04_ April 2005

INFO
GALIFA CONTACTLINSEN AG
GALIFA News im April 2005
Wave Front - Wo stehen wir?
Wie die meisten wellenbrechenden Flächen oder optischen Systeme ist auch das menschliche Auge mit Aberrationen
behaftet, welche das Auflösungsvermögen und die Netzhautbildqualität beeinflussen. Zu den Abbildungsfehlern niedriger Ordnung gehören sphärische und zylindrische Fehlsichtigkeiten, die in der Brillenrefraktion ermittelt und mit
Brillengläsern oder Contactlinsen korrigiert werden können. Zu den Abbildungsfehlern höherer Ordnung gehören
neben der sphärischen Aberration, chromatische, dezentrische und diffraktive Aberrationen. Diese Abbildungsfehler
höherer Ordnungen werden als Aberrationen bezeichnet. Ähnlich wie bei der Berechnung des Astigmatismus
(Gesamtastigmatismus = Hornhautastigmatismus + Innerer Astigmatismus) erhält man bei der Berechnung von
Aberrationen die Gleichung, dass die gesamte okuläre Aberration die Summe der Aberrationen verursacht durch die
Hornhaut-Vorderfläche plus den inneren Aberrationen ist. In der Literatur findet man Angaben, dass im Allg. die
Cornea für 70-80% der Gesamtaberrationen des Auges verantwortlich ist. Ursache der Aberrationen höherer Ordnung
sind entweder Krümmungsfehler oder Unebenheiten im optischen System. Durch verschiedene Kompensationsmechanismen des Auges werden diese Aberrationen teils minimiert und werden somit beim Sehen nicht wahrgenommen.
Wellenfrontaberration
Gemessen werden Aberrationen höherer Ordnungen
durch sog. Wellenfronten.
Eine Wellenfront ist eine Fläche konstanter Phase des
Lichtfeldes. Durch Krümmungsfehler oder Unebenheiten
im optischen System wird die Wellenfront deformiert. Die
Abweichung der idealen zur realen Wellenfrontaberration
ist das Mass für die Aberration und wird als Wellenfrontaberration bezeichnet.
Wellenfront vor
der Brechung
Wellenfront nach
der Brechung
Eine ideale Hornhaut erzeugt eine ebene Wellenfront.
Dann haben die Lichtstrahlen die gleiche optische
Weglänge. Eine nicht ideale Hornhaut ändert die
Lichtwege und erzeugt daher Unterschiede in der idealen
zur realen Wellenfront (optical path difference, OPD), s.
Skizze. Diese lokalen Wellenfrontneigungen, die durch
Aberrationen des menschlichen Auges verursacht werden, können heutzutage mit unterschiedlichen Messvorrichtungen gemessen werden.
Einige Videokeratographen besitzen ein Softwaremodul
zur Auswertung und Betrachtung der Abbildungsfehler
des Auges (z.B. Keratron Scout). Diese Geräte messen nur
die Aberrationen der Hornhautvorderfläche, bzw. des auf
der Hornhautvorderfläche befindlichen Tränenfilms.
Innere Aberrationen werden bei diesen Darstellungen der
Fehler nicht berücksichtigt.
Exaktere Ergebnisse liefert die Aberrometrie mit einem Hartmann-Shack-Sensor. Vereinfacht gesagt wird hierzu ein
Laserstrahl durch die Mitte der Augenpupille auf die Netzhaut projiziert und von dort reflektiert. Ist das vermessene
Auge mit Abbildungsfehlern behaftet, so verlässt eine deformierte Wellenfront das Auge, wird von einer CCD-Kamera
aufgenommen und von der entsprechenden Software ausgewertet. Dargestellt werden die Abbildungsfehler meist
graphisch in einer zweidimensionalen Funktion, den sog. Zernike Polynomen oder über einen mathematischen Wert,
der mit HORMS bezeichnet wird. HORMS ist die Abkürzung für "higher order root mean square" und ist der Wert für die
mittlere Stärke aller Aberrationen.
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Die unabhängig vom Gerät ermittelten Messwerte höherer Aberrationen sind von verschiedenen Faktoren abhängig:
- Akkommodationszustand: Je nach Akkommodationszustand erhält man bei der Ermittlung der Gesamtaberration
des menschl. Auges unterschiedliche Ergebnisse. Für die Praxis hat das zur Folge, dass Aberrationen nur für eine
bestimmte Entfernung korrigiert werden können.
