DE60130284T2

DE60130284T2 - Verfahren der berührungslosen Tonometrie

Info

Publication number: DE60130284T2
Application number: DE60130284T
Authority: DE
Inventors: David A. Dr. Clarence Luce
Original assignee: Reichert Inc
Current assignee: Reichert Inc
Priority date: 2000-04-20
Filing date: 2001-04-12
Publication date: 2008-05-29
Anticipated expiration: 2021-04-13
Also published as: CN1318343A; JP2001299701A; JP4017835B2; US6419631B1; EP1147738B1; DE60130284D1; EP1147738A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet ophthalmologischer Verfahren und insbesondere ein verbessertes Verfahren der berührungsfreien Tonometrie zum Messen des Intraokulardrucks (intraocular pressure – IOP) eines Auges.
Tonometer zum Messen des IOP wurden ursprünglich als „Berührungs"-Instrumente entwickelt, was bedeutet, dass während des Messvorgangs ein Teil des Instruments in Berührung mit der Kornea gebracht wird. Ein gut bekanntes Instrument dieser Art ist das ursprünglich während der 1950er entwickelte Goldmann-Applanationstonometer (GAT): Das GAT misst die Kraft, die erforderlich ist, um eine bekannte Fläche der Kornea abzuflachen (zu „applanieren"), und wird heute als Standard verwendet, mit dem andere Arten von Tonometern verglichen werden, um die Messgenauigkeit abzuschätzen.
Die durch Berührungstonometer, wie beispielsweise das GAT, verursachten Patientenbeschwerden führten zur Entwicklung von „berührungsfreien" Tonometern (non-contact tonometers – NCT), die durch Richten eines durch einen Pumpenmechanismus erzeugten Luftimpulses durch eine auf die Kornea gezielten Ablassröhre, um eine Applanatio zu verursachen, funktionieren. Wenn die Kornea durch den Fluidimpuls verformt wird, überwacht ein opto-elektronisches System die Kornea durch Abfühlen des von der Kornea reflektierten Lichts von einem schräg auf die Kornea auftreffenden Strahl, und ein Scheitelwertdetektorsignal tritt im Augenblick der Applanatio auf, wenn die reflektierende Oberfläche der Kornea flach ist.
Bei NCT des Standes der Technik misst ein Druckwandler den Pumpenplenumdruck, wenn der Impuls erzeugt wird, um ein Plenumdrucksignal zu erzeugen, das sich typi scherweise einer Gaußschen Verteilung annähert, wodurch der Plenumdruck in dem Augenblick, in dem die Applanatio erreicht wird, bestimmt werden kann. Der Plenumdruck bei der Applanatio wird danach unter Verwendung einer linearen Regressionsgleichung, die während der klinischen Instrumenteneichung im Verhältnis zu einem GAT als Bezug gespeichert wurde, zu einem IOP-Wert in der Einheit mmHg umgewandelt. Ein Hauptindex für die Zuverlässigkeit eines NOT ist die Standardabweichung der Differenzen S_d von passenden Paaren klinischer NOT- und GAT-Messwerte.
