Optische Biometrie: Die Kataraktchirurgie für Chirurgen revolutionieren

Katarakte sind ein häufiges Augenproblem, bei dem die Linse trüb wird. Sie können zu anderen Problemen wie Uveitis und Glaukom führen. Katarakte betreffen mehr als 22 Millionen Menschen in den Vereinigten Staaten und 95 Millionen weltweit. Eine Behandlung ist notwendig, um die Sehfunktion wiederherzustellen und ernsthafte Komplikationen zu verhindern.

Kataraktoperation kann das Sehvermögen von 95% Patienten verbessern. Es besteht jedoch ein geringes Risiko für Komplikationen. Zu diesen Komplikationen zählen Makulaödem, verschwommenes Sehen, Infektionen und Netzhautablösung.

Der Chirurg muss vor der Kataraktoperation die Augenlänge messen, um die richtige Linsenleistung für die Implantation zu wählen. Chirurgen nehmen vor der Operation strukturelle Augenmessungen mit verschiedenen Methoden vor, wie z. B. Biometrie oder der Anwendung von Mathematik auf die Biologie. Zum Beispiel haben wir die vordere Augenkammer Tiefe und die Linsendicke mittels Ultraschallbiometrie gemessen.

Die optische Biometrie nutzt Licht statt Schall und kann ermüdungsfreie Messungen mit einem Gerät erhalten. Ihre Anwendung ist zum Goldstandard geworden, ausgenommen bei Patienten mit einer Katarakt Grad 4 oder höher oder einer weißen Katarakt.

In diesem Artikel geben wir einen Überblick über die Geschichte der Fortschritte in der optischen Biometrie und liefern eine technische Einführung in diesen Ansatz. Wir vergleichen auch die optische Biometrie mit der traditionellen Ultraschallbiometrie.

Kurze Geschichte der optischen Biometrie

Dr. D. Jackson Coleman beschrieb erstmals die Verwendung der Ultraschallbiometrie in den späten 1960er Jahren, und ihr Einsatz für Kataraktoperationen begann in den 1970er Jahren. Die Entwicklung der optischen Biometrie machte eine höhere Genauigkeit der für Kataraktoperationen erforderlichen axialen Längenmessungen notwendig.

In den 1990er Jahren wurde die optische Biometrie eingeführt, um diesen Anforderungen gerecht zu werden. Die partielle Kohärenzinterferometrie (PCI) wurde zuerst entwickelt von Dr. Adolf F. Fercher und Dr. Eckhard H. Roth an der Universität Essen in Deutschland. Der Ansatz lieferte eine genaue und reproduzierbare Alternative zur Ultraschallbiometrie und wurde schnell von Carl Zeiss Meditec als IOLMaster 500 kommerzialisiert. Das Gerät bot eine berührungslose Technik zur Messung der Axiallänge, der Hornhautkrümmung und der vorderen Augenkammer.

In den frühen 2000er Jahren wurde die optische kohärente Reflexionsmessung (OLCR) nach ähnlichen Prinzipien wie die PCI eingeführt. OLCR konnte mehr anatomische Parameter mit höherer Auflösung messen, aber der Prozess dauerte doppelt so lange wie PCI. Haag-Streit brachte kommerziell die Lenstar LS 900 bald darauf.

Die Bildgebungsfähigkeiten wurden durch die Entwicklung von Sweep-Source weiter verbessert Optische Kohärenz-Tomographie (SS-OCT), das die Wellenlänge des zur Informationsgewinnung genutzten Lichts abstimmt und das Signal-Rausch-Verhältnis reduziert, erhöht die Geschwindigkeit, mit der Daten gesammelt werden.

Die optische Biometrie hat sich in den letzten zwei Jahrzehnten rasant entwickelt, vor allem dank Fortschritten bei den Algorithmen zur Datenverarbeitung. In der Praxis erfordert die Wahl der biometrischen Ansätze die Berücksichtigung der klinischen Merkmale des Patienten, der Kosten des Verfahrens und der Verfügbarkeit der Ausrüstung.

Optische Biometrie verstehen

Die optische Biometrie misst die Länge und Struktur des Auges mittels Licht. Sie ist genauer und konsistenter als die Ultraschallbiometrie, die Schallwellen verwendet. Licht hat eine achtfach höhere Auflösung als die 10-MHz-Schallwellen der Ultraschallbiometrie.

