Quantitativer interokularer Vergleich der gesamten Hornhautoberfläche und des Hornhautdurchmessers bei Patienten mit stark asymmetrischem Keratokonus

Jul 21, 2023

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 4276 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Keratokonus ist eine fortschreitende Hornhauterkrankung, die häufig asymmetrisch verläuft. Die Ätiologie des Keratokonus bleibt unklar, und das Konzept des Keratokonus als ektatische Erkrankung wurde kürzlich in Frage gestellt. Wir haben eine retrospektive Studie an 160 Augen von 80 Patienten durchgeführt, um interokulare Unterschiede im Hornhautdurchmesser und der Hornhautoberfläche bei Patienten mit einseitigem oder stark asymmetrischem Keratokonus (UHAKC) zu bewerten und zu vergleichen. Die Berechnungen wurden anhand topografischer Höhenrohdaten durchgeführt, die aus topografischen Messungen mit Orbscan II abgeleitet wurden, und wir haben die Oberflächenbereiche bis zum gemessenen Hornhautdurchmesser extrapoliert. Wir haben auch die Korrelation zwischen den Augen sowie die Korrelation zwischen der Hornhautoberfläche, dem Hornhautdurchmesser und dem Schweregrad des Keratokonus untersucht. Unsere Ergebnisse zeigten einen statistisch signifikanten, aber klinisch nicht relevanten größeren Hornhautdurchmesser (12,14 mm und 12,17 mm; p = 0,04) und eine größere Hornhautoberfläche (gepaarter t-Test, p < 0,0001; p = 0,0009) bei stärker betroffenen Augen. Ein Vergleich zwischen den Augen ergab, dass der Hornhautdurchmesser, die Vorderkammertiefe und die Hornhautoberfläche stark zwischen den Augen korrelierten. Die Hornhautoberfläche korrelierte weiterhin stark und die Bland-Altman-Analyse zeigte auch eine starke interokulare Übereinstimmung. Unsere Ergebnisse zeigen, dass bei Patienten mit UHAKC der interokulare Unterschied im Hornhautdurchmesser und der Hornhautoberfläche klinisch unbedeutend ist und eher mit einer Umverteilung als mit einer Vergrößerung der Hornhautoberfläche mit fortschreitendem Keratokonus vereinbar ist.

Keratokonus ist eine Augenerkrankung, die durch fortschreitende Hornhautverdünnung, Versteilung und unregelmäßigen Astigmatismus gekennzeichnet ist und häufig zu Sehstörungen führt1,2.

Keratokonus ist eine weit verbreitete Krankheit; Allerdings ist die Pathophysiologie noch nicht vollständig geklärt. In jüngsten Arbeiten haben wir eine hauptsächlich mechanische Ursache vorgeschlagen3,4,5,6,7,8,9, wobei das Reiben der Augen eine grundlegende Rolle spielt und andere bekannte Risikofaktoren (biochemische, genetische, umweltbedingte) wahrscheinlich mit dem Reiben der Augen verbunden sind.

Kürzlich von uns durchgeführte Studien zum Keratokonus ergaben, dass die vordere und hintere Hornhautoberfläche bei Augen mit Keratokonus etwas größer war, die Oberfläche jedoch nicht mit der Schwere des Keratokonus zunahm10. Wir fanden jedoch auch einen größeren horizontalen Hornhautdurchmesser bei Keratokonus-Augen, was möglicherweise zu einer Verzerrung bei der Berechnung der Hornhautoberfläche führt. In dieser Arbeit berichten wir über einen interokularen Vergleich bei Patienten mit einseitigem oder stark asymmetrischem Keratokonus. Wir haben kürzlich eine Fall-Kontroll-Studie mit aufeinanderfolgenden Patienten mit unilateralem oder hochasymmetrischem Keratokonus (UHAKC) veröffentlicht, die bei der Rothschild Foundation diagnostiziert wurden und einen Zusammenhang zwischen Augenreiben, falscher Schlafposition und UHAKC7 aufzeigten, wobei Augenreiben und falsche Schlafposition bei Patienten häufiger auftraten schlechteres Auge.