Während die NOT angemessen zuverlässige IOP-Messungen gewährleisten, weisen jüngste Untersuchungen darauf hin, dass Korneadickenwirkungen eine bedeutende Auswirkung auf NCT-Messwerte haben. IOP-Messwerte werden fälschlicherweise überhöht, weil der Luftimpuls beim Biegen" der Kornea selbst, im Gegensatz zum Verdrängen des Intraokulardrucks, der auf die Kornea drückt, etwas von seiner Energie aufbraucht. Siehe zum Beispiel Copt R-P, Thomas R, Mermoud A, Corneal Thickness in Ocular Hypertension, Primary Open-angle Glaucoma, and Normal Tension Glaucoma, Arch Ophthalmol. Vo. 117:14-16 (1999), Emara B, Probst LE, Tingey DP, Kennedy DW et al., Correlation of Intraocular Pressure and Central Corneal Thickness in Normal Myopic Eyes After Laser in situ Keratomileusis, J Cataract Refract Surg, Vol. 24:1320-25 (1998), Stodtmeister R, Applanation Tonometry and Correction According to Corneal Thickness, Acta Ophthalmol Scand, Vol. 76:319-24 (1998), und Argus WA, Ocular Hypertension and Central Corneal Thickness. Ophthalmol, Vol. 102:1810-12 (1995). Für Personen mit verhältnismäßig dicken Korneas können die unter der Methodologie des Standes der Technik gemessenen IOP-Werte bedeutsam beeinträchtig sein. Bisher haben die Versuche, den gemessenen IOP nach der Korneadicke zu korrigieren, typischerweise eingeschlossen, die Korneadicke durch zusätzliche instrumentelle Mittel zu messen und den gemessenen IOP um ein Maß auf der Grundlage der gemessenen Korneadicke zu korrigieren. Das US-Patent Nr. 5,474,066 (Grolman), erteilt am 12. Dezember 1995, ist dieser Herangehensweise zuzuschreiben.
Während einer berührungsfreien IOP-Messung wird die Kornea faktisch aus ihrem ursprünglichen konvexen Zustand durch einen ersten Zustand der Applanatio zu einem geringfügig konkaven Zustand verformt, und es wird ermöglicht, dass sie aus der Konkavität über einen zweiten Zustand der Applanatio zur Konvexität zurückkehrt, wenn der Luftimpuls abklingt. In der Tat ist bekannt, dass ein zweiter Scheitelwert in dem Applanatio-Signal, das dem zweiten Zustand der Applanatio entspricht, auftritt. Bisher haben berührungsfreie Tonometrieverfahren nur den Plenumdruck, der dem ersten Zustand der Applanatio zugeordnet ist, in Betracht gezogen, um ihn in eine Regressionsgleichung einzugeben, um den IOP zu berechnen, und haben den Plenumdruck, der dem zweiten Zustand der Applanatio zugeordnet ist, ignoriert.
DE 19 29 638 offenbart ein Verfahren, bei dem die Druckdaten von einem Fluidimpuls, der eine Einwärts- und eine Auswärtsverformung einer Kornea erzeugt, gegen die Zeit aufgezeichnet werden und die dem ersten und dem zweiten Zustand der Applanatio zugeordneten Plenumdrücke durch Korrelieren mit gemessenen Maxima des reflektierten Lichts bestimmt werden, wobei der Intraokulardruck auf dieser Grundlage berechnet wird. Das Verfahren für diese Berechnung wird jedoch nicht verdeutlicht.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes berührungsfreies Tonometrieverfahren bereitzustellen, das eine genauere Messung des wahren IOP gewährleistet.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein berührungsfreies Tonometrieverfahren bereit zustellen, das die Korneadicke als einen Faktor, der die IOP-Messwerte beeinträchtigt, beseitigt.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die zuvor erwähnten Aufgaben unter Verwendung vorhandener NCT-Geräte zu erfüllen.
Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Messen des Intraokulardrucks eines Auges, wie in Anspruch 1 definiert, bereitgestellt.
Bei einem Beispiel des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird anfangs ein durch einen Pumpenmechanismus erzeugter Fluidimpuls auf die Kornea gerichtet, um eine umkehrbare Verformung der Kornea aus der Konvexität, durch eine erste Applanatio, in die Konkavität und zurück, durch eine zweite Applanatio, in die Konvexität zu bewirken. Die Korneaverformung wird in Abhängigkeit von der Zeit überwacht, um ein Signal zu erzeugen, das die Zeitpunkte der ersten Applanatio bzw. der zweiten Applanatio anzeigt. Wie die Korneaverformung überwacht wird, so wird auch ein Plenumdruck des Pumpenmechanismus überwacht, um einen ersten Plenumdruck und einen zweiten Plenumdruck zu bestimmen, die dem ersten bzw. dem zweiten Applanatio-Zeitpunkt entsprechen. Der erste Plenumdruck wird als ein Koeffizient einer ersten Regressionsgleichung eingegeben, um einen ersten Intraokulardruckwert zu ergeben, und der zweite Plenumdruck wird als ein Koeffizient einer zweiten Regressionsgleichung eingegeben, um einen zweiten Intraokulardruckwert zu ergeben. Die zwei Intraokularwerte werden danach gemittelt, um einen endgültigen Intraokulardruckwert zu berechnen. Bei einem anderen Beispiel könnte ein Durchschnitt des ersten und des zweiten Plenumdrucks als ein Koeffizient einer einzigen entsprechenden Regressionsgleichung eingegeben werden, um einen endgültigen Intraokulardruckwert zu berechnen.
