusätzlich zum IOL-Brechwert, können bestimmte Kenngrößen, wie Aspherizität oder Torizität der Hornhaut Indikationen für bestimmte IOLs geben. Im Fall von sogenannten Premium-IOLs kann sich der Chirurg nach Abklärung mit dem Patienten für IOLs, wie z. B. Multifokallinsen entscheiden, welche besondere Sehaufgaben erfüllen. Solche IOLs sollen es dem Patienten ermöglichen, Sehaufgaben im Fern und Nahbereich, auch ohne zusätzliche Sehhilfe, durchzuführen. Wie letztlich die in den individuellen Augen verwendeten IOLs die an sie gestellten Anforderungen erfüllen, ist von vielen Faktoren, wie beispielsweise der Optik der Hornhaut, der Implantationstechnik, dem optischen oder mechanischen Design der IOL, der Pathologien des Auges usw., abhängig.
  • Das grundlegende Problem bei dem Raytracing ist, dass IOL-Hersteller in der Regel nicht bereit sind, die für eine Strahlverfolgungsberechnung erforderlichen Konstruktionsdaten ihrer IOLs zu offenbaren. Dies gilt insbesondere für innovative Linsentypen, wie beispielsweise asphärische, multifokale und torische Intraokularlinsen, für die auf der anderen Seite ein Raytracing-Ansatz einen besonders hohen Nutzen hätte.
  • Literatur:
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde Daten für die IOLs zu verwenden, die auf der einen Seite für ein Raytracing geeignet und ausreichend sind und auf der anderen Seite eine Rekonstruktion der Konstruktionsdaten der IOLs verhindern. Dies gilt insbesondere für Konstruktionsdaten, wie beispielsweise Krümmungen, Aspherizitäten, Mittendicke und Refraktionsindex. Die Auswahl der zu implantierenden IOL soll dadurch vereinfacht und das Ergebnis des refraktiven Eingriffs am Auge verbessert werden.
  • Diese Aufgabe wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Auswahl einer in ein Auge zu implantierenden Intraokularlinse mit Hilfe eines Raytracing-Verfahrens, welches auf einem vereinfachten, zentrierten optischen System basiert, dadurch gelöst, dass für das Raytracing-Verfahren die präoperativ gemessenen biometrischen Werte und die effektive Linsenposition des entsprechenden Auges und die optische Übertragungsfunktion der IOLs verwendet werden, die für einen standardisierten Abstand hinter der Äquatorebene der IOL berechnet ist.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Das vorgeschlagene, auf einem Raytracing-Verfahren basierende Verfahren dient der Auswahl einer in ein Auge zu implantierenden Intraokularlinse, wobei es für sphärische, asphärische, torische und multifokale IOL gleichermaßen geeignet ist.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
  • Bei dem erfindungsgemäßen, auf einem Raytracing-Verfahren mit einem vereinfachten, zentrierten optischen System basierenden Verfahren zur Auswahl einer in ein Auge zu implantierenden Intraokularlinse werden neben den präoperativ gemessenen biometrischen Werten, die effektive Linsenposition des entsprechenden Auges und die optische Übertragungsfunktion der IOLs verwendet, die für einen standardisierten Abstand hinter der Äquatorebene der IOL berechnet ist.
  • Die optische Übertragungsfunktion (englisch: optical transfer function, kurz: OTF) beschreibt in diesem Fall die Abbildungs- bzw. Wiedergabequalität jeder einzelnen IOL. Sie stellt eine Gütefunktion für die bilderzeugenden Eigenschaften eines optischen Systems, in diesem Fall der IOL dar. Sie kann einerseits sowohl aus den geometrischen Bildfehlern und der die Pupille begrenzenden Apertur, als auch aus den Konstruktionsdaten für verschiedene Parameter berechnet und andererseits mithilfe verschiedener Messverfahren bestimmt werden.
  • Die OTF ist eine komplexe Funktion, deren Betrag die Modulationsübertragungsfunktion (englisch: modulation transfer function, kurz: MTF) und deren Argument die Phasenübertragungsfunktion (englisch: phase transfer function, kurz: PTF) von Leuchtdichte- oder Beleuchtungsstärkeverteilungen verschiedener Periodenlänge ist. Das Verhältnis der Modulation im Bild zu der im Objekt wird als Modulationsübertragungsfaktor (MTF) bezeichnet. Die OTF kann aber auch als Fourier-Transformierte der Intensitätsverteilung eines Punktbildes betrachtet werden.