Die Hornhautoberfläche wurde anhand roher topografischer Höhendaten von 80 Patienten mit UHAKC berechnet.

Da sich gezeigt hat, dass der Hornhautdurchmesser bei normalen kurzsichtigen Augen symmetrisch ist11, haben wir die Symmetrie des Hornhautdurchmessers und der Hornhautoberfläche bei stark asymmetrischem Keratokonus untersucht.

Wir haben auch die Korrelation zwischen den Augen sowie die Korrelation zwischen der Hornhautoberfläche, dem Hornhautdurchmesser und dem Schweregrad des Keratokonus untersucht.

Unsere Studie umfasste 160 Augen von 80 Patienten mit UHAKC. Wir haben 15 Frauen und 65 Männer eingeschrieben.

Tabelle 1 fasst die demografischen Merkmale zusammen.

Alle Patienten hatten einen einseitigen oder stark asymmetrischen Keratokonus (UHAKC), wie in einer früheren Studie7 definiert. Das rechte Auge war bei 35 Patienten (43,8 %) entweder nicht oder weniger betroffen, wie in Tabelle 2 zusammengefasst.

Wie erwartet hatten die betroffenen Augen dünnere (446,3 µm und 511,7 µm; p < 0,0001; R zum Quadrat (R2) = 0,80) und steilere Hornhäute (50,80 Dioptrien und 43,44 Dioptrien; p < 0,0001; R2 = 0,70). Die innere Vorderkammer war in den betroffenen Augen tiefer (3,39 mm und 3,19 mm; p < 0,0001; R2 = 0,76).

Der Hornhautdurchmesser war bei den betroffenen Augen statistisch gesehen etwas größer (12,14 mm und 12,17 mm; p = 0,04, R2 = 0,05, Tabelle 3).

Die vorderen (138,3 cm2 und 136,7 cm2; p < 0,0001, R2 = 0,17) und hinteren (147,8 cm2 und 146,2 cm2; p = 0,0009, R2 = 0,13) Hornhautoberflächen waren bei den betroffenen Augen signifikant größer.

Korrelationsanalyse.

Der r-Korrelationskoeffizient nach Pearson ist in Tabelle 4 (betroffene Augen) und Tabelle 5 (weniger oder nicht betroffene Augen) dargestellt. Wie aus geometrischer Sicht zu erwarten war, korrelierte der Hornhautdurchmesser sowohl bei den betroffenen als auch bei den weniger oder nicht betroffenen Augengruppen stark mit der vorderen und hinteren Hornhautoberfläche. Die Tiefe der Vorderkammer korrelierte schwach mit dem Hornhautdurchmesser und der Hornhautoberfläche.

Der Pearson-R-Korrelationskoeffizient zwischen betroffenen und weniger oder nicht betroffenen Augen ist in Tabelle 6 angegeben. Minimale Pachymetrie und maximale Keratometrie wiesen eine schwache inverse Korrelation mit Hornhautoberflächen auf. Der Vergleich zwischen den Augen zeigte, dass der Hornhautdurchmesser, die Vorderkammertiefe und die Hornhautoberfläche zwischen den Augen stark korrelierten. Die minimale Pachymetrie zeigte eine leichte Korrelation zwischen den Augen. Andererseits zeigte die maximale Keratometrie keine Korrelation zwischen den Augen, wie bei UHAKC erwartet.