Die Beschaffenheit und die Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung werden nun in der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen vollständiger beschrieben, betrachtet zusammen mit den beigefügten Zeichnungen, in denen:
1 ein Ablaufdiagramm ist, das ein erstes berührungsfreies Tonometrieverfahren illustriert, das als Beispiel für die vorliegende Erfindung steht,
2A ein Kräfteplan einer Kornea zu einem ersten Augenblick der Applanatio ist,
2B ein Kräfteplan einer Kornea zu einem zweiten Augenblick der Applanatio ist,
3 eine graphische Darstellung ist, die Applanatio-Erkennungs- und Plenumdrucksignale für eine typische NCT-IOP-Messung zeigt,
4 eine graphische Darstellung ist, die lineare Regressionen von Plenumdrücken für den Plenumdruck sowohl der nach innen gerichteten (ersten) als auch der nach außen gerichteten (zweiten) Applanatio zeigt, und
5 ein schematisches Ablaufdiagramm ist, das ein zweites berührungsfreies Tonometrieverfahren illustriert, das als Beispiel für die vorliegende Erfindung steht.
Verbesserte Tonometrieverfahren, die als Beispiel für die vorliegende Erfindung stehen, können durch ein vorhandenes NOT, das Mikroprozessor-Steuerungsmittel hat, einschließlich der durch die Leica Microsystems, Inc., gefertigten NOT, umgesetzt werden. Wie es für Fachleute auf dem Gebiet ophthalmologischer Instrumente offensichtlich sein wird, wird das Umsetzen der hierin beschriebenen Verfahren durch Modifizieren der Eichtechnik und der Mes sungssteuerungssoftware des Instruments ausgeführt und erfordert keine abweichenden oder zusätzlichen Geräte.
Wie in dem Ablaufdiagramm von 1 angezeigt, beginnt die NCT-Messung mit dem Erzeugen eines auf die Kornea gerichteten Fluidimpulses. Dies wird üblicherweise durch Erregen eines solenoidgetriebenen Pumpenmechanismus in Fluidverbindung mit einer vor dem Auge ausgerichteten Fluid-Ablassröhre erreicht, wie es beispielsweise in der US-Patentschrift Nr. 3,756,073 gelehrt wird.
Die der Kornea durch den Fluidimpuls mitgeteilte Impulsenergie verformt die Kornea umkehrbar aus ihrem ursprünglichen Zustand der Konvexität durch einen ersten Zustand der Applanatio in einen Zustand der Konkavität. Wenn der Luftimpuls abklingt oder durch Aberregen des Pumpensolenoids steuerbar vermindert wird, kehrt die Kornea aus der Konkavität durch einen zweiten Zustand der Applanatio in ihren ursprünglichen Zustand der Konvexität zurück. Es ist zu bemerken, dass die Verwendung eines Solenoids für den Pumpenmechanismus auf dem Gebiet verbreitet ist, jedoch alternative Antriebsmittel, wie beispielsweise Linearmotoren, ebenfalls bekannt sind und eingesetzt werden könnten.