Die optische Biometrie nutzt Lichtinterferenztechnologie zur Erzeugung von Interferenzmustern, die verarbeitet werden, um den Abstand zwischen okulären Strukturen zu berechnen. Hier diskutieren wir die Haupttypen der optischen Biometrie und ihre Funktionsprinzipien.

Laserteilkohärenzinterferometrie

In Partielle Kohärenzinterferometrie (PCI), teilt ein Interferometer einen 780 nm Infrarotlaser in zwei Strahlen auf, einen Probenstrahl und einen Referenzstrahl. Das Interferenzmuster, das durch von verschiedenen Augenstrukturen reflektiertes Licht erzeugt wird, wird analysiert, um Entfernungen zu bestimmen. Der Ansatz kann geometrische intraokulare Entfernungen mit einem Auflösung von 12 Mikrometern.

Optische Rückstreuungsmessung bei niedriger Kohärenz

Optische kohärenzarme Reflektometrie (OLCR), ein Standard-Michelson-Interferometer mit einer 820-nm-Superlumineszenzdiode, ist aufgrund der Ausrichtung der optischen Weglängenmessungen zu weiteren Messungen wie axialer Länge, Hornhautkrümmung, Netzhautdicke und zentraler Hornhautdicke fähig. OLCR verfolgt den gleichen grundlegenden Ansatz, den Lichtstrahl in Abtast- und Referenzstrahlen aufzuteilen. Die geringe Kohärenz des Lichts über kurze Distanzen ist die Grundlage für eine hohe räumliche Auflösung.

Rechnen ist wichtig

Die hochentwickelten Algorithmen zur Signalverarbeitung verbesserten die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Instrumente weiter, indem sie Augenbewegungen und Schwankungen des Brechungsindexes korrigierten. Obwohl optische Biomterie-Instrumente genaue Ergebnisse liefern, werden Formeln zur Berechnung der intraokularen Linsenleistung benötigt.

Eine der ersten Formeln, die SRK-Formel, war eine lineare Regressionsformel, die von Sanders, Retzlaff und Kraff entwickelt wurde. Diese klassische Formel verwendete die axiale Länge und die Hornhautbrechkraft, aber neuere Formeln berücksichtigen zusätzliche Variablen, um die einflussreiche Linsenposition zu schätzen und die Genauigkeit der Auswahl von Intraokularlinsen zu erhöhen.

Anfang der 1990er Jahre schlug Dr. Kenneth J. Hoffer vor, dass für unterschiedliche axiale Längen unterschiedliche Formeln verwendet werden sollten. Laut Dr. Jack T. Holladay, Präsident von Holladay Consulting und Entwickler der Holladay 1, 2 und Refraktionsformeln: “Meine Hoffer Q-Formel funktionierte besser bei kurzen Augen; die SRK/T funktionierte besser bei langen Augen und die Holladay I war am besten bei mittel-langen Augen.“.

In durchschnittlichen Augen waren sie ziemlich gleich genau. Daher gewöhnten sich Kataraktchirurgen daran, eine Linsenformel basierend auf der axialen Länge zu wählen.”

Dr. Paul-Rolf Preussner und andere verfeinerten die Gleichungen weiter, um die Linsenformkonstante zu berücksichtigen. Laut Dr. Holladay führten diese Fortschritte dazu, dass bei 80% der Augen nach der Operation die Sehstärke innerhalb von etwa 0,5 D lag.

Künstliche Intelligenz (KI) hat weiter zu Verbesserungen bei Gleichungen beigetragen. Die kürzlich veröffentlichte Hill-RBF-Berechnungsmethode nutzt KI, um Ergebnisse innerhalb von 0,5 D zu erzielen. “Alle Versionen der RBF-Methode wurden in Zusammenarbeit mit den Ingenieuren und Mathematikern von MathWorks entwickelt, die einige der weltweit raffiniertesten Experten für künstliche Intelligenz beschäftigen”, sagt Dr. Warren E. Hill, ärztlicher Direktor von East Valley Ophthalmology in Arizona.

Das biologische Geschlecht beeinflusst alle Bereiche der Biologie, sodass es nicht überraschend ist, dass das Geschlecht eine neuere Überlegung bei der Berechnung der Linsenleistung war. “Ich habe vor einiger Zeit Geschlecht und Rasse in eine Formel namens Hoffer H-5 integriert, aber sie hat sich nie durchgesetzt. In jüngerer Zeit hat Jack Kane, MD, von der University of Sydney, das Geschlecht in seine Kane-Formel integriert, die KI nutzt. Jetzt wird akzeptiert, dass das Geschlecht ein wichtiger Bestandteil der Linsenberechnung ist”, berichtet Dr. Hoffer.

