Vergleich zur Messung des vorderen Augenabschnites
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Aus der Augenklinik im Universitätsklinikum Knappschaftskrankenhaus Bochum GmbH der Ruhr-Universität Bochum Direktor: Prof. Dr. med. H. B. Dick Vergleich zur Messung des vorderen Augenabschnittes (Hornhautdicke, Vorderkammertiefe und Linsendicke) anhand des Visante OCTs und des AC Masters Inaugural-Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades der Medizin einer Hohen Medizinischen Fakultät der Ruhr-Universität Bochum vorgelegt von Nina Julia Sou-Yon Boeckmann geboren in Berlin 2013 Dekan: Prof. Dr. K. Überla Referent: Prof. Dr. H.B. Dick Koreferent: Prof. Dr. K.P. Steuhl Tag der Mündlichen Prüfung: 20.05.2014 1 Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung ...................................................................................................... 8 1.1. Einführung .............................................................................................. 8 1.2. Bedeutung der Hornhautdickenmessung ............................................... 8 1.3. Bedeutung der Vorderkammertiefenmessung...................................... 11 1.4. Bedeutung der Linsendickenmessung ................................................. 11 1.5. Grundlagen........................................................................................... 13 1.5.1. Der vordere Augenabschnitt .............................................................. 13 1.5.2. Die Vorderkammertiefe...................................................................... 14 1.5.3. Die Hornhaut (Kornea)....................................................................... 14 1.5.4. Die Linse............................................................................................ 17 1.5.5. Die Bedeutung von kontaktlosen Biometriegeräten zur Bestimmung des vorderen Augenabschnitts ...................................................................... 20 2. Zielsetzung ................................................................................................. 22 3. Material und Methoden ............................................................................... 24 3.1. Einschlusskriterien................................................................................ 24 3.2. Ausschlusskriterien............................................................................... 24 3.3. Die Untersuchung................................................................................. 25 3.4. Die Messgeräte .................................................................................... 26 3.5. Statistische Analyse ............................................................................... 36 4. Ergebnisse.................................................................................................. 39 5. Diskussion .................................................................................................. 53 5.1. Vorteile des Visante OCTs ................................................................... 56 5.2. Nachteile des Visante OCTs ................................................................ 58 5.3. Vorteile des AC Masters....................................................................... 59 5.4. Nachteile des AC Masters .................................................................... 60 2 5.5. Gründe für signifikante Unterschiede zwischen den erhobenen Werten.. .............................................................................................................. 61 6. Zusammenfassung ..................................................................................... 62 7. Literaturverzeichnis..................................................................................... 66 8. Danksagung.................................................................................................... 9. Lebenslauf ...................................................................................................... 3 Abkürzungsverzeichnis % Prozent α Alpha β Beta γ Gamma & und µm Mikrometer µl Mikroliter Abb. Abbildung AC AC Master ACS anterior corneal surface ant. anterior ALS anterior lense surface bzw. beziehungsweise et al. et alii d.h. das heißt dpt Dioptrie DMEK Descemet Membrane endothelial keratoplasty DSAEK Descemet’s stripping automated endothelial keratoplasty ECCE extracapsular cataract extraction g Gramm HHD Hornhautdicke IgA Immunglobulin A ICCE intracapsular cataract extraction ICL implantierbare Kontaktlinse IOL Intraokularlinse LASIK Laser-In-Situ-Keratomileusis LC-Display liquid crystal Display LD Linsendicke LED light-emitting diode mm Millimeter Max Maximum M. ciliaris Musculus ciliaris 4 Min Minimum N Anzahl OCT Visante OCT o.g. oben genannt OLCR Optical Low Coherence Reflectometry PCS posterior corneal surface PLS posterior lense surface post. posterior Proc. Processus s. siehe Tab. Tabelle UV ultraviolett VKT Vorderkammertiefe vs. versus Vv. Venae z.B. zum Beispiel 5 Tabellenverzeichnis Tabelle 1 Deskriptive Statistiken der HHD, VKT und LD .................................. 39 Tabelle 2 Deskriptive Statistiken der Differenzen von HHD, VKT und LD zwischen AC Master und Visante OCT ..................................... 40 Tabelle 3 Korrelationen der HHD mit AC Master und Visant OCT.................... 44 Tabelle 4 Korrelationen der LD mit AC Master und Visante OCT..................... 45 Tabelle 5 Korrelationen der VKT mit AC Master und Visante OCT .................. 47 6 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1 Vordere und hintere Augenkammer, M. ciliaris und Linse (Augustin, 2007) ......................................................................................... 13 Abbildung 2 Zeichnerische Darstellung eines H.E.-Präparats der Hornhaut (Welsch, 2003) .......................................................................... 15 Abbildung 3 Schichtaufbau des präkornealen Tränenfilms (Augustin, 2007) ... 16 Abbildung 4 Aufbau der Linse (Kernzonen) (Sachsenweger, 2003) ................. 18 Abbildung 5 Lage der Linse (Sachsenweger, 2003) ......................................... 18 Abbildung 6 Mechanismus der Akkommodation (Sachsenweger, 2003).......... 19 Abbildung 7 Veränderungen im Bereich der Vorderkammer und an der Iris nach Akkommodation (Sachsenweger, 2003) ................................... 19 Abbildung 8 Das Prinzip der Interferometrie in der optischen Kohärenztomographie (Koop et al., 1997) ................................ 27 Abbildung 9 Das Visante OCT, Ansicht aus Untersucherperspektive............... 28 Abbildung 10 Darstellung des vorderen Augenabschnitts mit dem Visante OCT, Kornealreflex und Hornhautdicke markiert ................................ 29 Abbildung 11 Markierung der Vorderkammertiefe mit Caliper im vorderen Augenabschnitt.......................................................................... 30 Abbildung 12 Markierung der Linsendicke mit Caliper im vorderen Augenabschnitt.......................................................................... 30 Abbildung 13 Der AC Master mit angeschlossenem Drucker, Ansicht aus der Perspektive des Untersuchers .................................................. 31 Abbildung 14 Videolivebild des Auges am AC Master (Gerätebeschreibung AC Master, 2004) ............................................................................ 32 7 Abbildung 15 Bild zur optimalen Geräteeinstellung auf den Patienten, 1: Fixierpunkt, 2: Beleuchtungs-LED (Gerätebeschreibung AC Master, 2004) ............................................................................ 33 Abbildung 16 Darstellung der Lichtreflexe am Monitor des AC Masters (Gerätebeschreibung AC Master, 2004) ................................... 33 Abbildung 17 Das Auswerteprogramm des AC Masters, Darstellung der Messergebnisse (Gerätebeschreibung AC Master, 2004) ........ 35 Abbildung 18 Monitor des AC Masters.............................................................. 36 Abbildung 19 Boxplot zur HHD-Messung.......................................................... 41 Abbildung 20 Boxplot zur VKT-Messung .......................................................... 42 Abbildung 21 Boxplot zur LD-Messung............................................................. 43 Abbildung 22 Scatterplot zur HHD-Messung .................................................... 44 Abbildung 23 Scatterplot zur LD-Messung........................................................ 46 Abbildung 24 Scatterplot zur VKT-Messung ..................................................... 47 Abbildung 25 Bland-Altman-Plot zur Darstellung der Hornhautdicke................ 48 Abbildung 26 Bland-Altman-Plot zur Darstellung der Vorderkammertiefe ........ 50 Abbildung 27 Bland-Altman-Plot zur Darstellung der Linsendicke.................... 51 8 1. Einleitung 1.1. Die Einführung bildhafte Darstellung sowie die Messmethoden des vorderen Augenabschnittes sind in den letzten Jahrzehnten erheblich weiterentwickelt worden und haben insbesondere der operativen Ophthalmologie zu besserer Darstellung und genaueren Kenntnissen der Anatomie verholfen (Buehl et al., 2006). Die akkurate Messung der Vorderkammertiefe (VKT), Hornhautdicke (HHD) und –topographie, Linsendicke (LD) sowie Augenlänge haben parallel zu den Fortschritten in der Kataraktchirurgie und refraktiven Chirurgie, bei der Implantation von Intraokularlinsen, bei der Beurteilung der Akkommodationsfähigkeit und bei der Diagnostik und Therapie des Glaukoms an Bedeutung gewonnen. 1.2. Bedeutung der Hornhautdickenmessung Für die Planung und Durchführung der refraktiven Chirurgie zur Behandlung von Fehlsichtigkeiten gilt die zentrale Hornhautdicke als wichtigster Parameter. Die photorefraktive Keratektomie arbeitet mit einem Excimer-Laser mit der Wellenlänge von 192 nm, der das Corneaepithel und die Bowman-Membran bis zum Stroma abträgt, so dass die Hornhaut eine neue Oberflächenwölbung erhält und der verschobene Brennpunkt wieder korrekt auf der Retina zu liegen kommt. Myopien von 2-6 dpt und Astigmatismus können so korrigiert werden. Beim LASIK-Verfahren (Laser-In-Situ-Keratomileusis) wird mit einem Mikrokeratom oder Femtosekundenlaser eine äußere Hornhautlamelle einseitig eingeschnitten und der sogenannte Flap mit einer Dicke von ca. 110-180 µm zur Seite geklappt. Zur Refraktionsänderung wird das darunterliegende Stroma mittels eines Excimerlasers abgetragen. Anschließend kann der Flap wieder zurückgeklappt werden. Mit dieser Methode sind Myopien zwischen 2-8 dpt, Hyperopien bis 4 dpt und Astigmatismus bis 4 dpt ausgleichbar (Grehn S.132133, Augustin S. 832). 