Die Hornhautformanalyse (Hornhauttopographie) ist eine Untersuchung, die die Krümmung und Form der Vorder- und Rückfläche der Hornhaut quantitativ misst. Hauptziele sind die Erkennung und Quantifizierung des irregulären Hornhautastigmatismus, die Beurteilung des Krankheitsverlaufs und die Anwendung in der refraktiven Chirurgie.
Historisch gesehen nutzte Scheiner zu Beginn des 17. Jahrhunderts die Hornhautreflexion für seine Forschungen, und die Placido-Scheibe wurde im späten 19. Jahrhundert eingeführt. Moderne Geräte verwenden konzentrische Ringe, Spaltlicht oder Interferenzlicht, um die gesamte Hornhaut mit hoher Präzision abzubilden.
Die Hornhauttopographie ist eine Technik, die hauptsächlich die Reflexion der Placido-Ringe nutzt, um die Form (Krümmung) der Hornhautvorderfläche zu messen. Die Hornhauttomographie hingegen ist eine weiterentwickelte Technik, die mit einer Scheimpflug-Kamera oder einem Vorderabschnitts-OCT die dreidimensionale Struktur der Hornhaut einschließlich Vorder- und Rückfläche sowie Dicke misst1). Klinisch werden Topographie und Tomographie kombiniert, um eine umfassende Hornhautbeurteilung zu ermöglichen.
Hornhauttopographie
Messobjekt : Form der Hornhautvorderfläche
Prinzip : Hauptsächlich Placido-Ringreflexion
Bereitgestellte Daten : Hornhautbrechkraftkarte (Krümmung)
Vorteile : Hohe Reproduzierbarkeit und räumliche Auflösung. Geeignet für normalen bis mittelschweren irregulären Astigmatismus.
Hornhauttomographie
Messobjekt : Dreidimensionale Struktur der Hornhautvorder- und -rückfläche
Prinzip : Scheimpflug-Kamera oder Vorderabschnitts-OCT
Bereitgestellte Daten : Karten der Vorder- und Rückflächenkrümmung, Elevation und Hornhautdicke
Vorteile : Beurteilung der Hornhautrückfläche möglich. Kann auch bei Trübung oder Ödem messen1).
Die Topographie ist eine Technik, die hauptsächlich die Reflexion der Placido-Ringe nutzt, um die Form (Krümmung) der Hornhautvorderfläche zu messen. Die Tomographie hingegen misst mit einer Scheimpflug-Kamera oder einem Vorderabschnitts-OCT die dreidimensionale Struktur der Hornhaut einschließlich Vorder- und Rückfläche sowie Dicke. Bei Keratokonus können Veränderungen der Rückfläche früher auftreten als die der Vorderfläche, daher ist die Beurteilung mittels Tomographie wichtiger.
Hornhauttopographie-Analysegeräte werden nach dem Messprinzip in vier Hauptkategorien eingeteilt 1).
Mire-Ringe (schwarz-weiße konzentrische Kreise) werden auf die Hornhautvorderfläche (Tränenfilm) projiziert, und aus der Form des Reflexbildes werden Hornhautkrümmungsradius und Brechkraft quantitativ gemessen. Repräsentative Geräte: TMS (TOMEY), Atlas, Keratograph.
Vorteile: Hohe räumliche Auflösung und Reproduzierbarkeit. Optimal für die Messung der Hornhautvorderfläche.
Grenzen: Beeinflusst durch die Instabilität des Tränenfilms. Die Hornhauthinterfläche ist nicht messbar. Nur etwa 60 % der Hornhautoberfläche werden bewertet, was die Erkennung peripherer Läsionen einschränkt 6). Bei schweren Hornhautverformungen wird die Darstellung der Mire-Ringe schwierig.
Das Mire-Bild der Placido-Ringe ermöglicht eine qualitative Beurteilung von Hornhautunregelmäßigkeiten ohne Untersuchungsgerät, besonders nützlich bei Kindern und unkooperativen Patienten 4).
Eine Scheimpflug-Kamera fotografiert rotierendes Spaltlicht und rekonstruiert die dreidimensionale Struktur der Hornhautvorder- und -rückfläche. Es können die Vorderflächenform, Rückflächenform, Hornhautdicke sowie die gesamte Brechkraft und höhere Aberrationen der Hornhaut gemessen werden 1). Repräsentative Geräte: Pentacam (OCULUS), Galilei (Dual-Scheimpflug + Placido), Sirius (Scheimpflug + Placido).
Vorteile: Gleichzeitige Erfassung von Vorder- und Rückflächenkrümmung, Elevation und Hornhautdickenkarte.
Grenzen: Blendung während der Messung; bei Hornhauttrübungen wird die Darstellung der Schnitte durch Streuung erschwert.