Vorteile der optischen Biometrie

Geräte zur optischen Biometrie misst die zentrale Hornhaut- und Linsendicke, den horizontalen Durchmesser der Hornhaut sowie die Netzhaut- und Makuladicken. Auch die Ganzaugenbiometrie ist möglich, weshalb die optische Biometrie für viele Augenärzte die bevorzugte Methode ist.

Es gibt viele klinische Vorteile für Chirurgen bei der Verwendung optischer Biometrie, darunter:

• Effiziente und umfassende chirurgische Planung zur Sicherstellung der geeigneten Auswahl des intraokularen Linsentyps und zur Inzisionsplanung, die von der Hornhautkrümmung abhängt, um optimale visuelle Ergebnisse zu erzielen
• Verbesserte Präzision und Genauigkeit zur Verbesserung intraokularer Linsenberechnungen.
• Reduzierte intraoperative Überraschungen wie Kapselsackinstabilität, um anatomische Unterschiede, die durch frühere refraktive Operationen verursacht wurden, zu berücksichtigen.
• Verbesserte chirurgische Ergebnisse. Laut Dr. Steven C. Schallhorn, “Die Geräte der neuesten Generation liefern Messungen für die fortschrittlichsten Leistungsberechnungsformeln und erleichtern die Genauigkeit ihrer Messungen. Genauere Messungen und zusätzliche Parameter für bestimmte Formeln werden zusammen zu besseren Ergebnissen führen.”

Trotz seiner Stärken können wiederholte Messungen bei der Betrachtung von Werten der optischen Biometrie dennoch erforderlich sein. Laut Dr. Robert Weinstock, ein Chirurg in Clearwater, FL, “Es steckt ein gewisser Gedanke dahinter; es ist kein Gerät, bei dem man den Messwert einfach so hinnimmt. Es ist kein Unterschied zum Benutzen eines IOLMasters und dem Vergleichen dieser Messung mit dem Lenstar oder dem Benutzen eines Lenstar und dem Vergleichen mit Immersion. Es ist ein weiterer Datenpunkt, den man zur Entscheidungsfindung verwenden kann.”

Dr. Douglas D. Koch, Professor für Augenheilkunde am Cullen Eye Institute des Baylor, berichtet, “Ich erinnere mich an einen Fall, bei dem ich eine Lenstar-Messung an einem Patienten durchgeführt habe; sie betrug etwa 43,3 D. Der IOLMaster 700 gab uns überhaupt keine Messwerte für diesen Patienten, mit offensichtlicher Mire-Verzerrung auf dem Ausdruck.

Ich blickte auf eine Messung zurück, die ich mit dem Galilhen erhalten hatte, demselben Patienten, der ursprünglich vor drei Monaten vorgestellt wurde. Diese Messung betrug 44,4 D – mehr als eine Dioptrie Differenz und mit sehr unterschiedlichen Astigmatismuseinstellungen.

Nach genauerer Untersuchung habe ich trockene Stellen auf der Hornhaut festgestellt, die während der Lenstar- und IOLMaster-Messungen vorhanden waren. Also habe ich das trockene Auge behandelt. Als ich die Lenstar- und IOLMaster-Messungen wiederholte, stimmten sie mit den Galilei-Messungen überein.

Die Moral von der Geschichte ist, dass die Validierung Ihrer Biometrie mit einer zweiten Messung von einem anderen Instrument die Qualität und Konsistenz Ihrer Messungen verbessern und schlechte Ergebnisse vermeiden kann.”

Für Patienten, die sich einer Kataraktoperation unterziehen, bietet die präoperative optische Biometrie auch Vorteile, darunter:

• Bessere visuelle Ergebnisse, einschließlich einer geringeren Abhängigkeit von Sehhilfen und eines geringeren Risikos einer Reoperation zur Korrektur postoperativer refraktiver Fehler, die durch ungenaue IOL-Berechnungen verursacht werden
• Gesteigertes Vertrauen in Abläufe
• Schnellere Erholungszeiten, einschließlich visueller Stabilisierung

Zusätzlich, einer der wichtigsten Faktoren Die Beeinflussung der Patientenzufriedenheit nach einer Kataraktoperation ist die Sehschärfe, die direkt von der Genauigkeit der präoperativen Biometrie beeinflusst wird.