Bland-Altman-Analyse

Die Bland-Altman-Diagramme (Abb. 1) zeigen die Übereinstimmung zwischen den beiden Augen für die verschiedenen Parameter. Wie bei Patienten mit UHAKC erwartet, waren die maximale Keratometrie (95 %-Übereinstimmungsgrenzen – 2,2 bis 16,97) und die minimale Pachymetrie (95 %-Übereinstimmungsgrenzen – 129,3 bis 1,70) stark asymmetrisch. Auch die Tiefe der inneren Vorderkammer zeigte eine statistisch signifikante Asymmetrie (95 % Übereinstimmungsgrenzen – 0,02 bis 0,40). Im Gegensatz dazu ist kein signifikanter interokularer Unterschied festzustellen, weder beim Hornhautdurchmesser (95 %-Übereinstimmungsgrenzen – 0,22 bis 0,29) noch bei der Hornhautoberfläche (anterior: 95 %-Übereinstimmungsgrenzen – 5,26 bis 8,46; posterior: 95 %-Übereinstimmungsgrenzen). − 6,87 bis 10,25).

Bland-Altman-Diagramme, die den Unterschied zwischen nicht betroffenen und betroffenen Augen und den Durchschnitt zwischen nicht betroffenen und betroffenen Augen darstellen. Die gepunktete Linie stellt 95 % der Übereinstimmung dar.

Das Konzept des Keratokonus als echte Hornhautektasie wird in neueren Studien zunehmend in Frage gestellt. Der Begriff Ektasie impliziert eine Stroma-Dehnung; ein anisometrischer Prozess, der zu einer Vergrößerung der Oberfläche führen soll. Allerdings sind die Studien zu diesem Thema widersprüchlich. Anhand von Rohdaten der spiegelnden Hornhauttopographie von Placido analysierten Smolek und Klyce12 die vordere Hornhautoberfläche bei normalen Hornhäuten und Keratokonus. Sie kamen zu dem Schluss, dass die Hornhautoberfläche in beiden Gruppen ähnlich war, was stark darauf hindeutet, dass es sich beim Keratokonus eher um eine Form der Verwerfung als um eine echte Ektasie handelt. Sie verfolgten auch einen Fall, der bei fortschreitendem Keratokonus überhaupt keine Flächenvergrößerung zeigte. In jüngerer Zeit fanden Kitazawa et al. sowie Cavas-Martinez et al. eine größere zentrale Hornhautoberfläche bei Keratokonus13,14 anhand von Daten der vorderen und hinteren Hornhautoberflächen, die mit einem OCT des vorderen Segments bzw. einem Hornhauttopographen des Sirius-Systems ermittelt wurden . Es ist jedoch wichtig anzumerken, dass diese Studien zur Berechnung der Hornhautoberfläche bestimmte geometrische Annahmen und Algorithmen anstelle einer direkten höhenbasierten Summierung diskreter Oberflächenelemente15 verwendeten und den Gesamtdurchmesser der Hornhaut nicht berücksichtigten.

In der vorliegenden Studie haben wir unsere bisherigen Ergebnisse in Frage gestellt und mögliche interindividuelle Vorurteile ausgeschlossen. Zur Berechnung der Hornhautoberfläche haben wir eine zuvor beschriebene Methode verwendet, die von Landschaftsmessungen inspiriert ist und rohe Höhendaten ohne Annahmen über die Hornhautform oder lokale Krümmung verwendet15. Wir haben Höhendaten aus topografischen Messungen von Orbscan II erhalten, die sich als wiederholbar erwiesen haben16, und wir haben Oberflächenbereiche bis zum gemessenen Hornhautdurchmesser extrapoliert.

