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Kunstlinsenberechnung nach refraktiver Hornhautchirurgie Berthold Seitz & Achim Langenbucher Eingeladenes Referat anläßlich des 14. Kongresses der DGII, 18.-19.02.2000 in Luzern Kontaktadresse: Zusammenfassung: Hintergrund: Nach operativer Myopiekorrektur führt die Keratometrie-basierte Kunstlinsenberechnung zu einer Hyperopisierung nach Kataraktextraktion. Methoden und Ergebnisse: Aufgrund publizierter Fallberichte und eigener Modellrechnungen nach PRK kommen wir zu folgenden Ergebnissen: Das Hauptproblem liegt darin, daß klassische Keratometer die Hornhautbrechkraft nach RK und myoper PRK/LASIK zu hoch bestimmen. Während nach RK die Krümmung selbst zu steil gemessen wird, wird die Fehlbestimmung nach PRK/LASIK auf die inadäquate Berechnung der Hornhautgesamtbrechkraft aus der Vorderflächenkrümmung unter Verwendung eines "effektiven Brechungsindex" (z.B. 1.3313 beim Zeiss Keratometer) zurückgeführt. Dieser Fehler scheint kalibrierungsbedingt bei Topographiesystemen (z.B. TMS-1) stärker ausgeprägt zu sein. Nach myoper PRK ist die keratometrisch gemessene Hornhautbrechkraft signifikant größer als berechnete Vergleichswerte. Den niedrigsten Brechkraftwert liefert hierbei die Subtraktion der Änderung des refraktiven sphärischen Äquivalentes SÄQ auf Brillenebene von der Hornhautgesamtbrechkraft vor refraktiver Chirurgie. Die Überschätzung der Hornhautbrechkraft bei der konventionellen Messung korreliert dabei hochsignifikant mit der intendierten Korrektur und der Ablationstiefe während der PRK. Schlußfolgerungen: Die Ursachen für die Fehlbestimmung der Kunstlinse unterscheiden sich grundsätzlich zwischen RK und PRK/LASIK. Im klinischen Einsatz empfehlen wir folgendes Vorgehen: Wenn Hornhautbrechkraft und Refraktion vor dem refraktiven Eingriff bekannt sind, sollte die Änderung des SÄQ auf Brillenebene von der Hornhautbrechkraft vor refraktiver Chirurgie subtrahiert werden. Wenn diese Werte nicht bekannt sind, kann nach RK der Mittelwert mehrerer (para-)zentraler topographischer Meßwerte benutzt werden. Nach PRK/LASIK können unter Verwendung der sog. "Scanning-Slit-Topographie" die Vorder- und Rückflächenbrechkraft der Hornhaut separat bestimmt und anschließend addiert werden. Der so ermittelte Hornhautbrechkraftwert sollte möglichst in mehr als eine theoretisch-optische Formel (Haigis, Hoffer Q, Holladay 2, SRK/T) eingesetzt werden und die Kunstlinse mit der höchsten Brechkraft implantiert werden. Abstract IOL Power Calculations in Eyes After Corneal Refractive Surgery Background: Published experience with eyes after RK and PRK indicate that insertion of the average keratometric readings into standard IOL power predictive formulas will frequently result in substantial undercorrection and postoperative hyperopic refraction or anisometropia after cataract surgery. The major problem lies in the difficulties of correctly determining the "average K" (= keratometric diopters = "central corneal power"). While the central anterior surface of the cornea becomes directly flatter after PRK/LASIK, the posterior surface is supposed to remain almost unchanged. Thus, the relation between anterior and posterior radius of curvature increases in proportion to the amount of correction and results in system-inherent inaccurate calculation of keratometric diopters from correctly measured anterior radius of curvature. The purpose of this paper is to discuss the major reasons for IOL power miscalculations, to illustrate potential methods for improvement of IOL power prediction and to suggest a clinical step-by-step approach to minimize IOL power miscalculations after keratorefractive surgery based on exemplary model calculations. Methods: We performed model calculations in eyes after PRK for myopia (-1.5 to -8.0 D, mean -5.4± 1.9 D) with two different IOL power prediction formulas (SRK/T and Haigis) using K-readings as measured by the Zeiss keratometer and the TMS-1 topography unit (Sim-K and Average Central Power) and as calculated using the "clinical history method" (sphero-equivalent refraction change at the spectacle plane/at the corneal plane), and the change in anterior surface K-readings. Results: We found that after PRK, mean measured K-readings were significantly greater than respective calculated values considering the pre- to postoperative change of the anterior corneal surface (P<0.001), which itself was significantly greater than calculated K-readings considering the pre- to postoperative change of sphero-equivalent refraction at the corneal plane (P<0.001). The lowest K-readings and the highest IOL powers were achieved considering the pre- to postoperative change of sphero-equivalent refraction at the spectacle plane (P<0.001). IOL power underestimation correlated significantly with the difference between the pre- and postoperative sphero-equivalent refraction (P=0.001) and with the intended depth of PRK ablation (P=0.004). Conclusions: Conventionally measured keratometric diopters to be entered into IOL power calculation formulas have to be corrected to avoid hyperopia after cataract surgery with lens implantation. The "clinical history method" should be applied whenever refraction and keratometric diopters before the keratorefractive procedure are available to the cataract surgeon. If preoperative keratometric diopters and refraction are not known, Average Central Power of computerized topography analysis may be used after RK but refined calculation of keratometric diopters from radius of anterior and posterior corneal surface should be used after PRK/LASIK. The results of more than one modern third-generation formulas (such as Haigis, Hoffer Q, Holladay 2, SRK/T) should be compared. In all instances, the cataract surgeon has to make sure that the corrected K-reading is not wrongly re-converted within the IOL power calculation formula used.