9 Die Abtragung des Hornhautstromas ist jedoch begrenzt, da es bei einer zu dünnen Hornhaut zu einer Keratektasie kommen kann. Um das Risiko von Komplikationen nach LASIK-Operationen zu minimieren, ist daher die akkurate Bestimmung der Hornhautdicke unentbehrlich (Ho et al., 2007). Postoperativ können die Flapdicke und –unregelmäßigkeiten und das residuelle Stromabett beurteilt werden (Donnenfeld, 2006, Ho et al., 2007). Eine Abnahme der Korneadicke wurde nach photorefraktiver Chirurgie beschrieben, eine Zunahme nach Kataraktoperationen (Doughty und Zaman 2000). Die Pachymetrie (Messung der Hornhautdicke) ist somit sowohl zur präoperativen Diagnostik als auch zur postoperativen Kontrolle unerlässlich und sollte auch intraoperativ genutzt werden (Genth et al., 2002). Bei der in den letzten Jahren entwickelten Operationsmethode der Hornhauttransplantation DSAEK (Descemet’s stripping automated endothelial keratoplasty) wird nur ein Teil der Kornea transplantiert. Aus dem Spendermaterial wird eine 100-200 µm dünne Schicht mit Descemet-Membran, Endothelzellen und Stroma herausgeschnitten. Aus der Hornhaut des Empfängers wird die Descemet-Membran herausgelöst (Stripping). Anschließend wird das Spendermaterial implantiert (Gimeno et al., 2010, Cursiefen et al., 2009). Eine Weiterentwicklung dieses Verfahrens ist die DMEK (Descemet Membrane endothelial keratoplasty), bei der isoliert die DescemetMembran und Endothelzellen transplantiert werden. Sie ist ein selektives Verfahren zur Behandlung von Endothelerkrankungen wie z.B. Fuchs’sche Endotheldystrophie, endotheliale Keratopathie oder pseudophake bullöse Keratopathie (Cursiefen und Kruse, 2010). Eine weitere Indikation bei der die Corneadicke gemessen wird, ist die moderne Glaukomdiagnostik und –therapie. Die mit Applanationstonometern gemessenen Werte für den intraokulären Druck sind unter anderem abhängig von der Dicke der Hornhaut. Es besteht eine signifikante Korrelation (Hwang et al.,2012). Bei einer dünneren Kornea wird meist ein falsch niedrigerer intraokularer Druck gemessen, bei einer dickeren Kornea ein falsch höherer 10 Druck (Doughty und Zaman, 2000, Kohlhaas et al., 2006). Aus diesem Grund wurde eine Korrekturformel, die „Dresdner Tabelle“, entwickelt. Die Werte des intraokular gemessenen Drucks können somit an die Hornhautdicke angepasst werden und man erhält einen genaueren Wert (Kohlhaas et al., 2006). Des Weiteren hat der Diabetes mellitus Einfluss auf die Hornhautdicke. Es konnte an Patienten, die an Diabetes erkrankt sind, ein höherer Wert der Korneadicke gemessen werden (Busted et al., 1981, Olsen und Busted, 1981, Larsson et al., 1996). Bei einem über lange Jahre (über 10 Jahre) bestehendem Diabetes mellitus wurden zudem ein dünneres Endothel, jedoch mehr Zellpolymorphismen im Endothel gefunden (Lee et al., 2006). Des Weiteren beeinflussen Alter und Geschlecht ebenfalls die Hornhautdicke (Hwang et al., 2012). Die Pachymetrie ist bedeutsam bei Erkrankungen der Hornhaut wie z.B. Dystrophien, Hornhautödem, Keratokonus, Fuchs’sche Endotheldystrophie oder Narben. Pathologien des Auges, insbesondere epitheliale Defekte, können zu Sehverschlechterungen führen, da sie Auswirkungen auf die Hornhautransparenz und –dicke und somit auf die Refraktion haben (Wirbelauer et al., 2002). Zur Astigmatismuskorrektur besteht die Möglichkeit der bogenförmigen Keratotomie. Hierbei werden paarweise gegenüberliegende arcuate Inzisionen in der mittleren Peripherie angelegt. Damit soll eine Abflachung der Hornhaut im steilen Meridian und eine Aufsteilung im gegenüberliegenden Meridian erreicht werden. Um einen maximalen Effekt zu erzielen, sollte die Inzisionstiefe 90 % der geringsten Hornhauttiefe betragen (Kohnen S.185). Hierfür ist die präoperative Bestimmung der Hornhautdicke unabdingbar. 11 1.3. Bedeutung der Vorderkammertiefenmessung Für die genaue Implantation phaker Intraokularlinsen (IOL), die bei starken Refraktionsfehlern zum Zuge kommen, ist die Biometrie des vorderen Augenabschnittes notwendig. Für einen akkuraten Sitz und die möglichst genaue Wahl der Linsengröße müssen die Parameter am vorderen Augenabschnitt präoperativ ausgemessen werden. Die Linsen werden in die Vorderkammer gesetzt und stützen sich mit elastischen Bügeln im Kammerwinkel ab. Irisklauenlinsen verankern sich in der Iris, implantierbare Kontaktlinsen (ICL) sitzen hinter der Iris. Bei der Behandlung höhergradiger Myopien haben die phaken Inktraokularlinsen sehr gute Ergebnisse gezeigt (Goldsmith et al., 2005, Allemann et al., 2000, Baϊkoff, 2006). Um Komplikationen wie Dezentrierung, Rotation, Iritis, Irisatrophie, Endothelschäden, Sekundärglaukomen und eine Kataraktentwicklung zu vermeiden, die bei falsch gewählter Linsengröße auftreten können, muss die Vorderkammertiefe genau bestimmt werden (Kiraly und Duncker, 2012, Goldsmith et al., 2005, O`Brian und Awwad, 2002). Eine Voraussetzung für den Eingriff ist eine Vorderkammertiefe von ≥ 3 mm für Irisklauenlinsen und ≥ 2,8 mm für implantierbare Kontaktlinsen (Augustin S. 843-844). Das myope Auge hat meistens eine tiefere Vorderkammer. Ebenso hat das Alter einen Einfluss auf die Tiefe. Die Vorderkammertiefe nimmt im Laufe des Lebens ab (Allouch et al., 2005). 1.4. Bedeutung der Linsendickenmessung Die Biometrie der Linse kann zur Identifikation von Fremdkörpern beitragen und Intraokularlinsen vermessen. Außerdem können traumatisch bedingte Verletzungen wie Perforation, Subluxationen und komplette Luxationen sowie Linsentrübung und -quellung beurteilt bzw. diagnostiziert werden (Augustin S. 1135). Es kann geprüft werden, ob die Linsenkapsel intakt ist. 12 Die Linsendicke kann bestimmt werden um die Funktion der Akkommodation zu untersuchen. Während des Akkommodationsvorgangs nehmen die Dicke und das Volumen der Linse zu, der Radius der Krümmung der Vorder- und Hinterfläche nimmt ab (Hermans et al., 2009). Somit ist die Linsenkapsel elastischen Formveränderungen ausgesetzt, die Linse ist nicht kompressibel (Sheppard et al., 2011). Mit dem Alter geht u.a. durch den Elastizitätsverlust, die Akkommodationsfähigkeit verloren, was in einer Presbyopie resultiert (Grehn S.146). Die Dicke der Linse korreliert mit einigen Faktoren, für deren Beurteilung ihre Messung erforderlich ist. Die Linsenfasern akkumulieren im Laufe des Lebens, so dass die Linse weiter wächst und dicker wird (Garcίa-Domene et al., 2011, Richdale et al., 2008). Neben dem Alter korreliert sie auch mit der Vorderkammertiefe und dem Kammerwinkel. Während das Volumen der Linse zunimmt, schrumpfen die Vorderkammer und der Kammerwinkel (Allouch et al., 2005). Des Weiteren konnten bei Patienten mit einem primären Engwinkelglaukom dickere Linsen mit verstärkter Wölbung gemessen werden (Nongpiur et al., 2011). Ein weiterer Einflussfaktor ist der Diabetes mellitus Typ I und die Dauer seiner Manifestation. Es konnte festgestellt werden, dass die Dicke der Linse und ihre Konvexität bei an Diabetes mellitus I Erkrankten signifikant höher und der Refraktionsindex niedriger ist (Wiemer et al., 2008). Die Beurteilung der Linse und ihrer Dicke ist ebenfalls für die Operationsvorbereitung in der Kataraktchirurgie hilfreich und wichtig (Auffarth et al., 2008). Zur Therapie der Linsentrübung kann die extrakapsuläre Kataraktextraktion (ECCE) gewählt werden, die den hinteren Kapselrand bestehen lässt und durch Phakoemulsifikation die trübe Linse mittels Ultraschall verflüssigt und anschließend absaugt. Eine andere Technik ist die intrakapsuläre Kataraktextraktion (ICCE), wobei die Linse durch Kryoextraktion komplett entfernt wird (Grehn S. 157-159). Um die Sehkraft wiederherzustellen, können Vorderkammer- oder Hinterkammerlinsen implantiert werden. 13 1.5. Grundlagen 1.5.1. Der vordere Augenabschnitt Die vordere Augenkammer wird nach vorne begrenzt von der Kornearückfläche, nach hinten von der Vorderfläche der Iris und Linsenvorderkapsel und zu den Seiten von den Kammerwinkeln mit dem Trabekelwerk (Trabeculum corneosclerale) (s. Abb. 1). Die Vorderkammer enthält etwa 0,15-0,35 ml Kammerwasser, das von den Epithelzellen des Ziliarkörpers über Ultrafiltration und aktive Sekretion gebildet und über die hintere Augenkammer zur vorderen Kammer transportiert wird (Augustin S.1178). Resorbiert wird es von einem netzartig aufgelockerten Gewebe im Kammerwinkel, das Retinaculum trabeculare. Von dort wird es zum venösen Sinus venosus sclerae (SchlemmKanal) transportiert, um dann in den Vv. ciliares anteriores abzufließen. Etwa 26 µl Kammerwasser zirkulieren pro Minute von der hinteren in die vordere Augenkammer. Zufluss und Abfluss stehen somit im Gleichgewicht und sorgen für den Augeninnendruck. Kann das Kammerwasser nicht richtig abfließen, kommt es durch den ansteigenden Druck zu einem Glaukom. Abbildung 1 Vordere und hintere Augenkammer, M. ciliaris und Linse (Augustin, 2007) Als Ultrafiltration des Plasmas enthält das Kammerwasser Elektrolyte wie z.B. Natrium, Magnesium, Kalium und Calcium sowie Glucose und Proteine und 14 ernährt somit die Linse und Hornhaut (Grehn S.6, Hollwich S.18, Augustin S. 1215, Lang S. 227). Anatomisch abzugrenzen von dem vorderen Augenabschnitt ist der hintere Augenabschnitt, der größtenteils vom Glaskörper ausgefüllt wird. 1.5.2. Die Vorderkammertiefe Die Tiefe der Augenkammer ist definiert als Abstand zwischen Hornhautrückfläche und Linsenvorderkapsel und unterliegt verschiedenen Einflüssen. Refraktion, Akkommodationszustand, Linsendicke und Alter beeinflussen die Tiefe. Der Durchmesser der Vorderkammer beträgt 11-12 mm, die Tiefe 2,6-4,4 mm (Augustin S. 1215, Hollwich S. 17). Bei Fernakkommodation ist die Kammer flach, bei Nahakkommodation tief. 1.5.3. Die Hornhaut (Kornea) 1.5.3.1. Anatomie, Physiologie und Funktion der Kornea Die Kornea besitzt die Form eines Uhrglases, die vordere Fläche ist konvex geformt, die hintere Fläche konkav. Ihre starke Krümmung ermöglicht eine Brechkraft von 43 dpt und macht damit den größten Anteil der Gesamtbrechkraft des Auges aus (Augustin S. 229). Die Hornhautdicke im Zentrum wird mit 0,55 mm, in der Peripherie mit 0,70 mm angegeben, der Durchmesser mit 11,5 mm beim Erwachsenen (Grehn S.105). Der Wassergehalt der Hornhaut beträgt 70 %. Des Weiteren beinhaltet die Hornhaut Proteine, Polysaccharide, Lipide und Metaboliten (Hollwich S. 5). Die Kornea ist gefäßfrei, jedoch durch marklose Nervenfasern des ersten Trigeminusastes sensibel innerviert. Die Nervenendigungen sollen zusammen mit dem mechanischen Schutz der Lider und dem Lidschlussreflex das Auge 15 vor Umwelteinflüssen und Fremdstoffen schützen. Verletzungen der Kornea und Epithelschäden wie z.B. durch Fremdkörper, UV-Strahlen lösen starke Schmerzen, ungewollten Lidschluss und Tränenfluss aus. Die gleichmäßige Oberfläche und die Durchsichtigkeit sind essentiell für das scharfe Abbilden auf der Netzhaut. Für die Transparenz und konstante Dicke sind vor allem der Wassergehalt, funktionsfähiges Epithel und Endothel und der Augeninnendruck verantwortlich (Augustin S. 229). Die Ernährung der Hornhaut erfolgt über Diffusion aus dem Randschlingennetz, über den Tränenfilm und vor allem aus den gelösten Stoffen aus dem Kammerwasser transendothelial (Grehn S.106). 