  • Die optische Übertragungsfunktion (OTF) wird für einen standardisierten (bekannten) Abstand hinter der Äquatorebene der IOL berechnet. Erfindungsgemäß liegt dieser Abstand in einem Bereich von 5 bis 10 mm hinter der definierten Äquatorebene der IOL.
  • Für das Raytracing-Verfahren werden neben den optischen Übertragungsfunktionen der in Frage kommenden IOLs die präoperativ gemessenen biometrischen Werte und die effektive Linsenposition verwendet. Dazu ist es erforderlich, dass die optische Übertragungsfunktion der IOLs für einen (bekannten) standardisierten Abstand hinter der Äquatorebene der IOL berechnet ist.
  • Erfindungsgemäß werden für das Raytracing-Verfahren die biometrischen Werte: axiale Länge, Topographie und Dicke der Hornhaut, vorzugweise auch die Krümmung der Hornhautrückseite verwendet.
  • Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn für das Raytracing-Verfahren statt der effektiven Linsenposition die vorhergesagte tatsächliche Linsenposition verwendet wird. Hierzu existieren im bekannten Stand der Technik Lösungsvorschläge von Norrby, Olsen und Bissmann.
  • Sind sowohl die präoperativ gemessenen biometrischen Werte, die effektive oder tatsächliche Linsenposition des entsprechenden Auges und die optische Übertragungsfunktionen der verwendbaren IOLs bekannt, kann mit dem Raytracing-Verfahren die Auswahl der in ein Auge zu implantierenden Intraokularlinse erfolgen.
  • Das Raytracing kann dabei sowohl durch eine Strahlverfolgung aus dem Unendlichen als auch einem endlichen Objektabstand erfolgen. Dabei sind die Strahlen auch ein Maß für den vorhergesagten Wellenfrontfehler für die Kombination des entsprechenden Auges und der auszuwählenden IOL.
  • Gemäß einer vereinfachten Variante des erfindungsgemäßen Verfahren werden für das Raytracing-Verfahren statt der optischen Übertragungsfunktion der IOLs Daten verwendet, die Sätze von Eingangs- und Ausgangsstrahlen folgender Form beinhalten: {hi; tan(φi)}m {hi'; tan(φi')}m in denen
    • hi
    – der Höhe (Abstand) der Strahlen von der optischen Achse,
    tan(φi)
    – dem Winkel zwischen den Strahlen und der optischen Achse,
    i
    – der Anzahl der Strahlen auf einem Halbmeridian und
    m
    – der Anzahl der Bildweiten von der Bezugsebene entsprechen,
    wobei die Daten auf einem (bekannten) standardisierten Brechungsindex nV für den Glaskörper des Auges und der Annahme basieren, dass die Referenzebene der Äquatorebene der IOL bzw. der Einschubebene der Haptik entspricht.
  • Entsprechend einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung werden Höhen zwischen 0 und 5 mm berücksichtigt, wobei die Anzahl der Strahlen auf einem Halbmeridian i = 5, bevorzugt i = 10 und besonders bevorzugt i > 15 beträgt.
  • Entsprechend einer zweiten vorteilhaften Ausgestaltung werden Bildweiten zwischen 17 mm und 23 mm berücksichtigt, wobei die Anzahl der Bildweiten m = 3, bevorzugt m = 5 und besonders bevorzugt m > 10 beträgt.
  • Erfindungsgemäß werden für das Raytracing-Verfahren bei sphärischen und asphärischen IOL mindestens ein, vorzugsweise jedoch mehrere solcher Datensätze verwendet werden.
  • Im Gegensatz dazu sind das Raytracing-Verfahren bei torischen IOL mindestens zwei, vorzugsweise jedoch mehrere solcher Datensätze erforderlich, wobei Datensätze der beiden Hauptmeridiane, d. h. des steilsten und des flachsten Meridians enthalten sein müssen.
  • Vorteilhafter Weise können nicht zur Verfügung gestellte Bildweiten durch Interpolation vervollständigt werden.
  • Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird ein Verfahren zur Auswahl einer in ein Auge zu implantierenden Intraokularlinse zur Verfügung gestellt, welches auf einem Raytracing-Verfahren mit vereinfachten, zentrierten optischen System basiert. Dabei werden für das Raytracing-Verfahren die präoperativ gemessenen biometrischen Werte, die effektive Linsenposition des entsprechenden Auges und die optische Übertragungsfunktionen der IOLs verwendet, die für einen standardisierten Abstand hinter der Äquatorebene der IOL berechnet sind.
  • Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht sowohl eine vereinfachte Auswahl der zu implantierenden IOL als auch ein verbessertes Ergebnis des refraktiven Eingriffs am Auge.
  • Die für jede IOL ermittelte OTF ist zum einen für ein Raytracing geeignet und ausreichend, zum anderen lassen sich die Konstruktionsdaten des IOL-Designs aufgrund der Komplexität der OTF nicht rekonstruieren.
  • Es sollte rechnerisch unmöglich sein die Konstruktionsdaten der aus zwei Brechungsflächen bestehenden IOL zu rekonstruieren, selbst wenn der Brechungsindex des Materials und die Mittendicke der IOL bekannt sind, da eine inhärente Mehrdeutigkeit bleibt.
  • Es wird deshalb davon ausgegangen, dass die Hersteller von IOLs bereit sind für jede ihrer IOL die entsprechende OTF in einem standardisierten Format zur Verfügung zu stellen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • P.-R. Preussner und anderen [0013]
    • J. Einighammer u. a. [0014]
    • L. N. Thibos u. a. [0015]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Auswahl einer in ein Auge zu implantierenden Intraokularlinse mit Hilfe eines Raytracing-Verfahrens, welches auf einem vereinfachten, zentrierten optischen System basiert, dadurch gekennzeichnet, dass für das Raytracing-Verfahren die präoperativ gemessenen biometrischen Werte, die effektive Linsenposition des entsprechenden Auges und die optische Übertragungsfunktionen der IOLs verwendet werden, die für einen standardisierten Abstand hinter der Äquatorebene der IOL berechnet sind.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für das Raytracing-Verfahren die biometrische Werte: axiale Länge, Topographie und Dicke der Hornhaut und vorzugweise auch die Krümmung der Hornhautrückseite verwendet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für das Raytracing-Verfahren statt der effektiven Linsenposition die vorhergesagte, tatsächliche Linsenposition verwendet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der für die optische Übertragungsfunktionen der IOLs verwendete standardisierte Abstand zwischen 5 und 10 mm hinter der Äquatorebene liegt und bekannt ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für das Raytracing-Verfahren statt der optischen Übertragungsfunktionen der IOLs Daten verwendet werden, die Sätze von Eingangs- und Ausgangsstrahlen folgender Form beinhalten: {hi; tan(φi)}m {hi'; tan(φi')}m in denen hi – der Höhe (Abstand) der Strahlen von der optischen Achse, tan(φi) – dem Winkel zwischen den Strahlen und der optischen Achse, i – der Anzahl der Strahlen auf einem Halbmeridian und m – der Anzahl der Bildweiten von der Bezugsebene entsprechen, wobei die Daten auf einem (bekannten) standardisierten Brechungsindex nV für den Glaskörper des Auges und der Annahme basieren, dass die Referenzebene der Äquatorebene der IOL bzw. der Einschubebene der Haptik entspricht.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Höhen zwischen 0 und 5 mm berücksichtigt sind, wobei die Anzahl der Strahlen auf einem Halbmeridian i = 5, bevorzugt i = 10 und besonders bevorzugt i > 15 beträgt.
  7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Bildweiten zwischen 17 mm und 23 mm berücksichtigt sind, wobei die Anzahl der Bildweiten m = 3, bevorzugt m = 5 und besonders bevorzugt m > 10 beträgt.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für das Raytracing-Verfahren bei sphärischen und asphärischen IOL mindestens ein, vorzugsweise jedoch mehrere solcher Datensätze verwendet werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für das Raytracing-Verfahren bei torischen IOL mindestens zwei, vorzugsweise jedoch mehrere solcher Datensätze verwendet werden, wobei Datensätze der beiden Hauptmeridiane enthalten sein müssen.
  10. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nicht zur Verfügung gestellte Bildweiten durch Interpolation vervollständigt werden.
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Thibos, L. N., u. a.; „Accuracy and precision of objective refraction from wavefront aberrations", Journal of Vision (2004) 4, 329–351

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