Frühdiagnose des Keratokonus

Mittels Reflexion auf der Hornhautoberfläche ist es möglich, Aufsteilungen und Irregularitäten darzustellen, die zu frühen Veränderungen des Keratokonus gehören (Li et al. 2009). Erste Publikationen zu Videokeratoskopiesystemen wurden ab 1984 veröffentlicht (Wittig-Silva et al. 2014). Viele reflexionsbasierte Systeme beruhen auf der Reflexion einer Placido-Scheibe oder einem ähnlichen Verfahren. Die meisten dieser Systeme ermöglichen jedoch nur eine Erfassung der Hornhautvorderfläche (Kouassi et al. 2012). In Studien zeigte sich, dass ein maximaler K-Wert von mehr als 47,2 und ein I-S-Wert (Inferior-Superior-Wert, entspricht der Brechkraftdifferenz zwischen der oberen und unteren Hornhaut) von mehr als 1,4 auf einen subklinischen Keratokonus hinweisen (Rabinowitz und McDonnell 1989). Später wurde der KISA %-Index eingeführt. Dieser sollte durch die Zuhilfenahme von mehreren Parametern eine bessere Erkennung des Keratokonus in den Frühstadien ermöglichen. Die enthaltenen Werte sind: K, I-S, der reguläre korneale Astigmatismus sowie der irreguläre korneale Astigmatismus (Rabinowitz und Rasheed 1999). Ein KISA% von 100 % weist eine hohe Sensitivität und Spezifität auf. Zwischen 60 % und 100 % kann der KISA% auf einen Keratokonus hinweisen (Rabinowitz und Rasheed 1999). Andere Arbeitsgruppen veröffentlichten Studien, die eine Keratokonusfrüherkennung mittels neuronalen Netzwerken ermöglichten (Smolek und Klyce 1997).

Es existieren aktuell 2 Systeme zur Bestimmung der Hornhautelevation. Diese sind zum einen die Slit-Scanning-Technologie und zum anderen die Scheimpflug-Tomografie (Quisling et al. 2006). Während die Slit-Scanning-Systeme die Parameter der Hornhautrückfläche mathematisch interpolieren, wird die Hornhautrückfläche bei der Scheimpflug-Tomografie gemessen (Masiwa und Moodley 2020). Es existieren auch Geräte, die eines der beiden Systeme mit einer Placido-Reflexion kombinieren (Matalia und Swarup 2013). Ein Vorteil ist die deutlich größere Fläche, die im Vergleich zu den meisten reflexionsbasierten Systemen erfasst wird (Shi 2016). Durch die Erfassung der Hornhautelevation kann eine 3D-Rekonstruktion der Hornhaut erstellt werden. Es werden sowohl die Krümmungsradien der Hornhautvorder- und -rückfläche als auch die Hornhautpachymetrie erfasst (Oliveira et al. 2011). Die Parameter der Hornhautrückfläche eignen sich zwar nicht alleine zur Früherkennung des Keratokonus, jedoch kann durch die Kombination mit anderen Parametern, u. a. der Hornhautvorderfläche, eine bessere Sensitivität und Spezifität erreicht werden (Eppig et al. 2018; Matalia und Swarup 2013). Durch das Errechnen von spezifischen Indizes ist es möglich, Asymmetrien und die pachymetrische Progression genauer zu beurteilen (Bawazeer et al. 2000; Shi 2016). In Tab. 1 sind häufig genutzte Indizes zusammengefasst. Diese Indizes ermöglichen meist eine relativ gute Unterscheidung zwischen einem frühen Keratokonus und einer regulären Hornhaut (Shapiro und France 1985). Da sich die Messverfahren und die -ergebnisse der Geräte z. T. deutlich unterscheiden, können die Ergebnisse verschiedener Geräte nicht direkt miteinander verglichen bzw. kombiniert werden (Bühren et al. 2011).

