Die Hornhauttopographie (corneal topography) ist eine nicht-invasive Untersuchungstechnik, die die Form der Hornhautvorderfläche quantitativ misst und visualisiert. Früheste topographische Forschungen gehen auf Scheiner im frühen 17. Jahrhundert zurück, der Reflexionen von der Hornhaut nutzte, und große Fortschritte wurden mit der Einführung der Placido-Scheibe im späten 19. Jahrhundert erzielt.
Die Hornhauttomographie (corneal tomography) ist eine fortschrittliche Technik, die die dreidimensionale Struktur einschließlich der Form der Hinterfläche und der Verteilung der Hornhautdicke misst, nicht nur der Vorderfläche1). Klinisch werden Topographie und Tomographie für eine umfassende Hornhautbewertung kombiniert.
Hornhauttopographie
Messobjekt : Form der Hornhautvorderfläche
Prinzip : Hauptsächlich Placido-Ring-Reflexion
Bereitgestellte Daten : Hornhautbrechkraftkarte (Krümmung)
Vorteile : Hohe Reproduzierbarkeit und räumliche Auflösung. Geeignet für normalen bis mittelschweren irregulären Astigmatismus.
Hornhauttomographie
Messobjekt : Dreidimensionale Struktur der Vorder- und Rückfläche der Hornhaut
Prinzip : Scheimpflug-Kamera oder Vorderabschnitts-OCT
Bereitgestellte Daten: Vorder- und Hinterflächenkrümmung, Elevation, Hornhautdickenkarte
Vorteile: Bewertung der Hornhauthinterfläche möglich. Kann manchmal auch bei Trübung oder Ödem messen 1)
Die Topographie ist eine Technik, die hauptsächlich die Form (Krümmung) der Hornhautvorderfläche mittels Placido-Ringreflexion misst. Die Tomographie hingegen verwendet eine Scheimpflug-Kamera oder ein Vorderabschnitts-OCT, um die dreidimensionale Struktur der Hornhaut einschließlich Vorderfläche, Hinterfläche und Dicke zu messen. Bei Keratokonus können Veränderungen der Hinterfläche früher auftreten als an der Vorderfläche, daher ist die tomographische Beurteilung wichtiger.
Die wichtigsten klinischen Indikationen der Hornhauttopographie/-tomographie sind im Folgenden aufgeführt.
Screening und Verlaufskontrolle des Keratokonus: Die Hornhauttopographie ist der Goldstandard für das Frühscreening bei Verdacht auf Keratokonus 6). Ein früher Keratokonus kann in der Spaltlampenmikroskopie normal erscheinen, und die Topographie kann der einzige Hinweis sein. Eine untere Steilstellung (I-S-Verhältnis ≥1,2) und eine Schiefe der radialen Achse >21° sind typische Muster 6). Bei Kindern und Jugendlichen wurde bei 77 % der Augen eine Progression in der Tomographie bestätigt 7), daher ist eine regelmäßige Verlaufskontrolle wichtig. Auch atypische Fälle wie eine seitliche Steilstellung (temporaler Keratokonus) wurden berichtet 3). Bei einem 14-jährigen Patienten detektierte das Pentacam eine temporale Steilstellung und Ausdünnung, und das T-N-Verhältnis (temporal-nasal) war für die Diagnose nützlicher als das I-S-Verhältnis 3).
Diagnose der pelluziden marginalen Degeneration (PMD): Bei der PMD zeigt die Hornhauttopographie ein charakteristisches unteres Steilstellungsmuster, das als „Hummerklauen“-Muster bezeichnet wird. Bei einem jugendlichen PMD-Fall waren die Beurteilung der Hornhautbiomechanik mittels Belin-Ambrosio enhanced ectasia display und Corvis ST für die Diagnose hilfreich 5).
Planung refraktiver Chirurgie und postoperative Beurteilung: Bei der Bestimmung der Eignung für refraktive Chirurgie ist der Ausschluss einer potenziellen Hornhautektasie unerlässlich 6). Postoperativ wird sie zur Beurteilung der dioptrischen Veränderung der Hornhaut, zur Erkennung dezentrierter Ablationen oder Ablationsfehler eingesetzt. Bei topographiegestützter LASIK (CONTOURA usw.) bestimmen die mit dem Topolyzer Vario erfassten Daten der Hornhautvorderfläche direkt das Laserbestrahlungsmuster 2).