1.5.3.2. Der Aufbau der Kornea Die Hornhaut setzt sich aus fünf Schichten zusammen: dem Epithel, der Bowman-Membran, dem Stroma, der Descemet-Membran und dem Endothel (s. Abb. 2). Abbildung 2 Zeichnerische Darstellung eines H.E.-Präparats der Hornhaut (Welsch, 2003) Die äußere Schicht besteht aus unverhorntem, mehrschichtigem Plattenepithel, das viele Nervenendigungen enthält und die Fähigkeit besitzt, sich schnell zu 16 regenerieren. Zudem soll sie als Barriere dienen und vor Fremdstoffen schützen. Sie sitzt der Bowman-Schicht (Lamina limitans anterior) auf, welche als eine azelluläre feste Membran aus Kollagenfibrillen zu beschreiben ist, was sie widerstandsfähig macht. Es folgt das Stroma (Substantia propria), das mit 90 % die dickste Schicht der Hornhaut darstellt. Sie besteht aus parallel angeordneten gleichmäßige Kollagenfibrillen, Anordnung der Keratozyten kollagenen und Proteoglykanen. Fibrillen und der Die konstante Wassergehalt sind für die Transparenz der Hornhaut ausschlaggebend. Unter dem Stroma befindet sich die Descemet-Membran (Lamina limitans posterior), die sich regenerationsfähig durch ist. Die ihre elastischen fünfte Schicht Fasern bildet auszeichnet das und einschichtige Hornhautendothel aus flachen kuboiden Zellen. Sie entzieht Wasser aus dem Stroma durch aktiven Transport von Ionen aus dem Endothel in die Vorderkammer. Die Endothelschicht ist nicht regenerationsfähig und verringert sich physiologisch im Laufe des Lebens. Außen auf der Hornhaut liegt ein Tränenfilm auf, der über Mikrovilli am Epithel haftet und die Oberfläche glättet (s. Abb. 3). Der Film besteht aus Wasser, Muzinen, Glykoproteinen und Lipiden und beinhaltet zudem noch Lysozym und sekretorisches IgA zur Abwehrfunktion. Er wirkt antibakteriell, schützt die Hornhaut vor dem Austrocknen und trägt zu ihrer Ernährung bei (Augustin S. 229, Grehn S. 105, Welsch S. 585-586, Hollwich S. 84). Abbildung 3 Schichtaufbau des präkornealen Tränenfilms (Augustin, 2007) 17 1.5.4. Die Linse 1.5.4.1. Anatomie, Physiologie und Funktion der Linse Die bikonvexe Linse ist ein gefäß- und nervenfreies, transparentes Organ und wird von einer Kapsel umhüllt. Die Kapsel besteht aus einer kräftigen aber elastischen Basallamina. Die Linse kann in einen Kern und in eine Rinde unterteilt werden (s. Abb. 4). Ihr Durchmesser beträgt 8-10 mm, ihre Dicke 2-5 mm, wobei diese Parameter altersabhängig sind (Grehn S. 144). Anterior ist die Linse weniger gekrümmt als posterior. Über die Zonulafasern ist die Linse am Ziliarkörper befestigt (s. Abb. 5). Unter der Kapsel an der Vorderseite und am Linsenäquator sitzt ein einschichtiges kubisches Epithel, aus dem die Linsenfasern gebildet werden. Die Fasern (Fibrae lentis) sind transparent, enthalten keinen Zellkern und kaum Organellen (Welsch S. 588). Durch die Zellbildung am Äquator und die Umwandlung dieser in Linsenfasern wird ein langsames Wachstum der Linse gewährleistet. Da durch die feste Kapsel keine alten Fasern hindurch gelangen, akkumulieren und schrumpfen sie in der Mitte der Linse und bilden den Nucleus lentis, der sich mit der Zeit vergrößert und verhärtet. Der geringe Wassergehalt im Zentrum und der Wasserverlust der Linse im Alter führen ebenfalls zu einer erhöhten Festigkeit und Sklerosierung. In jungen Jahren (bei 20-30 Jährigen) beträgt das Gewicht der Linse noch 0,175 g, mit 80-90 Jahren 0,260 g (Augustin S. 1216-1217, 1268). 18 Abbildung 4 Aufbau der Linse (Kernzonen) (Sachsenweger, 2003) Abbildung 5 Lage der Linse (Sachsenweger, 2003) Die Linse zählt zum dioptrischen Apparat des Auges. Das ruhende, fernakkommodierte Auge hat eine Gesamtbrechkraft von 58 dpt, wobei 42 dpt auf die Cornea und 10-20 dpt auf die Linse entfallen (Lang S. 435-438). Ihr physiologischer Brechungsindex beträgt 1,41 (Augustin S. 1268). Um Objekte auf der Retina scharf abzubilden, muss die Brechkraft entsprechend angepasst werden. Dies geschieht durch Verformung der Linse. 19 Durch Kontraktion des zirkulären M. ciliaris, lässt der Zug der Zonulafasern auf die Linse nach und diese wölbt sich aufgrund ihrer Eigenelastizität kugelartig (s. Abb. 6). Die Brechkraft nimmt somit zu und der Blickpunkt rückt in die Nähe. Erschlafft der Ziliarmuskel, werden die Zonulafasern angespannt und führen zu einer Abflachung der Linse. Das Auge ist fernakkommodiert (s. Abb. 7). Der Wassergehalt in der Linse beeinflusst ihre Elastizität und ihre Fähigkeit zur Akkommodation (Augustin S. 1198). Abbildung 6 Mechanismus der Akkommodation (Sachsenweger, 2003) Abbildung 7 Veränderungen im Bereich der Vorderkammer und an der Iris nach Akkommodation (Sachsenweger, 2003) 20 Die Linse setzt sich aus stabilen Proteinen, wie α-, β-, γ-Kristallinen, Filensin und Wasser zusammen. Die Kristalline erhöhen die Brechkraft der Linse, schützen vor Denaturierung und gewährleisten die Transparenz. Im Laufe des Lebens nimmt die Molekülgröße der Kristallinaggregate und der Anteil an γKristallin zu (Augustin S. 1200). Die Enzyme Superoxiddismutase und Katalase, sowie der Ascorbingehalt der Linse schützen vor Sauerstoffradikalbildung des kurzwelligen Lichtes. Die antioxidativen Schutzmechanismen sowie der Wassergehalt nehmen im Alter jedoch ab (Augustin S. 1200, Grehn S.145-146). Die Ernährung der avaskulären Linse erfolgt durch Diffusion von Nährstoffen wie Aminosäuren, Sauerstoff, Glukose und Elektrolyte aus dem Kammerwasser. Stoffwechselendprodukte werden über das Kammerwasser wieder abtransportiert (Hollwich S. 138). 1.5.5. Die Bedeutung von kontaktlosen Biometriegeräten zur Bestimmung des vorderen Augenabschnitts Bisher galt die Ultraschallpachymetrie als Goldstandard zu Bestimmung der zentralen Hornhautdicke aufgrund ihrer einfachen Bedienung, Reliabilität und der geringen Kosten (Li et al., 2006, Ho et al., 2007). Jedoch bringt sie einige Nachteile mit sich: Der Ultraschallkopf muss nach Anästhesie der Hornhaut senkrecht aufgesetzt werden, was für den Patienten unangenehm ist und Epithelschäden und Infektionen verursachen kann (Buehl et al., 2006, Doors et al., 2009, Ho et al., 2007). Das Verfahren ist stark untersucherabhängig. Zum einen kann der Aufsetzdruck der Ultraschallsonde variieren, zum anderen kann die Sonde verkippt, d.h. nicht exakt senkrecht zur Hornhautoberfläche aufgesetzt sein, so dass falsche Messergebnisse akquiriert werden (Buehl et al., 2006, Prospero Ponce et al., 2009). Außerdem schränken niedrige Auflösung und gewebebedingte Artefakte die Darstellung ein. Inzwischen sind Geräte entwickelt worden, die kontaktlos messen. Daher werden berührungslose Verfahren für die Biometrie des vorderen 21 Augenabschnittes bevorzugt (Buehl et al., 2006). Sie stellen eine enorme Erleichterung für die Patienten dar. Die optische Kohärenztomographie wurde ursprünglich eingeführt, um Bilder der Topographie der Retina zu akquirieren. Sie wurde jedoch zur Darstellung des vorderen Augensegmentes weiterentwickelt (Prospero Ponce et al., 2009). Das Prinzip der partiellen Kohärenzinterferometrie wurde im letzten Jahrzehnt entwickelt und fand Anwendung im IOL Master (Carl Zeiss Meditec, Jena) zur Bestimmung der axialen Länge des Auges. Die Vorderkammertiefe wurde durch das Gerät photographisch ohne Nutzung der partiellen KohärenztomographieTechnik dargestellt. Diese Technik wird heute sowohl zur Bestimmung der Vorderkammertiefe als auch der Hornhautdicke und Linsendicke im AC Master verwendet (Buehl et al., 2006). Sowohl der AC Master (Zeiss Meditec) als auch das Visante OCT (Zeiss Meditec) messen beide im Non-Kontakt-Verfahren und werden zur Biometrie des vorderen Segmentes am Auge genutzt. 22 2. Zielsetzung Sowohl der AC Master als auch das Visante OCT werden für die Biometrie des vorderen Augenabschnittes eingesetzt und ermitteln Hornhautdicke, Linsendicke und Vorderkammertiefe. Bisher gibt es noch kein etabliertes Wissen darüber, welche Messmethode den „wahren Werten“ am nächsten kommt. Es stellt sich die Frage, ob die „wahren Werte“ überhaupt bekannt sind. Grehn und Augustin geben in ihren Lehrbüchern 550 µm als allgemeine Hornhautdicke an. Die Vorderkammertiefe wird von Augustin im Bereich 2,6-4,4 mm angegeben, von Hollwich bei 3 mm. Die Linsendicke beträgt bei Grehn 2,05,0 mm, bei Hollwich 4,0 mm (Grehn S. 105, 144; Hollwich S. 17, 137-139; Augustin S. 229, 1215, 1268). Wie diese Werte ermittelt wurden, ist nicht beschrieben. Als Goldstandard zur Hornhautmessung wurde bisher die Ultraschallpachymetrie berührungslosen genutzt. Verfahren Jedoch bewiesen, wurde dass im es Vergleich zu zu den systematischen Unterschieden kommt. Die Non-Kontakt Geräte schließen den Tränenfilm zur Hornhautdickenmessung mit ein, woraus sich andere Messwerte ergeben können (Kim et al., 2008). Signifikante Unterschiede zwischen verschiedenen Biometriegeräten sind in anderen Studien bereits beschrieben worden. Ho et al. gaben an, dass das Visante OCT die Hornhautdicke in LASIK-operierten Augen um 11,64 µm, verglichen zur Ultraschallpachymetrie, unterschätzt (Ho et al., 2007). Laut Prospero Ponce et al. waren die Ergebnisse für die Hornhautdicke mittels Scheimpflug und OCT geringer als die Ultraschallmessung (Prospero Ponce et al., 2009). Auch Auffarth et al. berichteten über signifikante Unterschiede in der Hornhautdickenmessung durch AC Master, Optical Low Coherence Reflectometry Pachymeter, Orbscan und Pentacam (Auffarth et al. 2008). Dinc et al. untersuchten die Vorderkammertiefe mit fünf verschiedenen Geräten im Non-Kontakt-Verfahren (Visante OCT, Spaltlampen OCT, IOL Master, Pentacam und Orbscan IIz) und beschrieben dabei einen Mangel an Standardisierung zwischen den Geräten (Dinc et al., 2010). 