2A und 2B sind vereinfachte Diagramme, welche die auf die Kornea C wirkenden Kräfte in dem Augenblick der ersten Applanatio (2A) und der zweiten Applanatio (2B) während einer NCT-Messung zeigen, während dynamische Wirkungen ignoriert werden. In den Figuren stellt F₁ die nach innen gerichtete Kraft eines auftreffenden Fluidimpulses dar, F₂ stellt die zum Biegen des Korneagewebes selbst erforderliche Kraft dar, und F₃ stellt die nach außen gerichtete Kraft, die dem Intraokulardruck, der zu messenden Größe, zuzuschreiben ist, dar. Bei der ersten Applanatio wirkt die Kraft F₂ zusammen mit der Kraft F₃, um der durch den Fluidimpuls ausgeübten Kraft F₁ entgegenzuwirken: F1,IN = F2 + F3
Jedoch wirkt bei der zweiten Applanatio die Kraft F₂ zusammen mit der Fluidimpulskraft F₁, um der durch den Intraokulardruck ausgeübten Kraft F₂ entgegenzuwirken: F1,OUT + F2 = F3.
Daher kann das System durch die folgende Beziehung ausgedrückt werden:
Es ist bemerkenswert, dass in der obigen Gleichung die Kraft F₂ auf Grund der Korneadicke „herausgefallen" ist derart, dass F₃ allein durch F_1,IN und F_1,OUT ausgedrückt wird. Da F_1,IN und F_1,OUT unmittelbar mit einer beobachtbaren Größe, nämlich dem Pumpenplenumdruck, verbunden sind und der wahre IOP unmittelbar mit F₃ verbunden ist, kann der gesuchte wahre IOP durch die Verwendung der Daten sowohl aus dem ersten als auch aus dem zweiten Zustand der Applanatio, wie weiter unten beschrieben, ohne Korneadickenwirkungen gemessen werden. Diese Herangehensweise, wobei der zweite Zustand der Applanatio beim Messen des TOP berücksichtigt wird, ist eine Abweichung von Verfahren des Standes der Technik.
Nun wird die Aufmerksamkeit für die Beschreibung eines bevorzugten Tonometrieverfahrens nach der vorliegenden Erfindung auf 1, 3 und 4 beschränkt. Während der oben beschriebenen Korneaverformung überwacht das optoelektronische System des NCT die Form der Kornea und stellt ein Applanatio-Signal bereit. Im Einzelnen wird, wie auf dem Gebiet bekannt ist, ein Infrarotemitter auf der einen Seite einer mittigen Ausrichtungsachse des Instruments angeordnet, um einen schräg einfallenden Lichtstrahl auf die Kornea zu richten, und ein lichtempfindlicher Detektor wird auf der anderen Seite der Ausrichtungsachse, symmetrisch gegenüber dem Emitter, angeordnet, um das von der Kornea reflektierte Licht zu empfangen. Wenn die Kornea konvex oder konkav ist, wird der schräg einfallende Strahl aufgefächert, weil er an der gekrümmten Kornea-Oberfläche reflektiert wird, und das meiste des reflektierten Lichts verfehlt den Detektor. Wenn sich die Kornea jedoch einem Zustand der Applanatio annähert, wird der schräg einfallende Strahl auf eine kohärente Weise von der flachen Kornea-Oberfläche zu dem Detektor hin reflektiert. Demzufolge erzeugt der Detektor ein Scheitelwertsignal, das eine Applanatio anzeigt. 3 zeigt ein tatsächliches Applanatio-Signal über die Zeit, wobei ein erster Scheitelwert einen ersten Applanatio-Zeitpunkt t₁ anzeigt und ein zweiter Scheitelwert einen zweiten Applanatio-Zeitpunkt t₂ anzeigt. Gemäß 1 wird die Applanatio-Signalinformation in Verarbeitungsmittel eingegeben, um den ersten und den zweiten Applanatio-Zeitpunkt t₁ und t₂ zu bestimmen. Unter Verfahren des Standes der Technik wurde nur der erste Applanatio-Zeitpunkt t₁ aufgezeichnet. Während der Korneaverformung wird ebenfalls ein dem Pumpenmechanismus zugeordneter Plenumdruck in Abhängigkeit von der Zeit gemessen, um ein Plenumdrucksignal bereitzustellen. Der Plenumdruck kann unmittelbar durch einen Miniatur-Druckwandler oder mittelbar durch Korrelieren von Druck und Zeit für einen linearen Druckanstieg, der mit einer bekannten Geschwindigkeit zunimmt, gemessen werden, wobei diese beiden Herangehensweise auf dem Gebiet der berührungsfreien Tonometrie bekannt sind. 3 zeigt ein über das Applanatio-Signal gelegtes tatsächliches Plenumdrucksignal. Das Plenumdrucksignal nähert sich typischerweise einer Gaußschen Verteilung an. Das Plenumdrucksignal wird, wie das Applanatio-Signal, in Verarbeitungsmittel eingegeben, was folglich das Bestimmen eines ersten Plenumdrucks PP₁ zum ersten Applanatio-Zeitpunkt t₁ und eines zweiten Plenumdrucks PP₂ zum zweiten Applanatio-Zeitpunkt t₂ ermöglicht.