Beurteilung von Hornhautoberflächenunregelmäßigkeiten: Das Placido-Ring-Moiré-Bild ist nützlich zur Beurteilung des irregulären Astigmatismus durch subepitheliale Infiltrate nach Adenovirus-Konjunktivitis. Feine Oberflächenunregelmäßigkeiten, die auf der SS-OCT-Farbkarte schwer zu erkennen sind, können als Verzerrung der Ringe sichtbar gemacht werden4).
Weitere Indikationen: Astigmatismusbeurteilung nach Kataraktoperation oder Hornhauttransplantation, Kontaktlinsenanpassung, Beurteilung von Hornhautformveränderungen durch Pterygium oder Hornhauttrübungen.
Hornhauttopographie-Analysegeräte werden nach dem Messprinzip in drei Hauptkategorien eingeteilt1).
Konzentrische Ringe (Placido-Scheibe) werden auf den Tränenfilm der Hornhautvorderfläche projiziert, und die Hornhautkrümmung wird aus der Form des reflektierten Bildes berechnet. Es gibt Großkegel-Typen (TMS, Atlas usw.) und Kleinkegel-Typen (Keratograph usw.), sowie Farb-LED-Systeme (Cassini)1).
Vorteile: Hohe räumliche Auflösung und Reproduzierbarkeit. Optimal für die Messung der Hornhautvorderfläche.
Grenzen: Beeinflusst durch die Instabilität des Tränenfilms. Die Hornhauthinterfläche kann nicht gemessen werden. Nur etwa 60 % der Hornhautoberfläche werden bewertet, was die Erkennung peripherer Läsionen (pelluzide marginale Degeneration usw.) einschränkt6).
Das Placido-Ring-Moiré-Bild kann ohne Gerät qualitativ zur Beurteilung von Hornhautunregelmäßigkeiten verwendet werden, besonders nützlich bei Kindern oder unkooperativen Patienten4).
Scheimpflug-Bilder werden mit rotierendem Spaltlicht aufgenommen und die dreidimensionale Struktur der Hornhautvorder- und -rückfläche rekonstruiert1). Typische Geräte sind Pentacam (einfach rotierendes Scheimpflug), Galilei (duales Scheimpflug + Placido) und Sirius (Scheimpflug + Placido)1).
Vorteile: Gleichzeitige Erfassung von Krümmung der Vorder- und Rückfläche, Elevation und Hornhautdickenkarte.
Grenzen: Beobachtung von lichtundurchlässigem Gewebe nicht möglich. Der Kammerwinkel ist aufgrund des schrägen Lichteinfalls schwer abzubilden. Probleme mit der Korrekturgenauigkeit durch Einfluss brechender Oberflächen.
| Gerät | Messprinzip | Vorderfläche | Rückfläche | Hornhautdicke |
|---|---|---|---|---|
| Placido | Ringreflexion | ○ | × | × |
| Scheimpflug | Rotationsspalt | ○ | ○ | ○ |
| AS-OCT | Lichtinterferenz | ○ | ○ | ○ |
Aus den OCT-Schnittbildern wird die dreidimensionale Struktur der Hornhaut rekonstruiert 1). SS-OCT (Wellenlänge 1.310 nm, CASIA usw.) hat einen großen Messbereich und kann die gesamte Hornhaut in einem Bild darstellen. SD-OCT (Wellenlänge 840 nm) hat einen kleineren Messbereich, bietet aber eine hohe Auflösung.
Vorteile: Hornhautformanalyse auch bei Trübung oder Ödem möglich. Kontaktlos und schnell. Wenig beeinflusst durch den Tränenfilm. Auch bei Dunkelheit aufnehmbar.
Die Belin-Ambrosio Enhanced Ectasia Display integriert das räumliche Profil der Hornhautdicke und die Abweichungen der Vorder- und Hinterflächenerhebung auf dem Pentacam und verbessert so die Screening-Genauigkeit für Hornhautektasie 5).
