Masarykova univerzita V brně Lékařská fakulta

4.3Optická biometrie

Optická biometrie je nekontaktní vyšetřovací metoda, její výhodou je v porovnání s ultrazvukem to, že axiální délka oka je měřena podél zrakové osy, tedy během fixace, a tím je toto měření u myopických bulbů velmi přesné (odpadá falešná hodnota způsobená zadním stafylomem). Výhodou je měření axiální délky oka u dětských pacientů, kdy odpadá zátěž způsobená vyšetřením v celkové narkóze, nespolupráce a traumatizace dítěte při kontaktní biometrii. Podle zkušeností se uvádí, že použití optické biometrie je vhodné pro děti od 3 let, ale záleží na mentální vyzrálosti dítěte. Další výhodou je možnost měření oka, které je vyplněno silikonovým olejem. Nevýhodou optické biometrie je fakt, že světlo je silně pohlceno neprůhledným optickým prostředím, takže ji není možné použít u neprůhledných optických médií, např. při změnách transparentnosti (průhlednosti) rohovky, u maturní, intumescentní katarakty a hemoftalmu (krvácení do sklivce). V těchto případech zůstává akustická biometrie zlatým standardem 10].

Další možností využití optické biometrie může být pro: stanovení zakřivení rohovky, hloubky přední komory a měření horizontální šíře skléry (skléra-skléra, tzv. „white-to-white“).

5KERATOMETRIE

Keratometrie je metoda zabývající se měřením poloměrů křivosti rohovky. K měření centrálních poloměrů křivosti první plochy rohovky jsou určeny přístroje nazývané keratometry.

Keratometrem můžeme přesně změřit pravidelný rohovkový astigmatismus včetně orientace hlavních řezů a odhadovat i celkový stupeň astigmatismu, jakým je oko zatíženo.

Všechny keratometry využívají první zrcadlící plochu rohovky jako konvexní zrcadlo, kterým zobrazují vhodné koincidenční testy.

Princip keratometrie

Rohovka působí jako konvexní zrcadlo, které odráží 3–4% dopadajících paprsků. Pozorovateli poskytuje zdánlivý, převrácený a zmenšený obraz. Čím větší, resp. menší je zakřivení rohovky, tím menší, resp. větší je obraz. Je-li zvětšení v různých meridiánech různé, jedná se o astigmatismus.

Před zrcadlící konvexní plochu se umístí dvě koincidenční testové značky T₁ a T₂, jejichž vzdálenost představuje vhodný objekt o velikosti y, zobrazený ve vzdálenosti a rohovka vytvoří virtuální obraz y^´, který se skládá z obrazů testových značek T₁^´a T₂^´. Známe a a y, velikost obrazu y^´ bude odměřena. Objektiv vytvoří z  y^´ sku-tečný obraz y^´´ na stupnici. Stupnice a obraz jsou pozorovány okulárem 4].

Obr. č. 24: Princip optického zobrazení keratometrem



Zdroj: Rutrle, str. 82

První přístroj byl sestrojen již v polovině 19. století Helmholtzem. Nejrozšířeněj-ším je keratometr konstruovaný Javalem a Schiötzem roku 1881. Přístroje tohoto ty-pu porovnávají rohovku s konvexním zrcadlem a používají dvou testových značek, jejichž obrazy jsou proměřeny zdvojovacím zařízením a přímo na stupnici můžeme odečítat hodnoty poloměrů křivosti. Musíme brát v úvahu, že běžný keratometr měří pouze dva body vzdálené vzájemně přibližně 3mm (Javal 3,6m 4,2mm, Helmholtz 3,3mm) a udává sférické zakřivení příslušející těmto bodům.

Hodnoty naměřené keratometrem můžeme odečítat buď v milimetrech nebo diop-triích. Velikost a orientace rohovkového astigmatizmu se mohou podstatně lišit od astigmatizmu celkového 13].

5.1Manuální (mechanické) keratometry

5.1.1Helmholtzův keratometr

Helmholtz řešil problém neklidu očí dvojicí planparalelních desek, které vy-krývaly každá jednou polovinou zobrazující objektiv. Jsou-li totiž vzájemně symet-ricky stočeny o jistý úhel vůči optické ose, dochází k rovnoběžnému posunutí všech dopadajících svazků paprsků. Horní (dolní) H (D) deska je posouvá střídavě nahoru a dolů. Lze dospět k takové pozici, že se oba dílčí meziobrazy právě spojují. Součet obou posunutí, které lze matematicky vyjádřit, odpovídá pak velikosti obrazu y´. Důležité však je, že se nyní navzájem jakékoliv pohyby primárního obrazu na rohovce kompenzují a je možno udržet např. jednou nastavenou koincidenci obou testových značek. Hodnotu poloměru křivosti rohovky lze pak vyjádřit ze vzájem-ného postavení planparalelních destiček a odečítat přímo na stupnici. Dospělo se k tzv. geometrickému dělení paprskového svazku, kdy se rozdělila vstupní pupila keratometru do více částí. Koincidence se však dosáhlo pouze v poměrně přesně definované obrazové rovině F_OB´. Znamená to, že při akomodování oka na jinou obrazovou rovinu může docházet k chybnému odečítání měřených hodnot. Spolu se zobrazením testových značek do nekonečna a paralelním posunem paprskových svazků však byly i přesto splněny dva ze tří Littmannových požadavků:

• 
  nekonečná vzdálenost testových značek, resp. jejich zobrazení optickou cestou do nekonečna,
  
• 
  měření velikosti y´ rovnoběžným posouváním paprskových svazků,
  
• 
  energetické dělení paprskového svazku,
  

které vlastně předurčují konstrukci nejkvalitnějších keratometrů.
Při konstrukci je totiž možno postupovat ještě odlišnou cestou tzv. energetického dělení paprskového svazku. Dochází k němu, když dva uvažované, energeticky totožné paprskové svazky, vyplní při průchodu polopropustnými plochami celou vstupní pupilu optické soustavy. Pro pozorovatele pak není podmínka, aby pozoroval pouze v obrazové rovině, definovaná tak přísně jako v předešlém případě.

Původní konstrukční provedení Helmholtzova keratometru odpovídá následují-címu schématu (Obr. č. 25).

Obr. č. 25: Schéma původního Helmholtzova keratometru



Zdroj: Rutrle, str. 83

Obě testové značky, určené pro vyšetřovací vzdálenost 5m, představovaly dvě (petrolejové) lampy, umístěné v rozích zkušební místnosti. Zrcadlové obrazy na rohovce se pozorovaly astronomickým dalekohledem. Obě planparalelní destičky byly vertikálně přesazené a vyplňovaly každá polovinu vstupní pupily. Z jejich na-klonění a postavení testových značek se pak poměrně složitým způsobem vypočítal poloměr křivosti rohovky.

5.1.2Javal-Schiötzův keratometr

Obr. č. 26: Schéma Javal-Schiötzova keratometru



Zdroj: Rutrle, str. 84

Princip Javal-Schiötzova keratometru vyplývá ze schématu (Obr. č. 26). Obě tra-diční testové značky v podobě děleného obdélníku a stupňovité pyramidy v kom-plementárních barvách jsou umístěné pohyblivě na obloukovitém a otáčivém rameni přístroje zhruba ve vzdálenosti 25cm před rohovkou. Vlastní zdvojení paprskového svazku, který přenáší reflektovaný obraz těchto značek z rohovky, je vyvoláno jeho průchodem přes Wollastonův hranol. Tento typ hranolu se sice používá nejčastěji jako polarizační hranol, protože svazek paprsků, který jím prochází, se rozdělí do dvou svazků paprsků (řádného a mimořádného), které jsou polarizovány v rovinách navzájem kolmých. Polarizačního efektu se zde však přímo nevyužívá, důležité je, že oba svazky spolu svírají konstantní úhel kolem 1°.

Princip měření je zde tedy obrácený než např. u Helmholtzova keratometru, neboť nyní se používá konstantního zdvojení obrazu pohyblivými testovými značkami v poměrně přesně definované vzdálenosti před rohovkou, zatímco Helmholtz praco-val s pevnými značkami a jejich variabilním zdvojením. Znamená to, že lze vycházet z pevně ustavených optických dílů, což se příznivě odrazí na ceně i provozní spo-lehlivosti přístroje.

Při měření se fixuje hlava na bradové a čelní opěrce. Přístroj se ustaví vůči měřenému oku do přesné vzdálenosti a současně nacentruje pomocí hrubých záměr-ných značek v podobě různých variant hledí a mušky. Měřené osobě usnadňuje orientaci při monokulárně pojímaném měření u některých přístrojů malé červené světélko, umístěné pod středovým tubusem s měřící optikou, přičemž vnější okraj tohoto tubusu bývá pro lepší fixaci opatřen bílým mezikružím. V okuláru kerato-metru pak vidíme testové značky v obecně definované poloze. U astigmatické rohov-ky to pak znamená, že půlicí a dělicí linie obou značek nejsou v koincidenčním postavení (viz obr. č. 27a).

Je rovněž velmi málo pravděpodobné, že by se obě značky vzájemně i dotýkaly. Otáčením celého ramene přístroje, které unáší i testové značky, je nejprve nutno dosáhnout koincidenčního postavení dělicí středové linie obou značek (viz obr. č. 27b).

To umožní vyjádřit orientaci jednoho hlavního řezu rohovky. Mechanickým pře-vodem je pak měněna rozteč obou značek na obloukovitém rameni tak dlouho, až jsou vnímány obě v koincidenci (viz obr. č. 27c).

Obr. č. 27: Nastavení koincidence testových značek u Javal-Schiötze



Zdroj: Rutrle, str. 85

Na třech stupnicích je pak možno odečítat úhel měřeného směru, poloměr křivosti rohovky a lámavost tohoto rohovkového řezu, vztahovanou k indexu lomu n = 1,376 prostředí průměrné Gullstrandovy rohovky.