Nach dem Verfahren der beschriebenen Ausführungsform werden die beiden Plenumdrücke PP₁ und PP₂ in jeweilige Regressionsgleichungen eingegeben, die im Ergebnis einer Instrumenteneichung in einer klinischen Umgebung im Instrumentenspeicher gespeichert sind. 4 stellt ein Beispiel einer Aufzeichnung von klinischen Eichmessungen vor, verwendet, um unter Einbeziehung der Methodologie der vorliegenden Erfindung zwei jeweilige lineare Regressionsgleichungen für ein berührungsfreies Tonometer zu formulieren. Jedes bei dem klinischen Versuch untersuchte Auge wird durch GAT- und NCT-Instrumente gemessen. Die rautenförmigen Datenpunkte stellen den ersten Plenumdruck PP₁, gemessen durch das NCT (y-Achse), in Abhängigkeit von der entsprechenden GAT-Messung in mmHg (x-Achse) dar, während die quadratisch geformten Datenpunkte ebenso den zweiten Plenumdruck PP₂, gemessen durch das NCT, in Abhängigkeit von der entsprechenden GAT-Messung darstellen. Die zwei Sätze von Eichdatenpunkten werden an entsprechende Regressionsgleichungen, wie beispielsweise lineare Regressionsgleichungen, die durch einen Algorithmus der kleinsten Quadrate bestimmt werden, angepasst, und die Regressionsgleichungen werden im Instrumentenspeicher gespeichert. Es ist zu bemerken, dass, während hierin in Verbindung mit 4 lineare Regressionsgleichungen gezeigt werden, nicht lineare Regressionsgleichungen ebenfalls abgeleitet werden können und unter die Methodologie der vorliegenden Erfindung fallen.
Während einer tatsächlichen Patientenmessung nach der beschriebenen Ausführungsform wird der erste Plenumdruck PP₁ unter Verwendung der ersten Regressionsgleichung in einen ersten Intraokulardruckwert IOP₁ umgewandelt, und der zweite Plenumdruck PP₂ wird unter Verwendung der zwei ten Regressionsgleichung in einen zweiten Intraokulardruckwert IOP₂ umgewandelt. Der erste und der zweite IOP-Wert werden danach, wie durch die Erörterung von 2A und 2B nahegelegt, gemittelt derart, dass die Korneadicke herausgekürzt wird. Der Mittlungsschritt ergibt einen endgültigen gemeldeten Wert IOP_f.