Der Kopf des Patienten wird mit einer Kinn- und Stirnstütze fixiert, und er wird gebeten, ein Fixierlicht zu betrachten. Fokussierung und Zentrierung werden eingestellt und dann aufgenommen. Achten Sie auf schlechte Fixation, unbeabsichtigten Augendruck oder Hornhautverformung durch Anheben des Augenlids. Mindestens zwei Aufnahmen zur Überprüfung der Reproduzierbarkeit. Bei Kontaktlinsenträgern wird eine Tragpause von mindestens zwei Wochen empfohlen 6).
Leistungskarte (axial / tangential / refraktiv): Zeigt die Hornhautbrechkraft farbcodiert an. Die axiale Leistung basiert auf der Neigung und ist rauschunempfindlich. Die tangentiale (momentane) Leistung spiegelt die lokale Krümmung wider und eignet sich hervorragend zur Identifizierung des Kegelspitzen bei Keratokonus. Die refraktive Leistung spiegelt die optischen Eigenschaften basierend auf dem Snelliusschen Gesetz wider.
Höhenkarte: Zeigt den Unterschied zwischen der Hornhautoberfläche und einer Referenzkugel als Höhe an. Isolierte Erhebungen auf der Vorder- und Rückfläche sind wichtige Indikatoren für eine Hornhautektasie 6). Die Höhenkarte der Hinterfläche zeigt eine hohe Sensitivität und Spezifität für die Erkennung von frustem Keratokonus 6).
Pachymetriekarte: Zeigt die Verteilung der Hornhautdicke. Bei einer normalen Hornhaut ist die Mitte am dünnsten und die Dicke nimmt zur Peripherie hin allmählich zu. Eine Exzentrizität der dünnsten Stelle deutet auf eine Hornhautektasie hin.
| Karte | Hauptverwendung | Eigenschaften |
|---|---|---|
| Axiale Leistung | Gesamtbeurteilung des Astigmatismus | Rauschunempfindlich |
| Tangentiale Brechkraft | Erkennung lokaler Veränderungen | Nützlich zur Identifizierung der Kegelspitze |
| Elevation | Ektasie-Screening | Die hintere Fläche ist ein früher Indikator |
Kontaktlinsen (insbesondere harte Kontaktlinsen) verändern vorübergehend die Hornhautform, daher ist eine Tragpause erforderlich, um genaue topografische Daten zu erhalten. Im Allgemeinen wird bei weichen Linsen eine Pause von mindestens 2 Wochen und bei harten Linsen eine längere Pause (2–4 Wochen) empfohlen. In wichtigen Situationen wie der Beurteilung der Eignung für refraktive Chirurgie ist eine strenge Tragpause erforderlich.
In der Hornhauttopographie werden drei Definitionen der Hornhautbrechkraft verwendet.
Axiale Brechkraft (sagittale Brechkraft) : Pa = (n-1)/d. Berechnet aus dem Abstand d der Normalen am Messpunkt zur Referenzachse. Robust gegenüber Rauschen, da auf der Steigung basierend. Es ist eine Erweiterung der Keratometermessung auf einen größeren Bereich.
Momentane Brechkraft (tangentiale Brechkraft) : Pi = (n-1)/r. Berechnet aus dem lokalen Krümmungsradius r am Messpunkt. Spiegelt lokale Formänderungen genauer wider, ist aber empfindlich gegenüber Rauschen.
Refraktive Brechkraft (fokale Brechkraft) : Pr = n/f. Basierend auf der Brennweite f. Spiegelt die optischen Eigenschaften nach dem Snelliusschen Gesetz am genauesten wider.
Autokeratometer und Placido-basierte Geräte messen nur die Vorderfläche der Hornhaut und berücksichtigen nicht die Hinterfläche. Unter der Annahme, dass die Formen von Vorder- und Hinterfläche proportional sind, wird anstelle des Brechungsindex des Hornhautstromas der keratometrische Index (normalerweise 1,3375) verwendet, um die gesamte Hornhautbrechkraft zu berechnen. Diese Annahme trifft bei normalen Hornhäuten in etwa zu, aber nach refraktiver Chirurgie oder bei Hornhautektasie ist die Proportionalität gestört, was zu Fehlern führt1).