- Pupillendurchmesser: Bei enger Pupille sind Abbildungsfehler höherer Ordnungen geringer als bei weiter Pupille.
(Blenden sind in der Geräteoptik Methoden zur Verringerung der sphärischen Aberration. Achsferne Strahlen werden dadurch ausgeblendet.) Aberrationen höherer Ordnungen können bei weiten Pupillen durchaus visuelle
Einbussen, die mit einem Refraktionsdefizit von +/-0.25 dpt vergleichbar sind, hervorrufen. Es werden unterschiedliche Aberrationen im Tages-, Dämmerungs- und Nachtsehen gemessen. Auch hier können Abbildungsfehler nur für
eine bestimmte Pupillenöffnung korrigiert werden.
In folgenden Abbildungen sind die Aberrationen eines Auges mit unterschiedlichen Pupillendurchmessern aufgelistet.
In der Spalte "Zernike" sind die Ordnungen der
Polynome, unter "Micron" die Abweichungen der Wellenlängen aufgelistet. Der Wert "Diopter" gibt die Abweichung in
dpt an. "Defocus" gibt die Sphäre, "Astigmatism" die Torizität an. Diese beiden Grössen sind Aberrationen niedriger
Ordnung.
Aberrationen eines Auges bei
Pupillendurchmesser 6.00 mm
Aberrationen des selben Auges bei
Pupillendurchmesser 4.00 mm
Aberrationen eines Keratokonus
- Tageszeitabhängig: Unterschiedliche Untersuchungen zeigen, dass während des Tages verschiedene Messwerte
resultieren. Aberrationen sind also auch abhängig von der Tageszeit.
- Altersabhängige Aberrationen: Streulicht bei Linsentrübungen sowie Glaskörperzersetzungen im Laufe des normalen Alterungsprozesses lassen Messwerte differieren. Die aktuellen Messwerte können also nur für einen bestimmten
Zeitraum korrigiert werden. Zu einem späteren Zeitpunkt sind sowohl die ermittelten Messwerte, als auch die erforderliche Korrektur unterschiedlich.
- Aufbau der Netzhaut: Jedes Auge weist eine physiologische Grenze der Sehschärfe auf, die sich aus der Anordnung
der Zapfen auf der Netzhaut ergibt. Wenn eine Netzhaut vorliegt, die keine hohe Zapfendichte aufweist, so wird eine
Korrektur der Aberrationen keinen besseren Visus bewirken, da die Netzhaut das verbesserte Bild nicht auflösen kann.
- Veränderungen des Auges: Irreguläre Astigmatismen (z.B. beim Keratokonus) zeigen sehr viel grössere Aberrationen
höherer Ordnung als ein "gesundes" Auge.
Korrketurmöglichkeiten der Aberrationen:
Es wird immer wieder diskutiert, inwiefern Aberrationen höherer Ordnungen, die ja vermeintlich durch
Kompensationsmechanismen des Auges ausgeglichen werden, tatsächlich Einfluss auf das Sehen haben. Mit Hilfe der
adaptiven Optik konnte nachgewiesen werden, dass durch die Korrektur von Aberrationen höherer Ordnung das
Kontrastsehen verbessert wurde.
Was bringt uns die Korrektur von Aberration höherer Ordnung in der Praxis?
Durch die Korrektur der Aberrationen höherer Ordnung verspricht man sich bessere Sehschärfen bis zu einem Visus von
2.00. Zukunftsvisionen errechnen sogar einen Visus von 4.0-5.0. Durch welche Korrekturmittel ist dies nun zu erreichen?
Brillengläser:
Es gibt Hersteller, die seit kurzem wellenfrontkorrigierte Brillengläser fertigen. Das Brillenglas wird zentral nach den
Wellenfronten korrigiert, d.h. dass bei zentrischem Durchblick wesentlich bessere Abbildungen resultieren und dadurch
eine bessere Sehschärfe erreicht wird. Bei nicht zentralem Durchblickspunkt ist die Visussteigerung jedoch nicht
gewährleistet. In der Praxis wurde bislang noch keine Brille gefunden werden, die gleichzeitig ästhetisch ansprechend
ist und nicht durch Rutschen die Durchblickspunkte ändert.