In den letzten dreißig Jahren wurden weltweit viele hunderttausend Augen einem refraktiv-chirurgischen Eingriff an der Hornhaut unterzogen. In den nächsten Jahrzehnten werden viele dieser Augen eine Katarakt entwickeln. Bei der Berechnung der Kunstlinsenstärke ist zu berücksichtigen, daß es sich hierbei um hochanspruchsvolle Patienten handelt, die überwiegend nach der Kataraktoperation wieder emmetrop sein wollen.
In den letzten Jahren gab es immer wieder Berichte über die Fehlbestimmung der Kunstlinsenstärke oder gar die Notwendigkeit eines Kunstlinsenaustausches wegen Hyperopie und/oder Anisometropie bei Kataraktoperation nach radialer Keratotomie (RK) oder myoper photorefraktiver Keratektomie (PRK). Um derartige refraktive Fehlschläge in praxi zu vermeiden, sollte man sich dieses Problems im voraus in der Theorie annehmen. Die Ziele dieses Referats sind, (1) die Gründe für die Kunstlinsenfehlbestimmung darzustellen, (2) die Validität der Hornhautbrechkraftmessung zu beleuchten, (3) auf mögliche Verbesserungen der Kunstlinsenberechnung einzugehen und (4) Vorschläge zum praktischen Vorgehen zu machen.
Prinzipiell existieren zwei Typen einer Kunstlinsenberechnungsformel, zum einen die empirischen Regressionsformeln, zum zweiten die theoretisch optischen Formeln, in welche die effektive Linsenposition eingeht. Es gibt derzeit keinen Anhalt dafür, daß mittels Ultraschall die Achsenlänge nach refraktiver Hornhautchirurgie falsch gemessen würde. Wir sind der Auffassung, daß die zentrale Hornhautbrechkraft den kritischen Parameter in der Kunstlinsenberechnungsformel nach refraktiver Chirurgie darstellt.
Prinzipiell läßt sich die Hornhautbrechkraft direkt auf zwei verschiedene Arten messen, zum einen mit der Keratometrie, zum anderen mit verschiedenen Varianten der Topographieanalyse. Hierbei wird mit den gängigen Methoden nur die Vorderfläche vermessen. Allerdings geht in die Gesamtbrechkraft der Hornhaut auch die Rückfläche ein. Verschiedene refraktive Indizes von Luft, Hornhaut und Kammerwasser spielen eine Rolle für die Brechkraft an den Grenzflächen.
Refraktive Chirurgie kann einerseits eine indirekte Änderung der zentralen Hornhautkrümmung durch tiefe radiäre Inzisionen mit einer Instabilisierung der mittleren Peripherie bewirken, wie bei der radialen Keratotomie. Andererseits kann bei der PRK und der LASIK eine direkte Änderung der zentralen Krümmung durch Gewebeentfernung im Zentrum provoziert werden. Diese prinzipiellen chirurgischen Ansätze bedingen unserer Meinung nach auch die Hauptgründe für die Fehlbestimmung der Hornhautbrechkraft. Bei der radialen Keratotomie scheint eine falsche Messung des Krümmungsradius der Vorderfläche im Vordergrund zu stehen, während bei der PRK und der LASIK eine falsche Berechnung der Brechkraft aus weitgehend richtig gemessenem Krümmungsradius der Vorderfläche im Vordergrund zu stehen scheint.
Nach radialer Keratotomie wird die zentrale Hornhautdicke nicht verändert. Auch das Verhältnis zwischen Hornhautvorderflächenradius und Hornhautrückflächenradius wird nicht gravierend verändert. Insbesondere bei kleiner dezentrierter optischer Zone kann die Keratometrie im Bereich des "Knies" der Übergangszone zu einem falsch hohen Brechkraftwert führen.