Als Alternative zu der oben beschriebenen Herangehensweise können der erste und der zweite Plenumdruck PP₁ und PP₂ gemittelt werden, um PP_AVG zu ergeben, und dieser Durchschnittswert kann in eine einzige Regressionsgleichung eingegeben werden, bestimmt durch die klinische Eichung für das Instrument, um den endgültigen gemeldeten Wert IOP_f zu ergeben. Diese Herangehensweise wird in 5 schematisch gezeigt. Im Gegensatz zu dem oben erwähnten Eichverfahren, wobei der erste und der zweite NCT-Plenumdruck PP₁ und PP₂ jeweils gesondert in Abhängigkeit von den entsprechenden GAT-Messungen aufgezeichnet werden, um zwei entsprechende Regressionsgleichungen zu bestimmen, würde die Eichung unter der alternativen Herangehensweise einschließen, die NCT-Plenumdrücke PP₁ und PP₂ zu mitteln und den Durchschnitt in Abhängigkeit von der entsprechenden GAT-Messung aufzuzeichnen. Dieser Satz von Eichdatenpunkten wird an eine einzige Regressionsgleichung, wie beispielsweise eine lineare Regressionsgleichung, die durch einen Algorithmus der kleinsten Quadrate bestimmt wird, angepasst, und die einzige Regressionsgleichung wird im Instrumentenspeicher gespeichert.

Claims

Verfahren zum Messen des Intraokulardrucks eines Auges, mit folgenden Schritten: Richten eines Fluidimpulses auf eine Kornea, um eine umkehrbare Verformung der Kornea aus einem ursprünglich konvexen Zustand über einen ersten Zustand der Applanatio in einen konkaven Zustand und zurück über einen zweiten Zustand der Applanatio in den konvexen Zustand zu bewirken, Erfassen von Druckdaten in Verbindung mit dem Fluidimpuls zu einem Zeitpunkt des ersten Zustands der Applanatio und zu einem Zeitpunkt des zweiten Zustands der Applanatio und Berechnen eines endgültigen Intraokulardruckwertes, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung des endgültigen Intraokulardruckwertes auf einem Durchschnitt der erfassten Druckwerte oder einem Durchschnitt eines ersten und eines zweiten Intraokulardruckwertes basiert, die separat anhand von Druckdaten errechnet wurden, die dem Zeitpunkt des ersten Zustands der Applanatio und dem Zeitpunkt des zweiten Zustands der Applanatio entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte des Erfassens der Druckdaten und des Berechnens des endgültigen Intraokulardruckwertes Folgendes aufweisen: Überwachen der Korneaverformung als eine Funktion der Zeit, um ein Signal zu erzeugen, das einen Zeitpunkt des ersten Zustands der Applanatio und einen Zeitpunkt des zweiten Zustands der Applanatio anzeigt; Messen eines ersten Plenumdrucks, der dem Zeitpunkt des ersten Zustands der Applanatio entspricht, und eines zweiten Plenumdrucks, der dem Zeitpunkt des zweiten Zustands der Applanatio entspricht; Eingeben des ersten und des zweiten Plenumdrucks in eine erste bzw. eine zweite Regressionsgleichung, um einen ersten bzw. einen zweiten Intraokulardruckwert zu erzeugen; und Berechnen des endgültigen Intraokulardruckwertes durch Mitteln des ersten und des zweiten Intraokulardruckwertes.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte des Erfassens der Druckdaten und des Berechnens des endgültigen Intraokulardruckwertes Folgendes aufweisen: Überwachen der Korneaverformung als eine Funktion der Zeit, um ein Signal zu erzeugen, das einen Zeitpunkt des ersten Zustands der Applanatio und einen Zeitpunkt des zweiten Zustands der Applanatio anzeigt; Messen eines ersten Plenumdrucks, der dem Zeitpunkt des ersten Zustands der Applanatio entspricht, und eines zweiten Plenumdrucks, der dem Zeitpunkt des zweiten Zustands der Applanatio entspricht; Mitteln des ersten Plenumdrucks und des zweiten Plenumdrucks, um einen Durchschnittsplenumdruck zu erzeugen; und Eingeben des Durchschnittsplenumdrucks in eine entsprechende Regressionsgleichung, um den endgültigen Intraokulardruckwertes zu berechnen.