Bei idealer Aufnahme sind Linsenebene und Bildebene parallel, aber bei nicht-planaren Objekten wie der Hornhaut kommt es zu Bildverzerrungen. Das Scheimpflug-Prinzip besagt, dass die Tangenten an Objekt-, Linsen- und Bildebene in einem Punkt (Scheimpflug-Schnittpunkt) zusammenlaufen, indem die Bildebene und die Linsenebene entsprechend geneigt werden, sodass auch bei nicht-planaren Objekten ein scharfes Bild erhalten wird1). Dieses Prinzip ermöglicht die verzerrungsfreie Aufnahme von Hornhautquerschnittsbildern mittels Spaltlicht.
Durch die Kombination von Hornhautformanalyse und Wellenfrontaberationsanalyse können neben sphärischen und zylindrischen Aberrationen (Aberrationen zweiter Ordnung) auch Aberrationen höherer Ordnung (Koma, sphärische Aberration usw.) quantitativ bewertet werden. Die Aberrationen werden in Zernike-Polynome entwickelt und als RMS-Wert (Root Mean Square) quantifiziert. Bei Keratokonus ist eine deutliche Zunahme der vertikalen Koma charakteristisch6). Einige Geräte können gleichzeitig Topographie und Aberrationsanalyse durchführen1).
In den letzten Jahren sind kombinierte Geräte auf den Markt gekommen, die Topographie, Tomographie und Biometrie (Achsenlänge, Vorderkammertiefe usw.) integrieren1). Das Konzept der gesamten Hornhautbrechkraft (Total Corneal Refractive Power) für die Berechnung der Intraokularlinsenstärke wurde vorgeschlagen, und es wird eine Verbesserung der Berechnungsgenauigkeit insbesondere bei der Kataraktchirurgie nach refraktiver Chirurgie erwartet1).
Die kundenspezifische Ablation basierend auf topographischen Daten ist in der refraktiven Chirurgie weit verbreitet. Die mit dem Topolyzer Vario erfassten Daten der vorderen Hornhautoberfläche bestimmen direkt das Laserbestrahlungsmuster für die CONTOURA-Operation 2). Ein 3Z-Nomogramm wurde vorgeschlagen, um Diskrepanzen zwischen den Astigmatismuswerten der subjektiven Refraktion und denen der Topographie zu behandeln 2). Auch die kombinierte Anwendung von PTK und topographiegestützter PRK bei Hornhautnarben wurde berichtet.
Das Belin-Ambrosio Enhanced Ectasia Display integriert das räumliche Hornhautdickenprofil (CTSP) und die prozentuale Dickensteigerung (PTI) und verbessert so die Erkennungsgenauigkeit des subklinischen Keratokonus 5). Der tomographische und biomechanische Index (TBI) in Kombination mit dem Corvis ST ermöglicht ein umfassendes Screening unter Berücksichtigung der Hornhautbiomechanik 5). Der Bericht über temporalen Keratokonus 3) als atypischen Fall deutet auf die Bedeutung einer multidirektionalen Bewertung hin, die nicht nur das standardmäßige I-S-Verhältnis, sondern auch das T-N-Verhältnis umfasst.
Bei der Bewertung des irregulären Astigmatismus aufgrund subepithelialer Infiltrate (SEI) nach Adenovirus wurde berichtet, dass das Mire-Bild der Placido-Ringe Oberflächenunregelmäßigkeiten empfindlicher erkennt als die SS-OCT-Farbkarte 4). Auch die serielle Fotografie der Placido-Ringe war für die Überwachung der Behandlung mit Tacrolimus-Augentropfen nützlich 4). Selbst in Umgebungen, in denen keine hochentwickelten Geräte verfügbar sind, kann die qualitative Bewertung des Placido-Ring-Bildes ein einfaches und wirksames Screening-Mittel für Anomalien der Hornhautoberfläche sein.
Ja, die Hornhauttopographie ist der Goldstandard für das frühe Screening auf Keratokonus. Selbst bei frühem Keratokonus, der in der Spaltlampenuntersuchung normal erscheint, kann die Topographie charakteristische Muster wie eine untere Steilstellung erkennen. Darüber hinaus ermöglicht die Kombination mit der Tomographie (Pentacam usw.) die Beurteilung von Veränderungen der hinteren Hornhautfläche und eine umfassende Bewertung mittels Belin-Ambrosio-Display, was eine noch frühere Erkennung erwarten lässt.
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