Ganz anders ist die Situation bei der PRK. Hier wird der Vorderflächenradius deutlich vergrößert, während der Rückflächenradius - zumindest theoretisch - konstant bleibt. Das Verhältnis zwischen Vorder- und Rückflächenradius nimmt deutlich zu. Dagegen scheint eine Fehlmessung des Radius bei einheitlicher Brechkraft innerhalb der zentralen 4 bis 5 mm keine größere Rolle zu spielen.
Warum wird aber die Gesamtbrechkraft nach PRK falsch bestimmt? Das liegt an der konventionellen Berechnung der Gesamtbrechkraft mittels einer paraxialen Formel aus dem Vorderflächenradius unter Verwendung eines effektiven refraktiven Index beispielsweise auf der Basis des Gullstrandschen Modellauges (Brechkraft [D] = (n - 1,000) ¸ Vorderradius [m]). Bei der "Zeiss-Bombe" geht ein effektiver refraktiver Index von 1,3313 ein. Diese direkte Umrechnung ist falsch nach PRK und nach LASIK.
Wir haben die Validität der direkten Brechkraftmessung nach PRK in Modellrechnungen beleuchtet. Die Zielgrößen dieser Rechnung waren die gemessene und die berechnete (s.u.) keratometrische Brechkraft, die gemessene und die berechnete topographische Brechkraft, die theoretische Kunstlinsenstärke für eine Standardkunstlinse und die theoretische postoperative Refraktion nach fiktiver Kataraktoperation.
Es zeigte sich, daß die Keratometrie im Vergleich zur Topographieanalyse sowohl prä- als auch postoperativ signifikant niedrigere Brechkraftwerte liefert. Dies steht im Einklang mit unseren Ergebnissen nach der perforierender Keratoplastik, wobei auch im Mittel sowohl die Brechkraft als auch der Astigmatismus keratometrisch etwa um 1 D niedriger lag als topographisch. Nach der PRK waren die gemessenen Brechkraftwerte signifikant größer als die berechneten Brechkraftwerte. Die Hornhautabflachung nach PRK wurde also keratometrisch im Mittel etwa um 30%, topographisch im Mittel sogar um 56% unterschätzt. Die Hornhaut ist also de facto nach PRK flacher als sie mit konventionellen, heute gängigen Methoden gemessen wird.
Die Hornhautbrechkraftüberschätzung korrelierte hochsignifikant mit der Änderung des sphärischen Äquivalents durch die PRK und korrelierte erwartungsgemäß ebenso hochsignifikant mit der Ablationstiefe während der PRK.
Die Kunstlinsenstärke für Emmetropie nach PRK war nicht gravierend unterschiedlich zwischen der SRK/T- und der Haigis-Formel. Jedoch lieferte bei beiden Formeln die gemessene Brechkraft signifikant niedrigere Kunstlinsenstärkenwerte als die berechnete Brechkraft. Nach einer fiktiven Kataraktoperation würde bei Verwendung der Keratometrie eine Refraktion von +1,4 D im Mittel, maximal +3,5 D, bei Verwendung der Topographie eine Refraktion von +2,5 D im Mittel, maximal 4,5 D erzielt werden, wenn zuvor eine Kurzsichtigkeit von -9 D korrigiert wurde.
In einer multiplen Regressionsanalyse kann die berechnete Keratometrie mit der gemessenen Keratometrie und der Änderung des sphärischen Äquivalents in Bezug gesetzt werden. Es zeigte sich, daß eine quadratische Regressionsgleichung allein unter Berücksichtigung der gemessenen Hornhautbrechkraft die geringste Varianz und damit die beste Approximation der Werte lieferte.
Die Ergebnisse unserer Modellrechnungen nach PRK-Korrektur von reiner Myopie oder myopem Astigmatismus lassen sich zusammenfassen wie auf dem linken Dia dargestellt ist.
Folglich sollte man, wenn immer möglich, eine indirekte Bestimmung der Hornhautbrechkraft anstreben. Bereits 1989 wurde von Guyton und von Holladay die auf der Anamnese basierende "Clinical History" Methode vorgeschlagen und zwar unter Berücksichtigung der Änderung des sphärischen Äquivalents. Sie setzt voraus, daß zum Zeitpunkt der Kataraktoperation Keratometrie und Refraktion vor dem refraktiven Eingriff bekannt sind. Die Änderung der Vorderflächenbrechkraft kann dann abgeleitet werden, wenn zwar die Keratometrie präoperativ, nicht jedoch die Refraktion bekannt ist. Allerdings führt sie erfahrungsgemäß zu höheren Brechkraftwerten als die Berücksichtigung der Änderung des sphärischen Äquivalentes. Die Kontaktlinsenmethode wurde von Holladay und von Hoffer nach RK vorgeschlagen. Wir halten diese Methode für vergleichsweise aufwendig und wenig praktikabel.