Refraktive Chirurgie:
Mit der sog. "wellenfrontgeführten Hornhautchirurgie" soll erreicht werden, dass Aberration höherer Ordnung durch die
Laserkorrektur teilweise korrigiert werden sollen und daher das Sehvermögen des menschlichen Auges gesteigert werden soll. Aufgrund den oben erwähnten anatomischen Voraussetzungen ist abzuleiten, dass auch eine Korrektur der
Aberrationen mit einer wellenfrontgeführten Hornhautchirurgie nur eine Korrektur für
a. bestimmte Entfernungen
b. altersabhängige anatomische Gegebenheiten
c. bestimmte Pupillendurchmesser ist.
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Im Vergleich zu früheren Verfahren, bei denen man noch keine wellenfrontgesteuerten Eingriffen vorgenommen und
durch den Eingriff Aberrationen höherer Ordnungen induziert hat, ist die heutige wellenfrontgesteuerte Chirurgie ein
Fortschritt bezüglich der Indizierung und Korrektur von Aberrationen.
In folgender Grafik sind die Hornhautaberration eines Auges prae- und postlasik dargestellt. Der Eingriff wurde nicht
nach einer wellenfrontgesteuerten Chirurgie durchgeführt, sondern nach den "normalen" Lasik-Methoden. Die sphärische Aberration hat zugenommen, während die Werte des Trefoil (dreistrahliger Astigmatismus) und die Coma abgenommen haben.
Prälasik, Pupille 6.00 mm
Postlasik, Pupille 6.00 mm
Korrektur mit Kontaktlinsen:
Die Industrie versucht schon seit einiger Zeit, aberrationskorrigierte Contactlinsen herzustellen.
Eine Möglichkeit ist die Gestaltung von standardisierten asphärischen Contactlinsen - Vorderflächen zur Korrektur der
sphärischen Aberration. Weitere Aberrationen wie Koma oder chromatische Fehler werden jedoch mit diesen
Vorderflächen nicht korrigiert. Die asphärische Vorderfläche ist einheitlich gestaltet und daher nicht nach den individuell gemessenen Aberrationen angefertigt. Ein weiterer Kritikpunkt ist, dass die Contactlinse für aus dem Unendlichen
kommende Strahlen korrigierend ist. Bei Abbildungen, die nicht im Unendlichen stehen ist diese asphärische
Vorderflächengeometrie wiederum nicht aberrationskorrigierend. Die Minimierung der sphärischen Aberration erfolgt
also für den Fernvisus.
In einer von GALIFA Contactlinsen AG durchgeführten Studie wurden 25 Träger formstabiler und 39 Träger weicher
Contactlinsen mit sphärische-Aberrations-korrigierten (sAk) Contactlinsen versorgt. Die Probanden wurden mit zwei
von der Rückfläche und Brechkraft identischen Contactlinsen – Paaren ausgerüstet. Ein Paar hatte eine asphärische
Vorderfläche zur Korrektur der sphärischen Aberration, das andere Paar die normale standardisierte
Vorderflächengeometrie.
Ergebnisse mit weichen sAk Contactlinsen
Ergebnisse mit RGP sAk Contactlinsen
In einer subjektiven Befragung der Weichlinsenträger wählten 52% die sAk Contactlinsen, 14% konnten sich nicht entscheiden und 34% wollten bei den "traditionellen"
Contactlinsen bleiben.
Bei den formstabilen Contactlinsen zeigten sich folgende
Ergebnisse: Bei der subjektiven Befragung gaben 74% der
RGP-Linsenträger an, die herkömmlichen Contactlinsen vorzuziehen. Lediglich 26% entschieden sich für die sAkContactlinsen. Gründe für die Ablehnung der sAkContactlinsen waren neben dem verschwommenen Sehen
direkt nach dem Lidschlag, die schlechtere Nahsehschärfe,
das unruhige Sehen, mehr Reflexe und Unschärfen bei
Dämmerungssehen, sowie vermehrte Halos.
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In einem Artikel über die "Korrektur der sphärischen Aberration mit weichen Contactlinsen" (Die Kontaktlinse, 03/2005)
schreibt Holger Dietze: "Sphärische Weichlinsen reduzieren die okuläre sphärische Aberration im myopischen Auge,
erhöhen diese jedoch im hypermetropen Auge, abhängig vom Pupillendurchmesser, von der Brechkraft der weichen
Contactlinse und von der individuellen okulären sphärischen Aberration. Sphärische-Aberrations-freie Contactlinsen
dagegen lassen die okuläre sphärische Aberration unverändert, weshalb Myope besser mit sphärischen weichen
Contactlinsen, Hypermetrope besser mit sphärisch-Aberrations-freien Contactlinsen korrigiert werden sollen."