Die optische Kohärenztomografie bietet mittels Laserscanning die Möglichkeit, auch im vorderen Augenabschnitt detailgenaue Untersuchungen der Hornhaut durchzuführen (Lang et al. 2011). Die Geräte bieten nicht nur die Möglichkeit, Schnittbilder darzustellen, sondern auch die Option, die Topografie der Hornhaut mit speziellen Indizes zu interpretieren (Gokul et al. 2017). Ein besonderer Vorteil der optischen Kohärenztomografie ist die detaillierte Darstellung des Epithels, der Bowman-Lamelle, des Stromas und der Descemet-Membran (Masiwa und Moodley 2020). In Studien hat sich gezeigt, dass sich Indizes, die auf Ektasien dieser Strukturen basieren, eignen, einen Keratokonus frühzeitig festzustellen (Xu et al. 2016). Der Ectasia-Screening-Index (ESI) kann einen Wert zwischen 0 % und 95 % annehmen, wobei zwischen 5 % und 29 % der Verdacht auf das Vorliegen einer Ektasie besteht und > 30 % eine manifeste Ektasie vorliegt (Spira et al. 2015). Abb. 3 zeigt Fallbeispiele des EDI. Auch ist es möglich, Veränderungen des Epithels der Hornhaut zu messen, welche zur Diagnostik des Keratokonus genutzt werden können (Serrao et al. 2019). Die OCT ermöglicht ebenfalls die Früherkennung des Keratokonus und basiert wie auch die elevationsbasierten Systeme auf der Erfassung sowohl der Hornhautvorder- als auch der Hornhautrückfläche.

Die hochauflösende Hochfrequenz-Ultraschallmikroskopie ermöglicht sowohl die korneale Pachymetrie als auch die Darstellung der Epithelschicht. Um diese Messung durchführen zu können, ist ein spezielles Hochfrequenz-Ultraschallgerät notwendig, welches Auflösungen unter 5 μm zulässt (Reinstein et al. 2010). Besonders das Epithel ist hier von Bedeutung. Normalerweise weist dieses mehrere Zellschichten auf, welche je nach Lokalisation auf der Hornhaut unterschiedlich dick sind (Silverman et al. 2014). Bei einem Keratokonus kommt es im Bereich des steilen Apex neben einer Stroma- auch zu einer Epithelverdünnung. Diese Epithelveränderungen können die Detektion des Keratokonus bei der klassischen Messung der Kurvatur verbergen. Auf der anderen Seite könnten diese Epithelveränderungen bei der Hochfrequenz-Ultraschallmikroskopie zur Detektion eines Keratokonus in Zukunft genutzt werden (Silverman et al. 2014). Allerdings sind diese Messungen derzeit noch nicht Teil der klinischen Routine. Die Hochfrequenz-Ultraschallmikroskopie kann durch die Beurteilung der epithelialen Veränderungen bei Keratokonus neue Aspekte zur Früherkennung beitragen.

Um die Biomechanik der Hornhaut zur Keratokonusdiagnostik zu nutzen, muss eine In-vivo-Messung der Verformung durchgeführt werden (Lang et al. 2015). Es ist aus Studien bekannt, dass es bei solchen Messungen biomechanische Unterschiede zwischen Augen mit einem manifesten Keratokonus und gesunden Augen gibt (Shah et al. 2007). Parameter, die auf die Steifigkeit der Hornhaut schließen lassen, sind u. a. die korneale Hysterese und die Deformationsamplitude (Al-Mahrouqi et al. 2019; Fan Gaskin et al. 2014). Kommerziell verfügbare Geräte messen noch deutlich mehr Parameter der kornealen Biomechanik. Die genaue Berechnung der jeweiligen Faktoren ist meist nur dem Hersteller bekannt (Fan Gaskin et al. 2014). In den bisher veröffentlichten Studien scheint die Deformationsamplitude der kornealen Hysterese überlegen zu sein, jedoch existieren bei beiden Parametern große Überlappungen zwischen dem Vorliegen eines Keratokonus und Normalbefunden (Al-Mahrouqi et al. 2019), sodass eine eindeutige Unterscheidung anhand dieser Parameter nur eingeschränkt möglich erscheint (Müßig et al. 2014). Ein vielversprechender Parameter ist der Corvis-Biomechanical-Index (CBI), welcher mehrere dynamische Parameter enthält und eine hohe Sensitivität und Spezifität aufweist. Der Wert liegt zwischen 0 und 1, wobei ein höherer Wert auf das Vorliegen einer Beeinträchtigung der Biomechanik hindeutet (Vinciguerra et al. 2016). Die korneale Biomechanik zeigt Veränderungen bei Augen mit einem Keratokonus. Die alleinige Nutzung zur Keratokonusfrüherkennung ist aktuell noch eingeschränkt.