Wenn weder Refraktion noch Keratometrie vor der PRK bekannt sind, sollte vor der Kataraktoperation die Rückflächenbrechkraft berücksichtigt werden. Neben der Addition von Vorder- und Rückflächenbrechkraft müßte theoretisch noch ein Mischterm eingehen, der die Hornhautdicke berücksichtigt. Dieser kann aber unserer Meinung nach klinisch vernachlässigt werden, weil er maximal 0,1 D beträgt.
Wir hatten mittels Scanning-Slit-Topographie an 256 Normalaugen in Übereinstimmung mit der klassischen Literatur die Rückflächenbrechkraft im Mittel zu –6,2 D bestimmt. Dieses belegt indirekt die Validität der Rückflächenbrechkraftmessung mit diesem neuen Verfahren. Wir hatten keine Unterschiede zwischen Mann und Frau feststellen können, darüber hinaus auch keine Altersabhängigkeit der posterioren Brechkraftwerte. Allerdings zeigte sich eine deutliche individuelle Schwankung, so daß die alleinige Berücksichtigung des statistischen Mittelwertes von –6,2 D für die Rückflächenkrümmung zu einer individuellen Fehlbestimmung der Gesamtbrechkraft der Hornhaut in der Größenordnung von 2 bis 3 D führen kann.
Zum Vorgehen in der klinischen Praxis: Zunächst sollte man sicherstellen, daß der Patient realistische Erwartungen hat und ihn detailliert aufklären wie einen "typischen" refraktiv-chirurgischen Patienten mit hohen Ansprüchen. Man sollte eine stabile Refraktion für die Anamnese-Methode verwenden, und zwar bevor etwa eine lentogene Myopisierung durch eine Kernkatarakt eingetreten ist. Soll der Patient nach der Kataraktoperation emmetrop sein, so ist es vielleicht sinnvoller, rein rechnerisch auf –1 D zu zielen, um den Patienten keinesfalls hyperop zu lassen. Unserer Meinung nach ist die Topographieanalyse nach refraktiv-chirurgischen Eingriffen vor Kataraktoperationen obligat, um Irregularitäten zu detektieren, die zu Fehlmessungen des Krümmungsradius führen können. Wenn immer möglich sollte nach jeder Form eines refraktiven Eingriffs an der Hornhaut die Anamnese-Methode unter Berücksichtigung der Änderung des sphärischen Äquivalentes gewählt werden. Wenn die Keratometrie vor einer RK nicht bekannt ist, kann die "Average Central Power", d.h. die Mittelung der Brechkräfte über der Eintrittspupille, oder der Mittelwert multipler, mit dem Cursor bestimmter (para-)zentraler Brechkraftwerte benutzt werden. Das relative Niveau zwischen Topographie und Keratometrie ist hierbei individuell zu berücksichtigen. Wenn keine Angaben über Refraktion und Keratometrie vor einer PRK oder LASIK vorliegen, sollte die Rückflächenkrümmung für die Berechnung der Gesamtbrechkraft herangezogen werden. Die so gewonnenen indirekten Brechkraftwerte sollten in eine theoretisch-optische Formel eingesetzt werden.
Die Hauptgründe für die Kunstlinsenfehlbestimmung sind unterschiedlich nach RK und PRK/LASIK. Insbesondere sollte kein früher Kunstlinsenaustausch nach RK erwogen werden, weil bekannt ist, daß es in den ersten Tagen durch Schwellungseffekte im Bereich der ehemaligen Inzisionen zu einer weitgehend reversiblen übermäßigen Abflachung der Hornhaut im Zentrum mit einer Refraktion von bis zu +4 D kommen kann. Wenn immer möglich, sollten indirekt bestimmte Hornhautbrechkraftwerte und nicht direkt gemessene verwendet werden. Man sollte erwägen, ob nicht der refraktive Chirurg generell seinem Patienten ein Kärtchen in die Hand gibt, auf dem zumindest die Keratometrie und Refraktion vor dem refraktiven Eingriff aufgeführt sind. Dieses Kärtchen könnte der Patient dann nach 20 oder 30 Jahren seinem Kataraktchirurgen vorlegen. Die Ergebnisse verschiedener Formeln sollten miteinander verglichen werden, und man sollte dringend sicherstellen, daß nicht der korrigierte Brechkraftwert oder der richtig gemessene Radiuswert in der verwendeten Formel durch Anwendung eines inadäquaten refraktiven Index falsch re-konvertiert wird. Zukünftige Herausforderungen sind die Kunstlinsenbestimmungen nach Hyperopiekorrektur, die Kunstlinsenbestimmung bei intrakornealem Ring sowie die postoperative Keratektasie mit unterschiedlicher Veränderung der Vorder- und Rückflächenkrümmung nach LASIK bei höherer Moypie.
Literatur
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