Des Weiteren werden Versuche und Studien durchgeführt, bei denen die individuell gemessenen Aberrationen direkt
auf eine massgefertigte Contactlinsen - Vorderfläche durch eine Laserbearbeitung übertragen werden.
Dieses Verfahren setzt folgende Punkte voraus: Zum einen müssen die Aberrationen mit und ohne Contactlinsen
gemessen werden. Auch hier gilt, dass die in der Gebrauchssituation zu korrigieren Gesamtaberration sich aus den einzelnen Fehlern des menschlichen Auges und den Fehlern der Contactlinse zusammensetzen. Es müssen also genau
definierte Messlinsen aufgesetzt werden und darüber die Aberrationen höherer Ordnungen ermittelt werden. In einem
weiteren Schritt wird eine aberrationskorrigierte Contactlinse angefertigt, die genau der exakten Geometrie und
Profildicke wie die verwendete Messlinse entsprechen muss. Die Anordnung der Korrektur Aberrationen höherer
Ordnung auf der Contactlinse sind nicht rotationssymmetrisch, daher muss die aberrationskorrigierte individuell gefertigte Contactlinse in der gleichen Position sitzen, wie die Messlinse bei der Ermittlung der Werte. Dies setzt ein sicheres
Stabilisationsprinzip voraus. Die Contactlinse darf nicht zu sehr bewegen und muss ein konstantes Sitzverhalten aufweisen. Bei weichen Contactlinsen ist dies zu realisieren, formstabile Contactlinsen bewegen meist zu viel und verursachen sehr schwankende Seheindrücke. Es gibt jedoch Hersteller, die Studien mit formstabilen aberrationskorrigierten
Contactlinsen durchgeführt und vorgestellt haben.
Werden hydrophile Contactlinsen zur Aberrationskorrektur verwendet, so ist der Erfolg stark vom verwendeten
Contactlinsen- Material abhängig. Es ist bekannt, dass Contactlinsen während des Tragens auf dem Auge austrocknen und durch diese Austrocknung eine Geomterieänderung erfahren. Diese Geometrieänderung induziert wiederum Unterschiede zwischen den Aberrationen zum Zeitpunkt der Messung und der Tagesform der Contactlinse. Des
Weiteren kann das Tragen von Contactlinsen Einfluß auf die Physiologie der Hornhaut haben. Nur in geringstem Masse
sich ändernde Hornhautradien und – geometrien führen zu inkonstanten Messwerten der Aberrationen.
Fazit:
Studien haben gezeigt, dass der mittlere Wert aller gemessenen Aberrationen, der sog HORMS Wert (higher order
root mean square) mit sämtlichen oben erwähnten Korrektionsmitteln verringert werden konnte. Jedoch setzt sich
ein Mittelwert immer aus verschiedenen Komponenten zusammen, die im einzelnen stark voneinander abweichen können. Während der HORMS also nach der Korrektur zwar einen geringeren mathematischen Wert aufweisen kann, können Aberration höherer Ordnung durch die Korrektur verstärkt worden sein und je nach Situation
sogar Einbussen im Sehen hervorrufen.
Eine Korrektur Aberrationen höherer Ordnung kann immer nur für bestimmte Messsituationen erfolgen, die abhängig sind von der Akkommodation, vom Alter des Contactlinsenträgers, dem Pupillendurchmesser und von der
Sehentfernung. Aberrationen werden in Abhängigkeit der Ametropie vom Individuum stark unterschiedlich wahrgenommen und der Nutzen durch die einzelnen Anwender aberrationskorrigierter Systeme different eingestuft.
Mehr Erfolg versprechen customized gefertigte Contactlinsen, bei denen die individuell gemessenen
Aberrationen auf die Contactlinsen übertragen werden.
Literatur
"Lexikon der Optik", Spektrum – Akademischer Verlag
"Korrektur der sphärischen Aberration mit weichen Contactlinsen", Holger Dietze, Kontaktlinse 03/2005
"Wellenfrontgeführte HH-Chirurgie", Teil 1+2, Holger Dietze, DOZ 12/2004 / 1/2005
"Wirksamkeit von Vision Enhancern bei formstabilen und weichen Contactlinsen", Diplomarbeit von Stephany Filtzinger
"Eine populärwissenschaftliche Darstellung der Abbildungsfehler", Diplomarbeit Karin Spohn
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