Vergleichende Analyse

Es gibt keinen statistischen Unterschied bei den axialen und vorderen Kammerlängen, wenn sie mittels Ultraschall und optischer Biometrie gemessen werden. Im klinischen Umfeld kann die Verwendung beider Ansätze besser sein, um alle für eine erfolgreiche Kataraktoperation benötigten Informationen zu erhalten.

Optische Biometrie

Während die Vorteile der optischen Biometrie gut dokumentiert sind, können potenzielle Nachteile ihre Wirksamkeit und Eignung in verschiedenen klinischen Umgebungen beeinträchtigen. Die Berücksichtigung der Vor- und Nachteile hilft bei der Entscheidung, ob die optische Biometrie die richtige Wahl für den Patienten ist.

Vorteile

• Erfordert die Fixation auf einen Lichtpunkt, der eine relevante Augenmessung zur Fovea ermöglicht, anstatt der axialen Länge vom vorderen zum hinteren Pol.
• Die berührungslose Methodik verhindert Kreuzkontaminationen zwischen Patienten und die mögliche Kompression der Hornhaut während der Messungen.
• Einfacher zu bedienen
• Fähig, mehr anatomische Messungen zu erhalten, verglichen mit der Ultraschallbiometrie
• Keine Notwendigkeit für oberflächliche Anästhetika
• Erzeugt Keratometrie-Messwerte, daher sind keine zusätzlichen Geräte erforderlich
• Benötigt weniger Zeit aufgrund seiner hochautomatisierten Messungen und benutzerfreundlichen Oberfläche

Nachteile

• Bei Augen mit posterioren subkapsulären Katarakten können keine genauen axiale Längenmessungen durchgeführt werden
• Höhere Kosten, die eine Hürde für die Nutzung darstellen können, insbesondere in ressourcenarmen Umgebungen
• Technische Komplexität erfordert spezialisierte Ausbildung und Fachwissen
• Hängt von der Fähigkeit des Patienten ab, ruhig zu bleiben und auf einen Lichtpunkt zu fixieren
• Kann mit deutlich kürzeren oder längeren axialen Längen möglicherweise nicht so gut abschneiden

Ultraschallbiometrie

Es gibt kein universelles augenheilkundliches Messsystem. Obwohl die optische Biometrie erhebliche Vorteile in Bezug auf Benutzerfreundlichkeit, Raffinesse und Geschwindigkeit bietet, können bestimmte Situationen die Verwendung der Ultraschallbiometrie rechtfertigen.

Vorteile

• Messungen bei Patienten durchführen mit Sehschärfe schlechter als 20/200 oder exzentrische Fixation, Makuladegeneration oder Hornhautnarben aufweisen
• Fähig, Messungen durch dichte Katarakte oder eine posteriore Kapseltrübung zu erhalten
• Weit verbreitet aufgrund geringerer Kosten
• Messansatzflexibilität, einschließlich Kontakt- und Eintauchmethoden, die potenzielle Störfaktoren durch Hornhautkompression verringern können, welche bis zu 0,3 mm und Fehler von bis zu 1,0 Dioptrien aufweisen
• Kann extreme Hornhautlängen messen
• Kann manuell eingestellt werden, sodass der Bediener mehr Kontrolle hat, was besonders bei schwierigen Fällen wie ungewöhnlichen Hornhautpathologien von Vorteil sein kann
• Nicht sehr empfindlich für leichte Augenbewegungen

Nachteile

• Größere inter-operator-Variabilität, wobei die Genauigkeit weitgehend von der Erfahrung und dem Geschick des Bedieners abhängt
• Zeitaufwendig, besonders wenn zusätzliche Vorbereitungen wie eine Anästhesie erforderlich sind
• Weniger präzise Messungen
• Patientenbeschwerden aufgrund des kontaktintensiven Charakters des Verfahrens, das häufig eine Anästhesie erfordert

Schlussfolgerungen

Die Entwicklung der Biometrie verbesserte die Ergebnisse für Patienten mit Katarakt enorm und schnell. Obwohl die optische Biometrie viele Vorteile gegenüber der Ultraschallbiometrie bietet, bleibt die Ultraschallbiometrie in bestimmten klinischen Situationen unerlässlich.

Gesundheitsdienstleister sollten die Wahl der Instrumentierung auf der Grundlage der klinischen Bedürfnisse, des Komforts, der Fähigkeiten und der Kosten des Patienten treffen. Die Integration dieser ergänzenden Methoden kann im Zuge der technologischen Entwicklung noch mehr Präzision und Flexibilität bei der Kataraktbehandlung bieten.