23 Wang und Swartz beschrieben die größte Vorderkammertiefenmessung durch die Pentacam, gefolgt vom AC Master, Jaeger Spaltlampentechnik und schließlich IOL Master (Wang und Swartz, 2007). Insgesamt wurden seltener Studien zur Vorderkammertiefe und Linsendicke veröffentlicht als zur Hornhautdicke. Viele Studien gibt es bezüglich der Hornhautdicke, die ebenso den Vergleich von Biometriegeräten beleuchten. Des Weiteren gibt es Studien zur Messung der Vorderkammertiefe, allerdings nur wenige zur Linsendicke. Die drei Parameter wurden bisher noch in keiner Studie gleichzeitig untersucht, und weder mit den Geräten Visante OCT noch AC Master verglichen. Es liegen mehr Daten für Messungen mit dem Visante OCT als mit dem AC Master vor. Diese Untersuchung prüft, wie genau das Visante OCT und der AC Master jeweils die oben genannten Parameter (VKT, HHD und LD) messen. Das Vorliegen systemischer Differenzen, d.h. ob ein Gerät immer zu hohe oder zu niedrige Werte erhebt, werden untersucht. Die Arbeit prüft, ob die beiden Biometriegeräte im Austausch/ im Wechsel benutzt werden können. Es soll festgestellt werden, ob eines der beiden Geräte dem anderen im klinischen Gebrauch vorzuziehen ist. Die Bedienung und Handhabung beider Verfahren (AC Master und Visante OCT) werden im Hinblick auf ihre klinische Verwendung untersucht und es wird geklärt, welches Gerät klinisch besser einsetzbar ist. 24 3. Material und Methoden 44 Augen von 44 Probanden wurden im klinischen Forschungslabor der Universitäts-Augenklinik Knappschaftskrankenhaus Bochum für die Studie ausgewertet. Insgesamt konnten 52 Probanden gewonnen werden, jedoch schieden 8 aufgrund nicht messbarer oder fehlender Datensätze aus. Biometrische Daten wurden von beiden Augen (insgesamt 88) erhoben. Für diese Arbeit wurde aus statistischen Gründen jedoch nur das jeweils rechte Auge berücksichtigt. Das Probandenkollektiv setzte sich aus Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des Universitätsklinikum Knappschaftskrankenhaus Bochum und Patienten der Universitäts-Augenklinik zusammen. Die Teilnahme an der Studie erfolgte freiwillig. Es gab keine Beschränkungen bezüglich des Alters oder des Geschlechts. An der Studie nahmen 28 Frauen und 16 Männer im Alter von acht bis 66 Jahren teil. Das Alter betrug im Mittel 42,34 ± 16,68 Jahre. 3.1. Einschlusskriterien Als Einschlusskriterien galten klinisch gesunde Augen ohne pathologische Werte, abgesehen von Myopie, Hyperopie und oder Astigmatismus. 3.2. Ausschlusskriterien Ausschlusskriterien Augenoperationen waren in der entzündliche Vorgeschichte, wie Augenerkrankungen, refraktive Laserchirurgie, Glaukomoperationen, Kataraktoperationen, des Weiteren Eingriffe an der Retina, komplizierte Veränderungen der Kornea wie z.B. Hornhautnarben, 25 Erkrankungen am vorderen Augenabschnitt wie z.B. Konjunktivitis, Keratitis, Uveitis sowie das Vorhandensein von Intraokularlinsen. 3.3. Die Untersuchung Die Probanden wurden über den Grund, die Methoden und die verwendeten Geräte der Untersuchung ausführlich aufgeklärt. Selbstverständlich wurde jedem Teilnehmer mitgeteilt, die Untersuchung zu jedem Zeitpunkt abbrechen zu dürfen. Die Messungen wurden zuerst mit dem Visante OCT, dann mit dem AC Master durchgeführt. Für jeden Probanden galt es die gleichen Lichtbedingungen zu schaffen. Der Raum wurde abgedunkelt: die Vorhänge wurden zugezogen und das Licht ausgeschaltet. Die Augen der Probanden wurden durch denselben, auf die Geräte trainierten/ geschulten Untersucher mit beiden Geräten vermessen. Der Proband saß auf einem Stuhl vor dem jeweiligen Messgerät in bequemer Position. Um eine stabile Fixierung des Gesichts zu gewährleisten und Bewegungsartefakte so gut wie möglich zu minimieren, wurde das Kinn in der vorgesehenen Stütze abgelegt und die Stirn gegen die Stirnstütze gehalten. Alle Teilnehmer der Studie erhielten die gleichen Instruktionen: das visuelle Zielobjekt im Gerät sollte fixiert werden und die Augen bei den Messungen weit geöffnet sein. Mit beiden Biometriegeräten wurden mehrere Untersuchungen durchgeführt. Am Visante OCT sollte ein möglichst qualitativ hochwertiges Bild ohne Artefakte akquiriert werden. Die Parameter Vorderkammertiefe, Hornhautdicke und Linsendicke wurden nun in dem ausgewählten Bild manuell mittels Caliper (Messtaster) ausgemessen. Auch mit dem AC Master waren mehrere Aufnahmen notwendig, da das Gerät nicht immer einen Wert für die Linsendicke ermitteln konnte und dies erst nach mehreren Messungen möglich war. 26 Für diese Untersuchung wurden gesunde Augen mit normalen Korneas und Linsen, ohne gravierende Pathologien am vorderen Augenabschnitt analysiert. Daher kann keine Aussage getätigt werden, wie sich die Messungen an pathologisch veränderten Augen oder nach Operationen an der Hornhaut verändern würden. 3.4. Die Messgeräte 3.4.1. Visante OCT (Zeiss Meditec, Jena) Mit dem Visante OCT ist es möglich mittels optischer Kohärenztomographie, berührungsfrei den zweidimensionalen vorderen Bildern Augenabschnitt darzustellen. in hochauflösenden Querschnittsbilder der Kornea, Vorderkammer, Iris, Linse und Kammerwinkel oder auch Fremdkörper können erfasst, ausgemessen und ausgewertet werden (Dawczynski et al., 2007, Wildner et al., 2007, Zhao et al., 2007). Das Gerät arbeitet nach dem Prinzip der niedrigkohärenten Interferometrie: Eine Superlumineszenz-Diode sendet einen infraroten Lichtstrahl aus, der in einen Abtaststrahl (Messstrahl) und einen Referenzstrahl (Bezugsstrahl) gespalten wird (s. Abb. 8). Der Abtaststrahl gelangt in die Probe/ das Gewebe, und wird dort gestreut und reflektiert. Der Referenzstrahl wird von einem Spiegel reflektiert. Beide Strahlen werden „am Fotodetektor überlagert“ (Benutzerhandbuch für Visante OCT, 2006) und „in einem Interferometer zur Interferenz gebracht“ (Scharf, 2009). Das Signal, das aus dem Mess- und Referenzstrahl am Fotodetektor überlagert wird, ist ein Maß für den Reflexionsgrad eines Gewebevolumens am jeweiligen Abtastpunkt und wird in eine Tiefenangabe der reflektierenden Schicht umgewandelt. Das zweidimensionale Bild ergibt sich aus der Intensität des rückgestreuten Lichtes (Augustin S.1032). at the tion, ns. ntitament uced itatihe ferometers wurde die Strahlung durch einen Achromaten (f = 60 mm), dessen Apertur nicht voll ausgeleuchtet wurde, fokussiert, um eine hohe Tiefenschärfe Abb. 1 F Schematische, interferometrische Anordnung des OCT-Aufbaus. Durch die Bewegung des Spiegels im Referenzarm verändert sich S. Nur für gleiche optische Wege von S (Referenzarm) und S’ (Meßarm) ist die Kohärenzbedingung erfüllt 27 orphod for er LTK dual metry · Abbildung 8 Das Prinzip der Interferometrie in der optischen Kohärenztomographie (Koop et al., 1997) Die Bildgewinnungszeit beträgt 0,125 Sekunden (Prospero Ponce et al., 2009). Es lässt sich „eine 2 mm tiefe Bildgebung erzielen“ (Koop et al., 1997). Die Funktionsweise des OCTs ähnelt vom Prinzip her der Sonographie, nur dass anstatt Schallwellen Lichtwellen zur Erzeugung eines Bildes verwendet werden (Augustin S.360). Eine Videokamera überträgt Bilder des Auges und des Abtaststrahls live direkt an den Monitor des Gerätebedieners, damit das Auge optimal ausgerichtet werden kann (s. Abb. 9). Die erzeugten Querschnittsbilder werden auf dem Computer gespeichert und können dort weiter analysiert werden. Für die Untersuchung sitzt der Patient vor dem Gerät. Der elektrisch betriebene Tisch ist höhenverstellbar, so dass die Gerätehöhe an die Patientengröße angepasst werden kann. Der Proband wird instruiert einen Stern zu fixieren und die Augen weit geöffnet zu lassen. 28 Abbildung 9 Das Visante OCT, Ansicht aus Untersucherperspektive Für die Bildgewinnung am Visante OCT muss der Kornealreflex sichtbar sein (s. Abb. 10), der eine vertikale Linie auf die zentralste Stelle der Hornhaut darstellt. Erst dann sollte manuell auf den Auslöser an der Maus gedrückt werden. 29 Kornealreflex Hornhautdicke Abbildung 10 Darstellung des vorderen Augenabschnitts mit dem Visante OCT, Kornealreflex und Hornhautdicke markiert Da das Visante OCT automatisch mehrere Vorderabschnittsaufnahmen mit einer Messung erstellt, wird der beste Scan, d.h. das Bild mit dem höchsten Kontrast, der optimalen Zentrierung und der exakt parallelen Ausrichtung des Iris-Linsen-Diaphragmas, für die weitere Auswertung genutzt. Die manuelle Auswertung erfolgt unter Verwendung der integrierten Werkzeugpalette. Diese enthält unter anderem Caliper (Messtaster) und Winkel um verschiedene Messungen durchzuführen. Für die Berechnung der Hornhautdicke, Linsendicke und Vorderkammertiefe werden Caliper am Querschnittsbild gesetzt, die die Abstände der Parameter messen können (s. Abb. 10, 11 und 12). Die Caliper sind in den Abbildungen jeweils in der Farbe rot gezeichnet. 30 Vorderkammertiefe Abbildung 11 Augenabschnitt Markierung der Vorderkammertiefe mit Caliper im vorderen Linsendicke 4,36mm Abbildung 12 Markierung der Linsendicke mit Caliper im vorderen Augenabschnitt 31 3.4.2. AC Master (Zeiss Meditec, Jena) Der AC Master (s. Abb. 13) ist ein Biometriegerät, das ebenso wie das Visante OCT Daten des vorderen Augenabschnittes kontaktfrei erfasst. Hornhautdicke zentral sowie peripher, Vorderkammertiefe, Linsendicke, Achsenlänge, Abstände zu intraokularen Linsen sowie der Weiß-zu-Weiß-Abstand, können im Non-Kontaktverfahren bestimmt werden (Gerätebeschreibung AC Master, 2004). Abbildung 13 Der AC Master mit angeschlossenem Drucker, Ansicht aus der Perspektive des Untersuchers Die Funktion des AC Masters basiert auf dem Prinzip der partiellen Kohärenzinterferometrie. Eine Superlumineszenz-Diode sendet ein kurzes infrarotes Laserlicht, mit einer Wellenlänge von 850 nm aus, das während es durch das Interferometer läuft, durch einen Strahlteiler in zwei Strahlen zerlegt wird. Diese werden von den intraokularen Strukturen reflektiert. Sind die Unterschiede zwischen den Teilstrahlen kleiner als die Unterschiede zwischen 32 ihrer Kohärenzlänge, wird eine Interferenz aufgezeichnet (Wang und Swartz, 2007). Ein Photodetektor erfasst die unterschiedlichen Ausmaße und somit das Interferenzsignal (Augustin S. 1132). Wie bei dem Visante OCT erfolgt im Gerät die Umrechnung der optischen Weglängen in die geometrischen Teilstrecken. Die Messung erfolgt entlang der optischen Achse. Im AC Master gibt es einen Fixationspunkt, der individuell eingestellt werden kann, so dass es möglich ist, das Patientenauge unter Akkommodationsbedingungen zu untersuchen. Für die Untersuchung fixiert der Patient ein gelbes Licht. Die Ausrichtung des Gerätes zum Probandenauge ermöglicht ein LC-Display, das ein Videolivebild des Auges zeigt (s. Abb. 14). Anhand der Reflektionen der Beleuchtungs-LED (s. Abb. 15) kann der AC Master optimal auf das zu untersuchende Auge eingestellt werden. Abbildung 14 Videolivebild des