Die Entwicklung der Optischen Kohärenz-Tomographie (OCT) der Hornhaut

Abstract

Die Optische Kohärenz-Tomographie (OCT) stellt ein neues, nicht-invasives Diagnoseverfahren dar, welches mit optischen Mitteln eine zweidimensionale Darstellung von biologischen Geweben mit hoher räumlicher Auflösung erlaubt. Durch technische Modifikationen der OCT-Methode wurde eine kontaktfreie und hochauflösende Untersuchung der Hornhaut und der vorderen Augenabschnitte ermöglicht. Erste morphologische Vergleiche mit dem klinischen Befund und Untersuchungen des Hornhautgewebes nach Entnahme im Rahmen der Keratoplastik zeigten eine gute Korrelation der OCT-Bilder mit dem lichtmikroskopischen Befund im Sinne einer optischen Biopsie. Die präzise Quantifizierung der kornealen Schnittbilder stellte sich als besonderer Vorteil der kontaktfreien spaltlampen-adaptierten OCT, insbesondere bei Eingriffen an der Hornhaut, heraus. Dadurch konnten Informationen zu der Epithel- und Hornhautdicke sowie zu dem kornealen Profil bei phototherapeutischen und photorefraktiven Eingriffen mittels Excimer-Laser gewonnen werden. Auch Heilungsverläufe konnten mittels OCT der Hornhaut beurteilt werden. Dies war, aufgrund der individuell unterschiedlichen Heilungsvorgänge in Epithel und Stroma, zur Verlaufskontrolle der Stabilität des refraktiven Ergebnisses und bezüglich der Vorhersagbarkeit relevant. Durch die Darstellung des Hornhautquerschnitts konnten unterschiedliche refraktive Eingriffe durch intrastromale Koagulationen oder durch Implantation von intrakornealen Ringsegmenten beurteilt werden. Die Bestimmung der Tiefe der kornealen Inzisionen bei Keratotomien oder der Lentikeldicke sowie der stromalen Restdicke nach der Anwendung eines Mikrokeratoms im Rahmen der LASIK konnten durch Modifikationen der Lichtquelle im langwelligem Infrarot-Spektrum bei 1310 nm verbessert werden. Zusätzlich wurde dieses optische Meßprinzip in den Strahlengang eines Excimer-Lasers integriert, um automatisiert einen kontinuierlichen, zeitlich aufgelösten Querschnitt der Hornhaut während der Behandlung zu erhalten. Neben wichtigen Erkenntnissen zur Physiologie der Hornhaut während refraktiver Eingriffe war dies bei der LASIK, besonders zur Sicherung der kornealen Biomechanik bei Nachbehandlungen oder höheren Myopiekorrekturen, relevant. Zusätzliche klinische Einsatzgebiete der OCT im Bereich der vorderen Augenabschnitte waren die kontaktfreie Bestimmung des Kammerwinkels, der Vorderkammer und der Sklera. Die durchgeführten experimentellen und klinischen Untersuchungen trugen wesentlich zur weiteren Entwicklung und entscheidenden Verbesserung des OCT-Verfahrens von einem experimentellen Prototypen zu einem klinisch nutzbaren System zur kontaktfreien Diagnostik der Hornhaut und der vorderen Augenabschnitte für Forschung und Praxis bei. Die Besonderheit dieses Systems war, dass die bildgebende Superlumineszenz-Diode direkt an eine Spaltlampe, an ein Lasersystem oder auch an ein Operationsmikroskop gekoppelt werden konnte. Die OCT der Hornhaut konnte einfach, kontaktfrei und mit hoher Auflösung erfolgen und war deshalb eine sinnvolle ergänzende Untersuchungsmethode in der Hornhautdiagnostik, die mittlerweile eine weitere Verbreitung im klinischen Alltag gefunden hat.

Optical coherence tomography (OCT) is a new, non-invasive diagnostic method, which enables two-dimensional imaging of biologic tissues with a high resolution. Further technical developments of the OCT method allowed a non- contact and high-resolution visualization of the cornea and the anterior eye segment structures. Morphological comparisons with the clinical findings and histologic examinations of the corneal tissues after keratoplasty revealed a good correlation of the OCT images with lightmicroscopy, similar to an optical biopsy. The precise quantification of the corneal cross-section was a particular advantage of noncontact, slitlamp-adapted OCT, in particular for corneal surgery. Important informations on the epithelial and corneal thickness, as well as the corneal profile, improved phototherapeutic and photorefractive treatments with the excimer laser. The evaluation of the healing response with corneal OCT was relevant, due to the individually different healing processes of the epithelium and stroma, and the predictability and long-term stability of the refractive result. Visualization of the corneal cross-section with OCT allowed to examine different refractive procedures, involving intrastromal coagulations or implantation of intracorneal ring segments. Depth determination of corneal incisions in keratotomies or the flap thickness as well as the residual stromal thickness after microkeratome cutting in LASIK were improved with modifications of the light source to a longer infrared wavelength at 1310 nm. Furthermore, this optical principle was integrated in an excimer laser, in order to automatically and continuously measure the changes of the corneal thickness during the procedure. This increased the knowledge of corneal physiology during refractive surgery and improved the safety of LASIK avoiding destabilization of the corneal biomechanics, particularly in retreatments and in higher myopic corrections. Additional new diagnostic areas studied with anterior eye segment OCT were the noncontact analysis of the anterior chamber angle, the anterior chamber depth, and the sclera. The performed experminental and clinical studies allowed to further refine and improve the OCT technology for research and clinical purposes from an experimental prototype to a clinical system for the noncontact examination of the cornea and the anterior eye segment. The advantage of this system was that the diagnostic light source could be coupled with specific glass fibres to a slitlamp, a laser system or an operating microscope. The developed OCT of the cornea allowed a simple, noncontact and high-resolution cross-sectional imaging, and revealed to be a helpful additional diagnostic method, which has meanwhile found a wider application in clinical practice.