Wir fanden heraus, dass, obwohl die vordere und hintere Hornhautoberfläche bei den betroffenen Augen etwas größer war, es unwahrscheinlich ist, dass dieser Unterschied einen echten ektatischen Prozess widerspiegelt (Unterschied zwischen dem Mittelwert von 1,6 mm2, was einer Zunahme von etwa 1,17 % und 1,09 % entspricht). vordere bzw. hintere Hornhautoberfläche). Auch für die Fläche ist die Effektstärke moderat. Darüber hinaus blieb die Hornhautoberfläche stark korreliert, und die Bland-Altman-Analyse zeigte auch eine starke interokulare Übereinstimmung. Unsere Ergebnisse zeigen, dass es bei derselben Person, die an einem UHAKC litt, einen statistisch signifikanten, wenn auch klinisch irrelevanten Unterschied zwischen dem betroffenen und dem weniger oder nicht betroffenen Auge gab. Wenn man davon ausging, dass beide Hornhäute vor dem Einsetzen des einseitigen Keratokonus einen hohen Grad an Enantiomorphie aufwiesen, dann spiegelt der kleine Unterschied, der nach dem Einsetzen des Keratokonus gemessen wurde, einen anderen Prozess als bei einer echten Ektasie wider. Der Umbau des Epithels könnte wahrscheinlich den vorderen Bereich der Hornhaut beeinflussen17 und zu Veränderungen der Hornhautoberfläche beitragen.

Darüber hinaus zeigte die Oberfläche eine größere Korrelation mit dem Hornhautdurchmesser und der Vorderkammertiefe als bei maximaler Keratometrie und minimaler Pachymetrie, und die Effektgröße ist hinsichtlich der Hornhautoberfläche mittelgroß. Unserer Meinung nach zeigen diese Ergebnisse, dass es unwahrscheinlich ist, dass eine vergrößerte Hornhautoberfläche ein Zeichen für das Fortschreiten des Keratokonus oder den Schweregrad des Keratokonus ist und nicht mit einer Vergrößerung der Oberfläche aufgrund eines Stroma-Dehnungseffekts bei fortschreitendem Keratokonus vereinbar ist. Weitere Studien zum Hornhautvolumen und Vorderkammervolumen könnten weitere Informationen liefern. Vielmehr deuten die Daten darauf hin, dass eine fortschreitende Oberflächenvergrößerung aufgrund der Stroma-Dehnung mit fortschreitendem Keratokonus inkonsistent zu sein scheint. Die bei Patienten mit stark asymmetrischem Keratokonus beobachteten Unterschiede in der Hornhautoberfläche und im Hornhautdurchmesser stimmen mit unseren früheren Ergebnissen zwischen normalen Augen und Keratokonus überein. Diese Beobachtungen legen nahe, dass Keratokonus eher einer Umverteilung der Hornhautoberfläche als einer signifikanten Hornhautdehnung entspricht. Es handelt sich eher um eine permanente Hornhautverformung mit einer relativ stabilen Gesamtoberfläche und kann daher als extreme Form der Hornhautverformung angesehen werden, die durch strukturelle Schäden infolge einer Stromadegeneration und äußerer Kräfte verursacht wird12. Wir haben zuvor gezeigt, dass einseitiges Augenreiben und nächtliche Kompression auf derselben Seite zu UHAKC7 führen können. In dieser Fall-Kontroll-Studie stellten wir fest, dass Patienten mit einseitigem oder stark asymmetrischem Keratokonus deutlich mehr Augenreiben und mehr Reiben am betroffenen Auge berichteten. Auch das Schlafen auf der Seite oder auf dem Bauch erwies sich als Risikofaktor für die Entwicklung eines Keratokonus. Überraschenderweise fanden wir kein erhöhtes Risiko bei Vorliegen eines Keratokonus in der Familienanamnese.

Wir haben eine leichte Vergrößerung der Vorderkammertiefe auf der betroffenen Seite gemessen. Im Rahmen einer im Allgemeinen isometrischen Verformung bleibt die durchschnittliche Krümmung der Hornhautoberflächen weitgehend unbeeinflusst, was bedeutet, dass eine Zunahme der parazentralen Krümmung zwangsläufig mit einer Abnahme der peripheren Krümmung und einer Zunahme der negativen Asphärizität der Hornhaut einhergeht Profil. Eine steilere zentrale sagittale Krümmung mit einer gleichzeitigen peripheren Abflachung könnte eine leichte zentrale Vertiefung der Vorderkammer erklären. Um diesen Befund zu klären, könnte das gesamte Vorderkammervolumen untersucht werden.