Auges am AC Master (Gerätebeschreibung AC Master, 2004) 33 Abbildung 15 Bild zur optimalen Geräteeinstellung auf den Patienten, 1: Fixierpunkt, 2: Beleuchtungs-LED (Gerätebeschreibung AC Master, 2004) Zur Messung des vorderen Augenabschnitts wird der Messlaser eingeschaltet. Den Reflex dieses Laserstrahls auf der Hornhaut kann man in einer größeren Auflösung als weißen Fleck beobachten. Die kleineren weißen Flecke sind Reflektionen der Linse (s. Abb. 16). Abbildung 16 Darstellung der Lichtreflexe (Gerätebeschreibung AC Master, 2004) am Monitor des AC Masters 34 Der Untersucher muss nun die verschiedenen Reflexe zentrieren, so dass der Hornhautreflex die anderen Reflektionen überlagert. Die Einstellung des Gerätes zum Auge erfolgt über einen Joystick, die Dateneingabe und Gerätebedienung über eine Computertastatur. Da die einzelnen Messvorgänge automatisch ablaufen, ist die Hauptaufgabe des Bedieners die Einstellung des Gerätes zum Patientenauge und die anschließende Auslösung der Messung durch Knopfdruck am Joystick. Der Messvorgang dauert 0,3 Sekunden (Gerätebeschreibung AC Master, 2004). Der entsendete Laserstrahl ist ungefährlich und es können beliebig viele Messungen durchgeführt werden. Die erste Reflektion des Laserstrahls im Auge ist die der Hornhautvorderfläche (ACS, anterior corneal surface), anschließend die der Hornhautrückfläche (PCS, posterior corneal surface). Es folgen die Lichtreflektionen der Vorderund Rückfläche der Linse (ALS, anterior lens surface; PLS, posterior lens surface). Die Reflektionen werden graphisch als Peaks dargestellt (s. Abb. 17 und 18). Die definierten Abstände zwischen den einzelnen Parametern repräsentieren die Messgrößen Hornhautdicke, Vorderkammertiefe und Linsendicke. Der Abstand zwischen ACS und PCS stellt die Hornhautdicke dar, der Abstand zwischen ACS und ALS die Vorderkammertiefe und die Länge zwischen ALS und PLS die Linsendicke. 35 Abbildung 17 Das Auswerteprogramm des AC Messergebnisse (Gerätebeschreibung AC Master, 2004) Masters, Darstellung der Wenn man die beiden Biometriegeräte vergleicht, muss eine Besonderheit beachtet werden: Die Vorderkammertiefe wird, wie oben beschrieben, definiert als Abstand zwischen der Kornearückfläche und Linsenvorderfläche. So wurden bei der Ausmessung am Visante OCT auch die Caliper gesetzt. Beim AC Master hingegen wird die Vorderkammertiefe als Distanz zwischen Korneavorderfläche und Linsenvorderfläche berechnet, die Kornea wird also mit eingerechnet. Somit muss bei den Auswertungen die Hornhautdicke von der AC Master gemessenen Vorderkammertiefe abgezogen werden. 36 Abbildung 18 Monitor des AC Masters 3.5 Statistische Analyse Die statistische Auswertung und ihre graphischen Darstellung wurden mit den Datenverarbeitungsprogrammen Microsoft Excel 2002 und Statistical Package for the Social Sciences (SPSS) Version 16.0 für Windows durchgeführt. Alle Daten wurden hiermit als erstes einer beschreibenden statistischen Berechnung unterzogen zur übersichtlichen Darstellung der Datenlage. Es wurden die Anzahl der Fälle (N), Minimum, Maximum, Mittelwerte, Median und Standardabweichung der erhobenen Daten bestimmt sowie die Differenz zwischen den beiden Messmethoden ausgerechnet. Dargestellt wurden die Ergebnisse in schriftlicher, tabellarischer und graphischer Form. Anhand des Korrelationskoeffizienten von Bravais-Pearson und des Wilcoxon- Rangsummentest wurden die statistische Signifikanz und die Korrelation zwischen den Methoden errechnet. Ein P-Wert unter 0,05 wurde als statistisch signifikant gewertet. Für die Parameter Hornhautdicke, Vorderkammertiefe und Linsendicke ermittelt durch die Messgeräte wurden jeweils graphische Darstellungen anhand Scatterplots, Bland-Altman Plots und Boxplots gewählt. 37 Die Boxplots (s. Abb. 19 bis 21) zeigen die Tendenz, Variabilität und Streuung der erhobenen Daten. Die waagerechte Linie innerhalb der Box zeigt den Median. Die Box beinhaltet die mittleren 50 % der Werte, die durch das obere und untere (Viertel) Quartil begrenzt sind. Die Begrenzungslinien ober- und unterhalb der Box (Whiskers) stehen für die größten und kleinsten Datenwerte. Die Werte außerhalb dieser Eingrenzung stellen Ausreißer dar (Bowerman und O`Connell S. 81-82, S. 107, www.crgraph.de). Die Scatterplots (Abb. 22 bis 24) geben Aufschluss darüber, ob eine Abhängigkeit zwischen zwei Merkmale besteht. Auf der y-Achse sind die Messwerte durch den AC Master, auf der x-Achse die Werte durch das Visante OCT aufgetragen. Die y-Achse und x-Achse haben in jeder Abbildung die gleiche Skalierung, da – zumindest theoretisch – beide Geräte das gleiche messen sollen und man daher erwarten würde, dass die Werte im gleichen Bereich liegen. Der Plot of identity (y = x) stellt die Winkelhalbierende dar. Des Weiteren wurde der Korrelationskoeffizient von Bravais-Pearson (rho) berechnet. Der Korrelationskoeffizient (rho) ist ein Maß für den linearen Zusammenhang zwischen zwei Variablen. Er kann Werte zwischen – 1 und 1 annehmen. Die Korrelation ist umso ausgeprägter, je näher der Korrelationskoeffizient an 1 oder - 1 liegt. 3.5.1 Bland-Altman Analyse In der Medizin werden oft verschiedene Messmethoden verglichen. Meistens ist der wahre Messwert unbekannt. Der Bland & Altman Plot ist eine statistische Methode um zwei klinische Messmethoden zu vergleichen, die denselben Parameter messen. Hiermit kann festgestellt werden, ob beide Methoden im Austausch zueinander benutzt werden können oder ob eine neue Methode die ältere ablösen kann (Myeles und Cui, 2007). Für praktisch klinische Interessen stellt die Bland-Altman Analyse eine gute Methode zur graphischen Darstellung dar (Altman und Bland, 1983). Jedoch kann sie nicht für wiederholte Messungen genutzt werden (Myeles und Cui, 2007). 38 In der graphischen Darstellung werden die Differenzen der zwei Messmethoden gegen deren Mittelwert in ein kartesisches Koordinatensystem gesetzt. Auf der horizontalen x-Achse werden die ermittelten Mittelwerte ((A + B) / 2) der beiden Messgeräte aufgetragen, auf der vertikalen y-Achse die Differenz (A - B) der beiden Geräte. Für jeden Mittelwert in der x-Achse wird die Differenz in der yAchse aufgetragen. Drei horizontale Geraden werden gezogen für den Mittelwert und die Grenzen der Übereinstimmung (limits of agreement). Letztere werden definiert als Mittelwert plus bzw. minus 1,96, multipliziert mit der Standardabweichung der Differenz und beschreiben den Bereich, in dem bei Normalverteilung 95 % der Unterschiede zwischen den Methoden liegen. Die Präsentation der 95 % Grenzen der Übereinstimmung stellt visuell dar, wie gut zwei Messverfahren übereinstimmen. Je kleiner dieser Bereich ist, desto mehr nähern sich die Methoden aneinander an. Um die Frage zu beantworten, wie nun ein „kleiner Bereich“ definiert wird, muss man den klinischen Kontext betrachten. Es ist zu beurteilen, ob die Differenz der zwei Methoden, wie sie in dem 95 % - Übereinstimmungintervall beschrieben wird, Auswirkungen auf die Interpretation der Ergebnisse hat und klinisch relevant ist (Myeles und Cui, 2007). Die Bland-Altman Analyse zeigt die Beziehung zwischen Differenz und Mittelwert, identifiziert systematische Messfehler z.B. ob ein Gerät immer höher oder tiefer misst und stellt Ausreißer dar. So können die Messgenauigkeit und Präzision einer diagnostischen Methode geprüft werden. Eine Über- bzw. Unterschätzung des betrachteten Parameters wird durch eine negative bzw. positive Differenz zwischen den Methoden angezeigt (Bland und Altman, 1999). Sind die Differenzen zwischen oberer und unterer Grenze nicht klinisch wichtig, können die zwei Methoden gleichwertig eingesetzt werden und sind gegeneinander austauschbar. 39 4. Ergebnisse 4.1. Deskriptive Statistiken und graphische Darstellung mit Boxplots Die Tabellen 1 und 2 (Deskriptive Statistik 1 und 2) zeigen die unterschiedlichen Ergebnisse der zentralen Hornhautdicke, Vorderkammertiefe und Linsendicke zwischen den zwei Messgeräten. Minimum, Maximum, Mittelwert, Median und Standardabweichung der gemessenen Werte sind in Tabelle 1 dargestellt. In Tabelle 2 ist die Differenz der erhobenen Werte zwischen dem Visante OCT und dem AC Master in Mittelwert, Median, Maximum, Minimum, Standardabweichung und p-Wert angegeben. Die Messungen zwischen den beiden Verfahren waren alle statistisch signifikant (P< 0,000). Tabelle 1 Deskriptive Statistiken der HHD, VKT und LD StandardN Min Max Mittelwert Median abweichung HHD_OCT (in µm) 44 510 650 576,4 570,0 34,4 HHD_AC (in µm) 44 403 495 471,7 476,5 19,1 VKT_OCT (in mm) 44 1,91 3,93 2,91 2,92 0,39 VKT_AC (in mm) 44 1,99 3,68 3,01 3,05 0,32 LD_OCT (in mm) 44 3,60 5,33 4,32 4,34 0,46 LD_AC (in mm) 44 3,30 4,86 3,97 3,91 0,36 Gültige Werte (Listenweise) 44 40 Tabelle 2 Deskriptive Statistiken der Differenzen von HHD, VKT und LD zwischen AC Master und Visante OCT StandardN Min Max 44 36,00 207,0 104,6 43,3 0,000 44 - 0,68 0,74 0,09 0,24 0,000 44 - 1,42 1,24 - 0,35 0,44 0,000 Mittelwert abweichung p-Wert* Differenz_HHD (in µm) Differenz_VKT (in mm) Differenz_LD (in mm) Gültige Werte (Listenweise) 44 *p-Wert des Wilcoxon-Rangsummentests HHD#(in#μm)## 41 AC#Master# OCT# Abbildung 19 Boxplot zur HHD-Messung Die mittlere Hornhautdicke, die mit dem Visante OCT gemessen wurde, betrug 576,4 ± 34,4 µm, die mit dem AC Master gemessen wurde 471,7 ± 19,1 µm. Die Spannbreite zwischen dem bestimmten Minimal- und Maximalwert war beim OCT 140 µm, beim AC Master war sie geringer: 92 µm (s. Abb. 19). Die Differenz zwischen den gemessenen Werten betrug im Mittel 104,6 µm. Im Vergleich maß das Visante OCT signifikant größere Hornhautdicken als der AC Master (p= 0,000). VKT$(in$mm)$ 42 AC$Master$ OCT$ Abbildung 20 Boxplot zur VKT-Messung Die Werte zur Vorderkammertiefe zeigten eine relativ gute Übereinstimmung zwischen den beiden Geräten. Die Boxplots zur Vorderkammertiefe ordneten sich im gleichen Größenbereich an (s. Abb. 20). Die Mittelwerte lagen bei 3,01 ± 0,32 mm (AC Master) und 2,91 ± 0,39 mm (Visante OCT). Die Ergebnisse unterschieden sich jedoch signifikant voneinander (p= 0,000). Der am kleinsten gemessene Wert durch den AC Master betrug 1,99 mm, durch das Visante OCT 1,91 mm. Der am größten gemessene Wert lag bei 3,68 mm (AC Master) bzw. 3,93 mm (Visante OCT). Die mittlere Differenz zwischen den ermittelten Werten beider Messmethoden lag bei 0,1 mm ± 0,24 mm. LD#(in#mm)# 43 AC#Master# OCT# Abbildung 21 Boxplot zur LD-Messung Der Mittelwert der Linsendicke wurde von dem Visante OCT bei 4,32 ± 0,46 mm gesetzt und war signifikant höher als der durch den AC Master bestimmten Wert (3,97 ± 0,36 mm) (p= 0,000) (s. Abb. 21). Das durch das Visante OCT gemessene Minimum betrug 3,6 mm, das durch den AC Master gemessene Minimum 3,3 mm. Der maximale Wert lag bei 5,33 mm (Visante OCT) und 4,86 mm (AC Master). Die mittlere Differenz der verglichenen Werte betrug 0,35 ± 0,44 mm. Die Mittelwerte und Mediane der drei Parameter wichen nicht deutlich voneinander ab. Dies zeigte, dass es keine großen Ausreißer gab. Fazit: Die Abbildungen 19 bis 21 verdeutlichen, dass das Visante OCT Werte mit einer größeren Spannweite maß. Die Ergebnisse wiesen eine höhere Variabilität auf. Die größte Hornhautdickenmessung zu Differenz sehen, der die Spannweiten geringste war bei der Differenz bei der 44 Vorderkammertiefenmessung. Das Visante OCT ermittelte für die Hornhautund Linsendicke größere Werte als der AC Master. 