Die Analyse mittels Interferenzlicht verringert den Einfluss von Tränen und Trübungen und liefert auch periphere Informationen. SS-OCT (Wellenlänge 1.310 nm) wird durch das CASIA2 (TOMEY) repräsentiert, mit einem großen Messbereich, der die gesamte Hornhaut in einem Bild darstellt. SD-OCT (Wellenlänge 840 nm) bietet hohe Auflösung.
Vorteile: Berührungslos, schnell, auch bei Hornhauttrübungen beurteilbar. Geringer Einfluss des Tränenfilms.
Einschränkung: Nicht geeignet zur Beurteilung des Tränenfilmaufrisses (trockenes Auge).
Durch die Kombination eines Placido-Geräts (Messung von Hornhautform und Aberrationen) und der Hartmann-Shack-Methode (Messung von Aberrationen des refraktiven Systems mittels Wellenfrontsensor) ist ein Vergleich von Hornhautbrechungsdaten und Augenbrechungsdaten möglich.
Die Merkmale der einzelnen Geräte sind unten aufgeführt.
| Gerät | Messprinzip | Vorderfläche | Hinterfläche | Hornhautdicke |
|---|---|---|---|---|
| Placido-Typ | Ringreflexion | ○ | × | × |
| Scheimpflug-Typ | Rotationsspalt | ○ | ○ | ○ |
| Vorderabschnitts-OCT | Lichtinterferenz | ○ | ○ | ○ |
Fixieren Sie den Kopf des Patienten auf der Kinn- und Stirnstütze und lassen Sie ihn geradeaus auf das Fixierlicht schauen. Die Einstellung von Fokus und Zentrierung wirkt sich direkt auf die Messgenauigkeit aus. Fordern Sie den Patienten auf, die Augen weit zu öffnen, um den Einfluss der Augenlider zu minimieren. Machen Sie mindestens zwei Aufnahmen, um die Reproduzierbarkeit zu überprüfen.
Kontaktlinsen-Auslasszeit: Kontaktlinsen verändern vorübergehend die Hornhautform. Für genaue Daten ist ein Absetzen von harten (RGP) Linsen für mindestens 2 Wochen und von weichen Linsen für mindestens 1 Woche erforderlich. Bei der Beurteilung der Eignung für refraktive Chirurgie wird empfohlen, nach dem Absetzen der Kontaktlinsen mehrere Messungen durchzuführen und die Reproduzierbarkeit zu überprüfen6).
Überprüfen Sie bei der Ergebnisauswertung zunächst, ob Fokus und Zentrierung innerhalb eines bestimmten Bereichs liegen und ob die automatische Digitalisierung verschiedene Ringe nicht falsch erkannt hat. Bewerten Sie dann die Farbcodierungskarte für die Leistungsskala.
Zur quantitativen Bewertung der Hornhautform werden die folgenden Indizes verwendet.
| Index | Bedeutung |
|---|---|
| SimK (Simulierte Keratometrie) | Höchster Wert unter den Mittelwerten der Ringe 6 bis 8 des Hornhautmeridians |
| SimK1/Ks | Starker Hauptmeridian |
| SimK2/Kf | Zu SimK1 orthogonaler Meridian |
| AveK (Durchschnittskeratometrie) | Mittelwert von SimK1 und SimK2 |
| MinK (Minimalkeratometrie) | Schwacher Hauptmeridian |
| SAI (Oberflächenasymmetrieindex) | Index für die Symmetrie der Hornhautform |
| SRI (Oberflächenregelmäßigkeitsindex) | Index für die lokale Gleichmäßigkeit der Hornhaut |
| PVA (Potentielle Sehschärfe) | Aus dem SRI vorhergesagte korrigierte Sehschärfe |
Leistungskarte (axial / tangential / refraktiv) : Zeigt die Hornhautbrechkraft farbcodiert an. Die axiale Leistung basiert auf der Neigung, ist rauschunempfindlich und für die globale Astigmatismusbewertung geeignet. Die tangentiale (momentane) Leistung spiegelt die lokale Krümmung wider und eignet sich hervorragend zur Identifizierung des Kegelspitzenpunkts. Die refraktive Leistung spiegelt die optischen Eigenschaften basierend auf dem Snelliusschen Brechungsgesetz wider.
Höhenkarte : Zeigt den Unterschied zwischen der Hornhautoberfläche und einer Referenzsphäre als Höhe an. Isolierte Erhebungen auf der Vorder- und Rückfläche sind wichtige Indikatoren für eine Hornhautektasie 6). Die Höhenkarte der Rückfläche zeigt eine hohe Sensitivität und Spezifität für die Erkennung eines frustranen Keratokonus 6).
Pachymetriekarte : Zeigt die Hornhautdickenverteilung an. 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.