Im Lichte unserer vorherigen Studie10, die einen größeren Hornhautdurchmesser bei Keratokonus als bei normalen Augen zeigte, wollten wir die Rolle des horizontalen Hornhautdurchmessers bei den beobachteten Oberflächenunterschieden ermitteln. Wir fanden bei UHAKC heraus, dass der Hornhautdurchmesser im betroffenen Auge etwas größer war, dieser Unterschied war jedoch gering und lag an der Grenze der statistischen Signifikanz. Darüber hinaus zeigte die Bland-Altman-Analyse eine starke Übereinstimmung zwischen dem Keratokonusauge und dem anderen Auge. Wir stellten daher die Hypothese auf, dass es unwahrscheinlich erscheint, dass der Hornhautdurchmesser ein Marker oder eine Folge der Schwere und des Fortschreitens des Keratokonus ist. Um das Vorhandensein eines größeren Hornhautdurchmessers bei Patienten mit Keratokonus zu erklären, können wir die Hypothese aufstellen, dass ein größerer Hornhautdurchmesser aufgrund der geringeren Skleraunterstützung weniger mechanischen Widerstand bietet. Weitere Studien sind erforderlich, um die mögliche Rolle des Hornhautdurchmessers bei der Keratokonus-Pathogenese zu klären.

Diese retrospektive Studie umfasste Probanden, die in der Abteilung für Vorderabschnitts- und refraktive Chirurgie des Rothschild Foundation Hospital in Paris, Frankreich, untersucht wurden. Die Studie und Datenerfassung erfolgte mit Genehmigung des Institutional Review Board der Rothschild Foundation, das den Grundsätzen der Deklaration von Helsinki folgte. Vor der Erhebung ihrer Daten wurde von allen Probanden eine Einverständniserklärung eingeholt.

Einschlusskriterien für einseitigen oder stark asymmetrischen Keratokonus waren Patienten mit Keratokonus auf einem Auge und normaler Hornhauttopographie auf dem anderen Auge. Wie bereits in unserer Studie7 berichtet, verwendeten wir eine Kombination aus quantitativen, aus der Videokeratographie abgeleiteten Indizes. Wir verwendeten Score (Score Analyser, Orbscan)18,19 und den Belin-Ambrosio Display Diagnosis Index (BAD-D) (Topolyzer)20, um einseitigen oder stark asymmetrischen Keratokonus (UHAKC)21 zu identifizieren. Eine normale Topographie wurde als Score < 1,5 und BAD-D < 1,4 definiert und Keratokonus wurde als Score > 4 und BAD-D > 5,0 definiert. UHAKC wurde als Patienten mit einem normalen Auge und einem Keratokonus-Auge definiert.

Ausschlusskriterien in beiden Gruppen waren alle vorherigen Augenoperationen (z. B. perforierende Keratoplastik, lamelläre Keratoplastik, Hornhautringe, Hornhautkollagenvernetzung) und jede andere Augenerkrankung. Wir haben Patienten mit oberflächlichen Hornhautläsionen wie oberflächlicher Keratitis punctata und Epithelerosionen ausgeschlossen. Patienten, die starre, gasdurchlässige Kontaktlinsen trugen, wurden ebenfalls ausgeschlossen. Patienten, die weiche Kontaktlinsen trugen, wurden gebeten, diese zwei Wochen vor der Untersuchung nicht mehr zu tragen. Topografien mit fehlenden Daten innerhalb der zentralen 8 mm wurden ausgeschlossen.

Zunächst wurden mit Orbscan II im Rothschild Foundation Hospital erstellte Höhenkarten mithilfe eines maschinellen Lernalgorithmus22 als Keratokonus oder normal klassifiziert. Wir haben 7003 Höhenkarten von 2041 Keratokonus erhalten, ohne dass Daten innerhalb der zentralen 8 mm fehlten. Wir haben für jedes Auge eine einzige Höhenkarte geführt. Topografien wurden manuell auf Einschluss- und Ausschlusskriterien überprüft.