4.2. Korrelationskoeffizienten und graphische Darstellung mit Scatterplots Tabelle 3 Korrelationen der HHD mit AC Master und Visant OCT HHD_AC Korrelation nach Pearson HHD_AC HHD_OCT 1,000 -,248 Signifikanz (2-seitig) N HHD_OCT Korrelation nach Pearson ,104 44,000 44 -,248 1,000 Signifikanz (2-seitig) ,104 N 44 Abbildung 22 Scatterplot zur HHD-Messung 44,000 45 Alle vom Visante OCT gemessenen Werte für die Hornhautdicken waren größer als die vom AC Master gemessenen Werte, da sich alle Punkte unterhalb der Winkelhalbierenden befanden (s. Abb. 22). Es bestand ein schwacher negativer Zusammenhang zwischen den erhobenen Werten des Visante OCTs und AC Masters (rho = – 0.248) (s. Tab. 3). Tabelle 4 Korrelationen der LD mit AC Master und Visante OCT LD_AC LD_OCT LD_AC Korrelation nach Pearson 1,000 Signifikanz (2-seitig) N LD_OCT Korrelation nach Pearson ,438** ,003 44,000 44 ,438** 1,000 Signifikanz (2-seitig) ,003 N 44 44,000 **. Die Korrelation ist auf dem Niveau von 0,01 (2-seitig) signifikant. 46 Abbildung 23 Scatterplot zur LD-Messung In diesem Scatterplot (Abb. 23) lag die Mehrheit der Werte für die Linsendicke unterhalb des Plot of identity. Dies zeigte, dass der AC Master geringere Werte maß als das Visante OCT. Es deutete sich eine positive Korrelation an (rho= 0.438) (s. Tab. 4). 47 Tabelle 5 Korrelationen der VKT mit AC Master und Visante OCT VKT_AC Korrelation nach Pearson VKT_AC VKT_OCT 1,000 ,788** Signifikanz (2-seitig) N VKT_OCT Korrelation nach Pearson ,000 44,000 44 ,788** 1,000 Signifikanz (2-seitig) ,000 N 44 44,000 **. Die Korrelation ist auf dem Niveau von 0,01 (2-seitig) signifikant. Abbildung 24 Scatterplot zur VKT-Messung Die durch den AC Master ermittelten Werte zur Vorderkammertiefe lagen hauptsächlich oberhalb der Winkelhalbierenden (s. Abb. 24). Das bedeutete, 48 dass der AC Master größere Werte maß als das Visante OCT. Hier zeigte sich zwischen den beiden Messmethoden eine positive Korrelation (rho= 0.788) (s. Tab. 5), die im Vergleich zu den Parametern Linsendicke und Hornhautdicke am ausgeprägtesten ist. 4.3. Graphische Darstellung mit Bland-Altman-Plots Die folgenden Abbildungen (Abb. 25 bis 27) zeigen die Übereinstimmung der Messergebnisse des AC Masters und des Visante OCTs. Die Differenzen (OCT - AC Master) sind auf der y-Achse, die Mittelwerte ((OCT + AC Master) / 2) auf der x-Achse aufgetragen. Die mittlere horizontale Linie entspricht dem Mittelwert, die unterste sowie oberste Linie verdeutlichen den Mittelwert ± 1,96 mal der Standardabweichung. 188,9% 104,7% 19,7% Abbildung 25 Bland-Altman-Plot zur Darstellung der Hornhautdicke 49 95 % der Grenzen der Übereinstimmung der beiden Messmethoden lagen zwischen 19,7 µm und 188,9 µm (untere und obere Grenze). Die Grenzen entsprechen der oberen und unteren horizontalen Linie in der Abbildung (s. Abb. 25). Der Mittelwert der Differenz (= mittlere Unterschied) entsprach 104,7 µm mit einer Standardabweichung von 43,3 µm. Dieser ist als mittlere Horizontale eingetragen. Alle Punkte befanden sich oberhalb der Nulllinie, was darauf schließen ließ, dass die mit dem Visante OCT bestimmten Werte immer höher waren als die mit dem AC Master bestimmten Werte (Vergleiche Tabelle 1: Mittelwert OCT 576,4 µm; Mittelwert AC Master 471,7 µm). Die Punkte in Abbildung 25 zeigten eine aufsteigende Tendenz: mit zunehmenden Mittelwerten der Hornhautdicke wurde auch die Differenz der gemessenen Hornhautdicke größer. Das bedeutet, dass der Unterschied zwischen den Geräten umso größer war, je größer der Messwert war (proportional error). Die Rate der Outlier (außerhalb des 95 % Intervalls) lag bei 2,3 %. Fazit: Beide Geräte sind nicht hinreichend vergleichbar bezüglich der biometrischen Kapazität. Die zwei Messmethoden zeigten systematische Unterschiede, gewährleisten damit keine gleichen Messungen und können nicht im Austausch gegeneinander genutzt werden. 50 0,57% 0,1% '%0,37% Abbildung 26 Bland-Altman-Plot zur Darstellung der Vorderkammertiefe Die Abweichungen beider Messmethoden bezüglich der Vorderkammertiefe (doppelte Standardabweichung um den Mittelwert der Differenzen beider Methoden nach Bland-Altman) schwankten mit einer Wahrscheinlichkeit von 0,95 zwischen 0,57 und - 0,37 mm um die mittlere Differenz beider Messmethoden (s. Abb. 26). Die obere Grenze (obere Horizontale) entsprach 0,57 mm, die untere Grenze (untere Horizontale) - 0,37 mm und der Mittelwert der Differenz (mittlere Horizontale) 0,1 mm. Die Rate der Ausreißer betrug hier 6,8 %. Der Mittelwert der Differenz entsprach 0,1 mm mit einer Standardabweichung von 0,24 mm und deckte sich fast mit der Nulllinie. Die Streuung der Punkte ober- und unterhalb der Mittellinie war relativ ausgeglichen. Sie streuten gleichmäßig um die mittlere Differenz (0,1 mm). Ein klarer Trend, dass die Differenzen mit steigendem Mittelwert größer oder kleiner wurden, war nicht zu erkennen. 51 Fazit: Obwohl die Streuung der Werte um die Mittellinie ausgeglichen erschien, war die Abweichung um die mittlere Differenz zu groß, um beide Messmethoden gegeneinander auszutauschen. 0,52% &%0,35% &%1,22% Abbildung 27 Bland-Altman-Plot zur Darstellung der Linsendicke Das 95 % - Übereinstimmungsintervall bezüglich der Linsendicke betrug 0,52 mm bis - 1,22 mm (obere und untere Horizontale in Abb. 27). Der Mittelwert der Differenz entsprach - 0,35 mm mit einer Standardabweichung von 0,44 mm (als mittlere Horizontale gekennzeichnet). Die Outlier-Rate betrug 4,6 %. 52 Hier deutete sich wie bei der Messung der Hornhautdicke an, dass der Unterschied zwischen den beiden Geräten umso größer war (d.h. umso stärker negativ war), je größer der Mittelwert war. Fazit: Es lässt sich auch hier sagen, dass beide Messmethoden nicht im Wechsel zu benutzen sind. 53 5. Diskussion In dieser Studie wurden drei Parameter des vorderen Augenabschnittes anhand zwei verschiedener Messmethoden ermittelt. Die Parameter Hornhautdicke, Vorderkammertiefe und Linsendicke wurden jeweils mit den Non- Kontaktgeräten Visante OCT und AC Master gemessen. 44 Augen von 44 Probanden im Alter von acht bis 66 Jahren wurden hierfür ausgemessen. Die Ergebnisse wurden graphisch in Boxplots, Scatterplots und Bland-Altman-Plots dargestellt. Die biometrische Erfassung der Strukturen am vorderen Augenabschnitt spielt in vielen Teilbereichen der Augenheilkunde eine große Rolle. Die präzise Hornhautpachymetrie vermeidet in der refraktiven Chirurgie Unter- und Überkorrekturen oder Perforationen bzw. iatrogene Keratektasien. Sie wird zur prä-, intra- und postoperativen Diagnostik und Kontrolle eingesetzt sowie bei Krankheitsbildern, wie Hornhautödem, Hornhautdystrophie, Keratokonus oder Narben. Genaue Informationen über die Vorderkammertiefe haben Einfluss für die Anpassung von Intraokularlinsen und implantierbaren Kontaktlinsen. Die richtige Größe der Linsen spielt eine große Rolle, um im Verlauf Komplikationen zu vermeiden. Die Linsendicke ist von vielen Faktoren abhängig, wie z.B. Alter und die Stoffwechselerkrankung Diabetes mellitus. Zur Diagnostik bei Katarakt und zur präoperativen Vorbereitung der extra- oder intrakapsulären Kataraktextraktion sind Kenntnisse über die Linse von Bedeutung. Diese Studie stellte dar, dass die durch das Visante OCT und den AC Master ermittelten Ergebnisse für die Hornhautdicke systematische Unterschiede zeigten. Die mittlere Differenz der gemessenen Hornhautdicken betrug 104,6 µm. Das Visante OCT maß für die Hornhautdicke im Mittel 576,4 ± 34,4 µm, der AC Master maß 471,7 ± 19,1 µm. Alle Werte, die das Visante OCT ermittelte, waren größer als die vom AC Master gemessenen Werte. 54 Die Reichweite zwischen Minimal- und Maximalwert beim OCT betrug 140 µm, beim AC Master 92 µm. 95 % der Grenzen der Übereinstimmung der beiden Messmethoden lagen zwischen 19,7 µm und 188,9 µm (untere und obere Grenze). Es liegen einige Studien vor, in denen die Hornhautdicke mit verschiedenen Pachymetriegeräten gemessen wurde. Ho et al. verglichen das Visante OCT anhand LASIK operierten Augen mit verschiedenen Methoden zur Errechnung des vorderen Augenabschnittes: der Ultraschallpachymetrie, dem Orbscan und der Pentacam. Die Pentacam und das Visante OCT maßen statistisch signifikant geringere Werte für die Hornhautdicke als das Orbscan und die Ultraschall-Pachymetrie (Ho et al., 2007). Buehl et al. zeigten in ihrer Studie, dass der AC Master in 76 % geringere Werte für die zentrale Hornhautdicke ermittelte als der Orbscan und in 80 % geringere Werte maß als die Pentacam. Sie schätzten jedoch die gemessenen Unterschied für die zentrale Hornhautdicke als gering ein im Vergleich zur gemessenen peripheren Hornhautdicke (Buehl et al, 2006). Prospero Ponce et al. verglichen die Hornhautdicke an jeweils gesunden, an Keratokonus-verdächtigen und an LASIK-operierten Augen. Hier ermittelten die Pentacam und das Visante OCT immer geringere Werte als die Ultraschallpachymetrie an gesunden und Keratokonus-verdächtigen Augen (Prospero Ponce et al, 2009). Es lässt sich somit sagen, dass es erhebliche Unterschiede in den Ergebnissen zwischen den einzelnen Messmethoden gibt. Bei der Messung der Vorderkammertiefe zeigten in dieser Studie das Visante OCT und der AC Master eine relativ gute Übereinstimmung. Der AC Master maß einen Mittelwert von 3,01 ± 0,32 mm und insgesamt größere Werte als das Visante OCT, welches einen Mittelwert von 2,91 ± 0,39 mm ergab. Die mittlere Differenz zwischen den gemessenen Werten betrug 0,1 mm ± 0,24 mm. Die Abweichungen beider Messmethoden schwankten mit einer Wahrscheinlichkeit von 0,95 zwischen 0,57 und - 0,37 mm um die mittlere Differenz beider Messmethoden 55 Buehl et al. ermittelten für die mittlere Vorderkammertiefe folgende Werte: 3,32 ± 0,28mm (AC Master), 3,12 ± 27mm (Orbscan) und 3,35 ± 0,28mm (Pentacam). Hier zeigte sich, dass der AC Master in 95 % größere Werte maß als der Orbscan, diese dennoch gut korrelierten (Buehl et al., 2006). Wang und Swartz fanden heraus, dass die Pentacam den größten Wert für die Vorderkammertiefe ermittelte, gefolgt vom AC Master, der Spaltlampentechnik und schließlich dem IOL Master (Wang und Swartz, 2007). Lange et al. beschrieben in ihrer Studie, dass sie mit dem Visante OCT und der Pentacam die Vorderkammertiefe im Mittel um 0,1 mm geringer maßen als mit dem AC Master (Lange et al., 2009). Dieses Ergebnis zwischen AC Master und Visante OCT konnte in dieser Studie wiederholt werden. Bezüglich der Linsendicke konnte in dieser Studie durch das Visante OCT einen mittleren Wert von 4,32 ± 0,46 mm und durch den AC Master einen Wert von 3,97 ± 0,36 mm ermittelt werden. Das Ergebnis durch die letztere Methode war signifikant geringer. Die mittlere Differenz lag bei 0,35 ± 0,44 mm. Das Minimum betrug 3,6 mm (Visante OCT) bzw. 3,3 mm (AC Master), das Maximum 5,33 mm (Visante OCT) bzw. 4,86 mm (AC Master). Das 95 % - Übereinstimmungsintervall betrug 0,52 mm bis - 1,22 mm. Zusammenfassend zeigt sich, dass viele Studien sich bereits mit der Biometrie des vorderen Augenabschnittes beschäftigt haben, jedoch keine Studie bisher die drei Parameter Hornhautdicke, Linsendicke und Vorderkammertiefe anhand des AC Masters und des Visante OCTs vergleicht. Die in dieser Studie gewonnen Ergebnisse bestätigten die signifikanten Unterschiede zwischen den einzelnen Messmethoden. Beide Geräte weisen einige Vor- und Nachteile auf, die im Folgenden näher erläutert werden. 56 5.1. Ein Vorteile des Visante OCTs Hauptvorteil des Visante OCTs ist die geringe Belastung der Untersuchungsperson. Die Messung erfolgt berührungslos im Gegensatz zur Ultraschallpachymetrie und macht die Untersuchung für den Patienten angenehm. Durch das Non-Kontaktverfahren besteht für den Patienten weder eine Infektionsgefahr noch die Gefahr einer Hornhautläsion (Doors et al., 2009). Das zu untersuchende Auge muss nicht weitgetropft oder lokalanästhetisch behandelt werden. Dies ist für den Patienten wesentlich angenehmer. Die Querschnittstomogramme ermöglichen eine detaillierte Untersuchung von Hornhaut, Vorderkammer, Iris, Linse und Kammerwinkel. Eine Bildgebung des vorderen bzw. hinteren Augenabschnitts ist im Gegensatz zum AC Master möglich. Somit sind Morphologie und Pathologien am vorderen Augenabschnitt detektierbar. Insbesondere sind außerdem die verschiedenen Schichten der Kornea im Querschnittsbild zu unterscheiden. (Wirbelauer et al., 2002). Die hochauflösenden Bilder lassen eine Differenzierung zwischen Epithel und Stroma der Hornhaut sowie Linsenrinde und Nukleus zu (Wirbelauer et al., 2001, Baϊkoff et al., 2004). Epithelialisierung nach operativen Eingriffen, die Morphologie von Hornhauttransplantaten, Gonioskopie, DSEK, Pigmentveränderungen der Iris (Steinert, R., 2006) können bildhaft dargestellt und somit im Verlauf beurteilt werden. Sogar bei Kindern kann das Gerät eingesetzt werden, um Erkrankungen am Auge zu diagnostizieren (Cauduro et al., 2012). Die integrierte Software verbessert ebenfalls verzerrte Bilder der Hornhaut. Die schnelle Lieferung der Bilder reduziert Bewegungsartefakte (Wirbelauer et al., 2005, Li et al., 2006, Zhao et al., 2007). Die genaue Auflösung und hohe Messgeschwindigkeit machen das Verfahren extrem attraktiv. Alle Untersuchungen sind in einer Sitzung durchführbar. Die Technik zeigt eine hohe Auflösung, Präzision und Reproduzierbarkeit (Rajan et al., 2002, Lange et al., 2009). 57 Eine weitere Besonderheit des Visante OCTs ist die interne Vorschaltung negativer Linsen. Somit kann eine Akkommodation ausgelöst und live am Monitor überwacht und analysiert werden. Des Weiteren wird intern eine Ametropie korrigiert. Für die Darstellung der Vorderkammertiefe und somit die richtige Größenwahl von Intraokularlinsen und implantierbaren Kontaktlinsen ist das Visante OCT gut geeignet (Vukich, J., 2006). Bei der präoperativen Planung von LASIK ist das Visante OCT von großer Bedeutung. Die Hornhautstromadicke muss genau ausgemessen werden um zu vermeiden, dass postoperativ die Hornhaut zu dünn gerät und sich die Komplikation einer Ektasie entwickelt. Nach einer vorangegangenen LASIK Operation kann die optische Kohärenztomographie Informationen über den Heilungsprozess, ein Hornhautödem, das Stroma, sowie über die Flapdicke und –ungleichmäßigkeiten liefern. Andere Komplikationen nach LASIK sind die Epithelialisierung der Kornea oder sogenannte Knopflöcher, die bei zu dünngeratenem Flap entstehen können. Das Visante OCT kann die Defekte und deren Tiefe bestimmen, um anschließend die weitere Therapie zu planen (Donnenfeld, E., 2006). Neben präoperativer Planung und postoperativer Kontrolle kann die optische Kohärenztomographie auch während operativer Eingriffe am vorderen Augenabschnitt eingesetzt werden (Viestenz et al., 2009, Geerling et al., 2005). 58 5.2. Nachteile des Visante OCTs Ein besonderer Nachteil des Visante OCTs ist die manuelle Auswertung der erhobenen Daten. Die Querschnittstomogramme werden im Computer gespeichert, jedoch muss der Bediener die Bestimmung der Parameter selbst vornehmen, indem er die Caliper (Messtaster) setzt. Dies ist an sich nicht schwer, aber im Gegensatz zu einer automatischen Messung zeitaufwendiger. Es bedarf einer gewissen Übung und Einführung in das Gerät und ist somit untersucherabhängig. Beim Setzen der Caliper per Maus kann es zu Fehlmessungen kommen, da die Messtaster nicht fein justiert werden können. Verlängert man einen Caliper, ist der nächsthöhere Wert gleich um 0,02 mm größer, d.h. zum Beispiel der nächsthöhere Wert nach 0,54 mm ist 0,56 mm. Um 0,01 mm lässt sich der Messtaster nicht verlängern oder reduzieren. Des Weiteren ist es nicht möglich, die zu messenden Parameter (Vorderkammertiefe, Hornhaut- und Linsendicke) in einem Schritt zu erheben. Man braucht hierfür zwei Bilder. Das erste Bild zeigt den vorderen Augenabschnitt nur bis zur vorderen Linsenfläche. Die komplette Linse ist hier nicht abgebildet. Um die Linsendicke zu ermitteln, muss ein zweites Bild akquiriert werden, das die Linse voll abbildet. Von Hand werden auch hier die Caliper von Linsenvorderfläche bis Linsenrückfläche gesetzt. Ein weiterer Nachteil ist, dass nur streng axiale Messungen zur biometrischen Auswertung geeignet sind. Baϊkoff et al. berichteten, dass eine Abweichung von der optischen Achse um 0,5 mm eine Unterschätzung von 20 µm der Vorderkammertiefe zur Folge hat (Baϊkoff et al., 2005). 59 5.3. Vorteile des AC Masters Wie die optische Kohärenztomographie misst der AC Master Parameter des vorderen Augensegments berührungslos. Die Vorteile des kontaktfreien Verfahrens, wie oben genannt, treffen ebenso auf den AC Master zu, weshalb die Messungen für den Probanden bzw. den Patienten angenehm sind. Neben der zentralen Hornhautdicke lassen sich ebenfalls Punkte in der peripheren Kornea ermitteln. Die Technik der partiellen Kohärenzinterferometrie erlaubt präzise biometrische Bestimmungen im Mikrometerbereich (Buehl et al., 2006, Kriechbaum et al., interuntersucherabhängiger 2006). Die Messungen für Reliabilität intra- Hornhautdicke und und Vorderkammertiefe beträgt 99,9 % (Sacu et al., 2006). Die mit dem AC Master gemessenen Werte sind bis auf die Mikrometerregion präzise und weisen eine hohe Reproduzierbarkeit auf (Buehl et al., 2006). Aufgrund der Möglichkeit Messungen während des Akkommodationsvorgangs durchzuführen, können Veränderungen der Linse und der Vorderkammer beobachtet werden (Masahiro et al., 2006). Des Weiteren erfolgen die Messungen schnell. Nachdem der AC Master zum Probandenauge eingestellt ist, erfolgt die eigentliche Messung nur durch Knopfdruck am Joystick. Innerhalb weniger Sekunden werden mehrere Messungen automatisch hintereinander ausgelöst, aus denen anschließend der Computer eigenständig einen Mittelwert ausrechnet. Der Untersucher muss somit nicht selbst die Werte ermitteln. Wie bei dem Visante OCT lassen sich alle Messungen in einer Sitzung tätigen. Wenn alle Einstellungen stimmig sind, sind sie sogar mit einer Messung, also einem Knopfdruck zu erhalten. 60 5.4. Nachteile des AC Masters Nachteilig in der Anwendung des AC Masters ist jedoch die Einstellung des Gerätes zum Auge. Sie erfordert viel Geduld, da es ist nicht einfach ist die Korneal- und Linsenreflexe zentral einzustellen. Nach meiner Erfahrung ist es hilfreich, das Gerät vor und zurückzufahren und somit neu zu justieren. Der Messvorgang ist zwar kurz, jedoch kann die Einstellung zum Auge bis zu mehreren Minuten dauern. Der Patient sollte während dieses Prozesses ruhig sitzen und den Fixierpunkt fixieren. Für den Teilnehmer kann das unter Umständen anstrengend sein und zu tränenden Augen und vermehrtem Lidschlag führen. In diesem Falle sollte eine Pause eingelegt werden, damit sich die Augen des Probanden „erholen“. Besonders schwierig sind die Messungen bei unruhigen und incomplianten Patienten. Auffallend ist, dass die Computersoftware des AC Masters nicht bei jeder durchgeführten Messung auf Anhieb alle vier Parameter (ACS, PCS, ALS, PLS) ermitteln kann. Besonders die Bestimmung des hinteren Anteils des vorderen Augenabschnittes gestaltet sich schwierig, d.h. die Ermittlung der Werte der Linsendicke (ALS, PLS), wobei die Reflektion der hinteren Linsenoberläche (PLS) am schwierigsten ist. In diesem Falle müssen mehrere Messungen wiederholt werden oder das Gerät muss neu justiert werden. Sacu et al. beschrieben Schwierigkeiten bei der Erhebung der Linsendicke bei Kataraktveränderten Augen (Sacu et al. 2005). Gründe für schlecht zu ermittelnde Messwerte können Hornhautnarben sowie Pathologien an Hornhaut und Linse sein. 61 5.5. Gründe für signifikante Unterschiede zwischen den erhobenen Werten Es kann vielfältige Gründe geben, weshalb es zu unterschiedlichen Werten zwischen zwei Messmethoden kommen kann. Allgemein kann die mangelnde Mitarbeit des Patienten eine Ursache sein. Zum anderen können aber auch ärztlicherseits Fehler bei dem Messablauf auftreten. Es ist ein Unterschied, ob Messungen durch eine Person oder durch verschiedene Personen durchgeführt werden. Des Weiteren kann die Software der Computer systematische Fehler aufweisen, weshalb sie regelmäßig einer Wartung unterzogen werden sollte. Bezüglich dieser Untersuchung kann es zu Fehlmessungen kommen, wenn die Positionierung des Auges nicht regelrecht zentral ist und nicht genau entlang der optischen Achse gemessen wird. Wie oben beschrieben hat jedes Gerät seine Eigenheiten und kann Schwierigkeiten während des Messprozesses machen (z.B. die Justierung zur zentralen Einstellung). Von großer Bedeutung ist hier die manuelle Ermittlung der Werte am Visante OCT vs. Die computergestützte Ermittlung durch den AC Master. Die von Hand gesetzten Caliper brauchen einen geübten Untersucher. Innerhalb der Geräte sahen Meinhardt et al. in der Konversion der erhobenen Originaldaten eine mögliche Ursache für die unterschiedlich erhobenen Werte. Sie maßen der Geschwindigkeit von Licht und Geräusch als Ursache von Fehlerquellen Bedeutung zu. Das Wissen darüber sowie über die Verteilung von Frequenz in okulären Strukturen sei noch nicht vollständig etabliert (Meinhardt et al., 2006). Aus den genannten Gründen ist es wichtig, die möglichen Fehlerquellen zu detektieren und so gut wie möglich auszuschalten. Ist dies nicht möglich, muss der Untersucher sich ihrer bewusst sein und sie bei der klinischen Interpretation der Resultate berücksichtigen. 