Harte (RGP) Linsen müssen mindestens 2 Wochen, weiche Linsen mindestens 1 Woche abgesetzt werden. Da Kontaktlinsen die Hornhautform vorübergehend verändern, wird insbesondere bei der Indikationsstellung für refraktive Chirurgie empfohlen, nach dem Absetzen mehrere Messungen durchzuführen, um die Reproduzierbarkeit zu bestätigen 6).
Die Hornhauttopographie ist der Goldstandard für das frühe Screening auf Verdachtsfälle von Keratokonus 6). Ein früher Keratokonus kann bei der Spaltlampenmikroskopie oft normal erscheinen, und die Topographie kann der einzige Hinweis sein.
Placido-Typ-Befunde : Unregelmäßigkeit der zentralen Ringe, fehlende Projektion der peripheren Ringe, großer asymmetrischer Anteil. Eine untere Abflachung (I-S-Verhältnis ≥ 1,2) und eine Schrägstellung der Radialachse ≥ 21° sind typische Muster 6). Als Screening-Indizes werden die Klyce/Maeda-Methode und die Smolek/Klyce-Methode verwendet.
Scheimpflug-Typ-Befunde : Eine exzentrische untere Vorwölbung der Hornhautrückfläche und eine Hornhautverdünnung können frühzeitig erkannt werden. Die hintere Elevationskarte kann vor den vorderen Veränderungen erscheinen.
Vorderabschnitts-OCT : Ermöglicht die Beurteilung der Verdünnung des Hornhautstromas und der zentralen bis unteren konischen Vorwölbung mit einer Auflösung von etwa 10 μm.
Das Belin-Ambrosio Enhanced Ectasia Display ist eine Funktion des Pentacam, die das räumliche Profil der Hornhautdicke (CTSP), die prozentuale Dickenzunahme (PTI) und die Abweichungen der vorderen und hinteren Elevation integriert und so die Genauigkeit des Hornhautektasie-Screenings verbessert 5). Der tomografische und biomechanische Index (TBI) in Kombination mit dem Corvis ST ermöglicht ein umfassendes Screening unter Berücksichtigung der Hornhautbiomechanik 5).
Bei der temporalen Abflachung (temporaler Keratokonus) kann das standardmäßige I-S-Verhältnis im Normalbereich liegen. Bei einem 14-jährigen Patienten wurden mit dem Pentacam eine temporale Abflachung und Verdünnung festgestellt, und das T-N-Verhältnis (temporal-nasal) war für die Diagnose nützlich 3). Dies deutet auf die Bedeutung einer multidirektionalen Bewertung hin, nicht nur des I-S-Verhältnisses.
Bei der pelluziden marginalen Degeneration (PMD) wird ein charakteristisches unteres Abflachungsmuster namens „Lobster-Claw“ (Hummerklauen)-Muster festgestellt. Bei einem jugendlichen Patienten waren das Belin-Ambrosio Enhanced Ectasia Display und die biomechanische Bewertung der Hornhaut mit dem Corvis ST für die Diagnose nützlich 5).
Das ABCD-Klassifikationssystem wird zur Beurteilung der Progression der Hornhautektasie verwendet. Es besteht aus den folgenden vier Komponenten 6):
Die Definition der Progression ist die Bestätigung von mindestens zwei der folgenden: Versteilerung der Vorderfläche, Versteilerung der Hinterfläche und Ausdünnung6). Bei Kindern und jungen Erwachsenen wurde bei 77 % der Augen eine tomographische Progression bestätigt7), und regelmäßige Nachuntersuchungen sind wichtig.
Die Hornhauttopographie ist der Goldstandard für das frühe Screening des Keratokonus6). Selbst bei frühem Keratokonus, der in der Spaltlampenuntersuchung normal erscheint, kann die Topographie charakteristische Muster wie eine inferiore Versteilerung erkennen. In Kombination mit der Tomographie (Pentacam usw.) können Veränderungen der Hornhauthinterfläche und eine umfassende Bewertung mittels Belin-Ambrosio-Darstellung erfolgen, was eine noch frühere Erkennung ermöglicht.
Wenn die Progression durch die ABCD-Klassifikation bestätigt wird, ist das korneale Crosslinking (CXL) indiziert. Nach CXL wird alle 6 Monate bis 1 Jahr nachkontrolliert, um den Stillstand der Progression zu bestätigen. Auch zur Beurteilung der Hornhautform nach CXL werden Topographie und Tomographie eingesetzt.
Der Ausschluss einer latenten Hornhautektasie ist für die Indikationsstellung zur refraktiven Chirurgie unerlässlich6). Zeigt das topographische Screening Auffälligkeiten, wird die Operation abgesetzt und harte Kontaktlinsen oder eine Hornhauttransplantation in Betracht gezogen.