Letztendlich haben wir nur einen bilateralen asymmetrischen Keratokonus ausgewählt, sodass 160 Augen von 80 Patienten übrig blieben.

Die Topographie wurde mit dem Hornhauttopographen Orbscan II (Bausch & Lomb) ermittelt. Dieses Gerät verwendet eine Placido-Scheibe mit 40 Ringen in Kombination mit 40 Scans der Spaltlampenerfassung. Die Scans wurden von qualifizierten Technikern unter Verwendung des Standardprotokolls für die Orbscan-Topografieerfassung erstellt. Es wurden wiederholt Prüfungen von schlechter Qualität durchgeführt. Die Orbscan-Software lieferte vordere und hintere Höhenkarten mit 10.000 Messungen für eine Hornhautzone von 10 x 10 mm. Wir haben die Rohdaten verwendet, ohne den Bezugsbereich zu berücksichtigen, der für die Darstellung der Höhenkarten23 verwendet wird.

Orbscan II lieferte auch biometrische und keratometrische Werte: Hornhautdurchmesser (horizontal weiß zu weiß), minimale Pachymetrie, maximale Keratometrie und Hornhautunregelmäßigkeiten im zentralen 3,0-mm-Durchmesser und im 3 bis 5-mm-Ring.

Alle Topografien wurden im Rothschild Foundation Hospital erfasst. Die Daten wurden aus Orbscan exportiert und mit dem Paket NumPy v1.18.0 analysiert und klassifiziert.

Die Hornhautoberfläche wurde aus Rohdaten der vorderen und hinteren Höhe unter Verwendung einer Methode berechnet, die zuvor für die Berechnung der Landschaftsoberfläche beschrieben wurde15. Wir haben die Technik bereits in unserer vorherigen Studie10 detailliert beschrieben.

Die Daten wurden in Microsoft Excel-Dateien zusammengestellt. Varianzanalyse und deskriptive Statistik wurden mit der Software Microsoft Excel und Prism GraphPad durchgeführt. Für jeden Parameter wurden Normalitätstests mit dem Shapiro-Wilk-Normalitätstest durchgeführt. Da die Daten normalverteilt waren, verwendeten wir einen gepaarten t-Test. Wir analysieren die Korrelation zwischen Variablen mithilfe des Pearson-Korrelationstests. Für jede Korrelation wurde der P-Wert bestimmt.

Ein AP-Wert von weniger als 0,05 wurde als statistisch signifikant angesehen. Die Effektgröße wurde mithilfe des R-Quadrats (R2) oder des partiellen Eta-Quadrats geschätzt.

Die Bland-Altman-Analyse und die 95 %-Übereinstimmungsgrenzen wurden mit der GraphPad-Software berechnet.

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Krankenhaus der Rothschild-Stiftung, Paris, Frankreich

Francis Xavier Crahay, William Debellemaniere, Stephen Tobalem, Wassim Ghazal, Sarah Moran und Damien Gatinel

CHR Citadelle, Lüttich, Belgien

François-Xavier Crahay

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Studiendesign: DG, GD, FXC Datenerfassung, Kartenanalyse: FXC, DG, TS, GW, GD Datenerfassung, Flächenberechnung: DG Datenanalyse, Interpretation: FXC, DG, GD Schreiben: FXC, DG, GD, SM

Korrespondenz mit Damien Gatinel.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Crahay, FX., Debellemanière, G., Tobalem, S. et al. Quantitativer interokularer Vergleich der gesamten Hornhautoberfläche und des Hornhautdurchmessers bei Patienten mit stark asymmetrischem Keratokonus. Sci Rep 12, 4276 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-08021-6

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Eingegangen: 01. November 2021

Angenommen: 18. Februar 2022

Veröffentlicht: 11. März 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-08021-6

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