62 6. Zusammenfassung Der AC Master und das Visante OCT wurden in der Messung von Hornhautdicke, Linsendicke und Vorderkammertiefe verglichen. Wenn man zwei unterschiedliche Methoden an Individuen vergleicht, ist es nahezu unwahrscheinlich, dass man identische Ergebnisse erhält. Auch wenn die gleichen Bedingungen geschaffen und das Vorgehen standardisiert werden, wird es immer Störeinflüsse, wie oben genannt, geben. Wichtig ist, zu entscheiden, ob die gemessenen Unterschiede in den Ergebnissen klinisch relevant sind und für die adäquate Diagnostik und Therapie des Patienten eine Rolle spielen. Bisher gibt es noch keine repräsentativen Studien über die Reliabilität zwischen den Messmethoden des AC Masters und Visante OCTs, sowie über die Gemeinsamkeiten und Unterschiede und ob und welches der beiden Geräte genauer misst. Die Bland-Altman Analyse ist die geeignetste Methode um zwei Verfahren zu vergleichen, die die gleichen Parameter messen. Sie beantwortet die Frage der Austauschbarkeit der Verfahren. Diese Studie zeigte, dass systematische Unterschiede zwischen den verschiedenen Messmethoden Vorderkammertiefe und bezüglich Hornhautdicke der Parameter bestanden. Die Linsendicke, Visante OCT- Ergebnisse zeigten eine höhere Variabilität. Das OCT maß generell größere Werte mit breiterer Streuung. Der AC Master ermittelte die Werte für die gemessenen Parameter in einem kleineren Bereich. Im Mittel betrug die Differenz der Hornhautdicke zwischen den beiden Messmethoden 104,6 ± 43,3 µm. Dieser Wert war klinisch als relativ groß zu bewerten. Besonders anhand der Bland-Altman-Plots (s. Abb. 25 bis 27) war ersichtlich, dass die Abstände zwischen den Horizontalen der Grenzen der Übereinstimmung groß waren. Sie schwankten zwischen 19,7 µm und 188,9 µm um die mittlere Differenz beider Methoden. Somit nähern sich die Verfahrensmethoden nicht aneinander an und sind nicht gegeneinander austauschbar. 63 Bei den Messungen der Linsendicke konnten ähnliche Ergebnisse erzielt werden. 95 % der Grenzen der Übereinstimmung der beiden Messmethoden lagen zwischen 0,52 mm und - 1,22 mm. Der AC Master und das Visante OCT differierten bezüglich ihren Messungen um 0,35 mm ± 0,44 mm. Somit sind die zwei Methoden nicht hinreichend vergleichbar bezüglich ihrer biometrischen Kapazität. Die mittlere Differenz zwischen den von beiden Biometriegeräten gemessenen Werten für die Vorderkammertiefe lag bei 0,1 mm ± 0,24 mm. Die zu erwartende Abweichung im Bereich – 0,37 bis 0,57 mm fällt für die Klinik gravierend aus, so dass hier die Austauschbarkeit der Messgeräte ebenso nicht gilt. Auch wenn die verwendeten Geräte genaue Messungen am vorderen Augenabschnitt im Mikrometerbereich durchführen, können sie sich dennoch gegenseitig bezüglich der Hornhautdicke, Linsendicke und Vorderkammertiefe nicht ersetzen. Wie oben bereits erläutert, ist die präzise Bestimmung der Parameter für bestimmte Verfahren in der Augenheilkunde erforderlich. Eine Fehlmessung der Hornhautdicke um 100 µm könnte z.B. in der refraktiven Chirurgie erhebliche Folgen haben. Diese Untersuchung zeigte, dass die Messmethoden nicht im Austausch miteinander zu benutzen sind. Bei allen drei Parametern unterschieden sich die Geräte systematisch. Wird mit einem Gerät begonnen die Parameter am vorderen Augensegment zu erheben, müssen die weiteren Messungen zur Verlaufskontrolle ebenfalls mit demselben Verfahren fortgeführt werden. Das Visante OCT und der AC Master müssen „nebeneinander“ benutzt werden. Zusätzlich sollte angegeben werden, welche Untersuchungsmethode gewählt wurde. Bisher galt die Ultraschallpachymetrie als Goldstandard zur Messung der Hornhautdicke. Für die Messungen der beiden anderen Parameter wurde bisher kein Goldstandard festgelegt. Zwischen der Ultraschallmessung und den berührungslosen Verfahren gibt es signifikante Unterschiede, unter anderem 64 durch den Tränenfilm bedingt, der bei den Non-Kontaktgeräten mit einberechnet wird (Kim et al., 2008). Aufgrund der vielen Vorteile, die die berührungslosen Verfahren jedoch bieten, sind Messungen mit dem Visante OCT und AC Master in den Vordergrund gerückt und extrem attraktiv für den klinischen Alltag geworden. Aus diesem Grund kann man diskutieren, ob ein kontaktloses Biometriegerät als Standard für den vorderen Augenabschnitt zu wählen ist. Welches Gerät nun jedoch gewählt werden sollte, bedarf noch weiteren Untersuchungen. Da man den wahren Wert der Parameter am vorderen Augenabschnitt nicht kennt, kann keine Aussage getroffen werden, welches Gerät diesem Wert am nächsten kommt. Bisher haben andere Studien die Differenzen zwischen verschiedenen Verfahren gezeigt. Auch diese Untersuchung konnte bezüglich des AC Masters und Visante OCTs nicht zeigen, dass beide Geräte zu den gleichen Ergebnissen kommen. Um der Frage nach dem optimalen Messgerät näher zu kommen, kann die Inter- sowie Intra-Rater Reliabilität zusätzlich Auskunft geben. Dies ist in dieser Studie nicht untersucht worden. Hier wurden die Messungen von einem Untersucher einmalig durchgeführt. Für die Intra-Rater Reliabilität werden mehrere Messungen durch dieselbe Person wiederholt. Werden die Messungen durch unterschiedliche Untersucher durchgeführt, kann die Inter-Rater Reliabilität bestimmt werden. Es wäre interessant zu wissen, ob es einen intraindividuellen und interindividuellen Unterschied zwischen den Messmethoden gibt. In dieser Studie wurde zudem bei der Messung des vorderen Augenabschnittes jeweils dieselbe Reihenfolge gewählt (als erstes das Visante OCT, anschließend der AC Master). Man hätte die Reihenfolge der zwei Messungen zudem umstellen bzw. randomisiert wählen können, da es möglich ist, dass der Proband bei der letzteren Messung aufgrund der nachlassenden Konzentration schlechter mitarbeitet. Zur Handhabbarkeit der Geräte lässt sich sagen, dass nach ausführlicher Einweisung und übenden Messversuchen es möglich ist, die Messungen an 65 ärztliches Hilfspersonal zu delegieren, wodurch eine Zeitersparnis zu erzielen ist. Die Auswertung der Ergebnisse sollte jedoch durch die Ärztin bzw. den Arzt erfolgen. Dadurch, dass die Einstellung zum Auge mit dem Visante OCT weniger zeitaufwendig ist als mit dem AC Master und die Bilder des vorderen Augenabschnittes ohne große Schwierigkeiten zu ermitteln sind, ist dieses Gerät im klinischen Alltag besser anwendbar. Es lässt sich die Aussage treffen, dass für die Praxis das Visante OCT dem AC Master vorzuziehen ist. Im direkten Vergleich brauchen der Untersucher als auch der Patient für die Ermittlung der Werte durch den AC Master mehr Geduld. Es ist einfacher anzuwenden, die Werte lassen sich leichter ermitteln. Zudem ist die Untersuchung patientenfreundlich, da die Messwerte schnell zu akquirieren sind. Um zu erfahren, welches Gerät für den Patienten letztendlich subjektiv angenehmer ist, wäre ein Fragebogen diesbezüglich hilfreich. Für den Patienten scheint das Visante OCT aus den o.g. Gründen angenehmer und kann sogar bei Kindern eingesetzt werden. Ein zusätzlicher Vorteil sind die erzeugten Querschnittsbilder. Anhand dieser kann der Patient ebenfalls die Anatomie und Pathologie seines Auges nachvollziehen und in den Entscheidungsprozess einbezogen werden. Abschließend lässt sich sagen, dass die Vorteile des Visante OCTs denen des AC Masters überwiegen und daher zu empfehlen ist, das Visante OCT im klinischen Alltag einzusetzen. 66 7. Literaturverzeichnis Allemann, N., Chamon, W., Tanaka, H.M., Mori, E.S., Campos, M., Schor, P., Baϊkoff, G. (2000). Myopic angle supported intraocular lenses: two year followup. Ophthalmology 107(8), 1549-1554 Allouch, C., Touzeau, O., Kopito, R., Borderie, V., Laroche, L. (2005). Crystalline lens biometry using A-scan ultrasound and the Orbscan device. Fr Ophthalmol, 28(9), 925-932 Altman, D.G., Bland, J.M. (1983). Measurement in Medicine: the Analysis of Method Comparison Studies. The Statistician 32, 307-317 Auffarth, G.U., Borkenstein, A.F.M., Ehmer, A., Mannsfeld, A., Rabsilber, T.M., Holzer, M.P. (2008). Scheimpflug- und Topographiesysteme in der opthalmologischen Diagnostik. Ophthalmologe 105, 810-817 Augustin, A. J. (2007). Augenheilkunde 3. Auflage. 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Des Weiteren danke ich besonders Herrn Dr. Matthias Elling für die Einarbeitung, sowie Betreuung und Geduld über den gesamten Zeitraum der Entstehung dieser Arbeit. Meinen Eltern Myung-hi und Dr. Wieland Boeckmann möchte ich danken, dass sie mich stets in meinem Studium förderten und motivierten. Auch danke ich Hendrik Cramer und meinen Schwestern Sarah und Lena für ihre Unterstützung und ihr offenes Ohr. 9. Lebenslauf Name: Nina Julia Sou-Yon Boeckmann Geburtsdatum: 06.02.1985 Geburtsort: Berlin Schulausbildung: 1991-1995 Grundschule Vaalserquartier, Aachen 1995-1997 Kaiser-Karls Gymnasium, Aachen 2000-2001 Coloma High School, Coloma, Michigan, USA 1997-2004 Bischöfliche Canisiusschule (Gymnasium), Ahaus Studium: 2004-2010 Studium der Humanmedizin, Ruhr-Universität Bochum 2006 Erster Abschnitt der Ärztlichen Prüfung 2010 Zweiter Abschnitt der Ärztlichen Prüfung Praktisches Jahr: 08/2009-12/2009 Seoul National University Hospital, Children’s Hospital, Seoul, Südkorea (Pädiatrie) 12/2010-04/2010 Bergmannsheil, Berufsgenossenschaftliches Universitätsklinikum Bochum (Innere Medizin) 04/2010-08/2010 Bergmannsheil, Berufsgenossenschaftliches Universitätsklinikum Bochum (Chirurgie) Beruflicher Werdegang: 12/2010 Approbation als Ärztin Seit 01/2011 Assistenzärztin in der Chirurgischen Klinik und Poliklinik, Bergmannsheil, Berufsgenossenschaftliches Universitätsklinikum Bochum