PRK und SMILE haben im Vergleich zu LASIK ein geringeres Risiko für eine postoperative Hornhautektasie6). Postoperativ wird die Topographie zur Beurteilung der dioptrischen Veränderungen der Hornhaut und zur Erkennung einer dezentrierten Ablation verwendet.
Bei der topographiegesteuerten LASIK (CONTOURA usw.) bestimmen die mit dem Topolyzer Vario erfassten Daten der Hornhautvorderfläche direkt das Laserabtragsmuster2). Ein 3Z-Nomogramm wurde vorgeschlagen, um Diskrepanzen zwischen dem subjektiven refraktiven Astigmatismus und dem topographischen Astigmatismus zu behandeln2).
Die Topographie wird zur Beurteilung des unregelmäßigen Hornhautastigmatismus vor einer Kataraktoperation eingesetzt. Sie trägt zur Verbesserung der Achsgenauigkeit von torischen IOLs bei. Sie wird auch zur Beurteilung des Astigmatismus nach Hornhauttransplantation, zur Kontaktlinsenanpassung und zur Bewertung von Hornhautformveränderungen durch Pterygium verwendet.
Darüber hinaus wurde berichtet, dass bei der Beurteilung des unregelmäßigen Astigmatismus aufgrund subepithelialer Infiltrate (SEI) nach Adenovirus-Konjunktivitis das Placido-Ring-Moiré-Bild Oberflächenunregelmäßigkeiten empfindlicher erkennt als die SS-OCT-Farbkarte4). Auch für die Überwachung der Behandlung mit Tacrolimus-Augentropfen war die serielle Placido-Ring-Fotografie nützlich4).
In der Hornhauttopographie werden drei verschiedene Definitionen der Hornhautbrechkraft verwendet.
Axiale Brechkraft (sagittale Brechkraft) : Pa = (n-1)/d. Berechnet aus dem Abstand d der Normalen am Messpunkt zur Referenzachse. Aufgrund der Neigung robust gegenüber Rauschen, erweitert sie die dem Keratometer entsprechende Messung auf einen größeren Bereich.
Momentane Brechkraft (tangentiale Brechkraft) : Pi = (n-1)/r. Berechnet aus dem lokalen Krümmungsradius r am Messpunkt. Sie spiegelt lokale Formänderungen genauer wider, ist aber anfällig für Rauschen.
Refraktive Brechkraft (fokale Brechkraft) : Pr = n/f. Basierend auf der Brennweite f. Sie spiegelt die optischen Eigenschaften nach dem Snelliusschen Gesetz am genauesten wider.
Autokeratometer und Placido-Scheibengeräte messen nur die Vorderfläche der Hornhaut und berücksichtigen nicht die Hinterfläche. Unter der Annahme, dass die Formen von Vorder- und Hinterfläche proportional sind, wird 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 das proportionale Verhältnis zwischen Vorder- und Hinterfläche gestört, was zu Fehlern führt1).
Beim Scheimpflug-Prinzip werden Linsenebene und Bildebene so manipuliert, dass die Tangenten an Objektebene, Linsenebene und Bildebene sich in einem Punkt (Scheimpflug-Schnittpunkt) schneiden, wodurch auch bei nicht-planaren Objekten ein scharfes Bild erzielt wird1). Dieses Prinzip ermöglicht die verzerrungsfreie Aufnahme eines Spaltlicht-Querschnittsbildes der Hornhaut.
Durch die Kombination von Hornhautformanalyse und Wellenfrontaberrationanalyse 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 biometrische Messungen (Achsenlänge, Vorderkammertiefe usw.) integrieren 1). Das Konzept der totalen Hornhautbrechkraft (Total Corneal Refractive Power) für die Berechnung der Intraokularlinsenstärke wurde vorgeschlagen, und es wird eine Verbesserung der Berechnungsgenauigkeit erwartet, insbesondere bei der Kataraktchirurgie nach refraktiver Chirurgie 1).
Die Forschung zur Hornhautformanalyse mittels KI (maschinelles Lernen / Deep Learning) schreitet voran. Die Anwendung zur automatischen Erkennung von Keratokonus und zur Progressionsvorhersage aus Topographiedaten wird untersucht, befindet sich jedoch derzeit noch im Forschungsstadium.
Die Berichterstattung über atypische Fälle von temporalem Keratokonus 3) zeigt die Bedeutung einer multidimensionalen Bewertung, die neben dem standardmäßigen I-S-Verhältnis auch das T-N-Verhältnis umfasst. Die Neubewertung der Placido-Ringe weist darauf hin, dass die qualitative Bewertung auch in Umgebungen ohne hochentwickelte Geräte ein einfaches Screening-Mittel für Anomalien der Hornhautoberfläche darstellen kann 4).
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