Otočíme-li vzápětí měřící hlavu přístroje s testovými značkami o 90°, je možno dosáhnout u pravidelného rohovkového astigmatismu opět stavu koincidence střední dělicí linie značek ovládáním jejich posuvu a vyhodnotit tak parametry druhého hlavního řezu první plochy rohovky. Porovnáním obou naměřených hodnot láma-vostí vychází již astigmatická diference rohovky (Ast_R), která je spolu s osovými údaji pro orientaci těchto hlavních řezů základem pro vyhodnocení celkového astig-matismu oka (Ast_C) z tzv. Javalovy podmínky:

Rovnice č. 3: Javalova podmínka

[23]

Hodnota 0,5D představuje v této rovnici očekávaný kompenzační nebo zesilující podíl čočkového astigmatismu daného oka podle toho, jedná-li se na rohovce o přímý či nepřímý astigmatismus. To vede k poměrně přesnému údaji o parametrech (hod-notě lámavosti a osy) korekčního cylindru. U sférické rohovky by se rozdíly v obou měřených směrech neměly objevit.

Tato v Americe oblíbená podmínka by však neměla být ve své objektivnosti výpovědi přeceňována, neboť představuje pouze matematicko-statistický průměr, který v individuální situaci může selhávat; navíc platí pouze pro přímý a nepřímý typ astigmatismu.

Prakticky každý člověk vykazuje jistou hodnotu tzv. fyziologického rohovkového astigmatismu. Keratometr je tak přesný přístroj, že dokáže běžně měřit poloměry křivosti rohovky s chybou kolem 0,01 až 0,02mm.

Javal-Schiötzův keratometr je přístroj značně závislý na vzdálenosti ustavení vůči měřené rohovce. Při práci s přístrojem je tedy nutno dbát, aby obrazy testových zna-ček, včetně eventuální čárové struktury použitých referenčních značek, byly ostré.

Většina keratometrů je vybavena i rohovkovým fantomem (kopií průměrné Gull-strandovy rohovky) s přesným vybroušeným poloměrem křivosti simulované první plochy rohovky. Fantom slouží ke kalibraci přístroje. Vyrábí se o hodnotě 7,7mm a umísťuje se na výkyvné krytce před okem, které se v dané chvíli neproměřuje.

Před započetím měření by si obsluhující osoba měla provést rovněž své nastavení okuláru, kterým je možno kompenzovat i sférické složky vlastní refrakční vady. Prakticky to znamená, že je nutno ustavit měřící hlavu keratometru do pracovní po-lohy vůči fantómu, nastavit na stupnici hodnotu 7,7mm a přesvědčit se, zda vnímáme obrazy koincidenčních značek i stupnic současně ostré. Pokud by tomu tak nebylo, je nutné vytočit okulár ven (doleva) a postupně jej za neustálé kontroly šroubovat dovnitř, až je poprvé uvidíme ostře. Pouze při takovémto postupu bude navazující měření prosté nežádoucí akomodace, abychom mohli využít maximální přesnosti přístroje a prováděli kvalitní objektivní měření.

5.1.3Krahnův keratometr

Krahnův keratometr, vyráběný firmou Rodenstock, používá stejného typu značek jako Javal-Schiötzův přístroj, pouze s tím rozdílem, že značky jsou pevně umístěné po stranách měřící hlavy přístroje. Měření je opět závislé na vzdálenosti od rohovky, neboť testové značky jsou umístěné relativné blízko před ní.

Jedná se však o další –Wilmsovo– rozvedení principu s planparalelními destič-kami, čímž bylo možno následně zvýšit přesnost měření, neboť užitý princip zdvo-jení obrazu již nezvyšuje závislost přesnosti měření na vzdálenosti od rohovky.

Obr. č. 28: Zdvojující soustava Krahnova keratometru



Zdroj: Rutrle, str. 85

5.1.4Hartingerův keratometr

S tímto typem keratometru se u nás setkáváme nejčastěji, protože byl po několik desetiletí ve výrobním programu jenské pobočky Zeissových závodů. Jedná se o pří-stroj, který používá pevné značky, a kde je výsledek měření též závislý na přesné vzdálenosti vůči měřené rohovce. Potřebného zdvojení a posouvání testových značek se dosahuje použitím soustav dvou diasporametrů (soustavy klínů s proměnnou výslednou hodnotou) mezi čočkami objektivu. Jeden je umístěný v měřící a zobrazo-vací hlavě uprostřed a druhý ve formě jej obklopujícího mezikruží.

Obr. č. 29: Schéma Hartingerova keratometru



Zdroj: Rutrle, str. 86

Pro předběžné nastavení pracovní vzdálenosti je tento přístroj vybaven ještě dvě-ma světelnými mezikružími, které se po uvolnění dvojité výkyvné krytky promítají do roviny očí a svou koincidenční pozicí signalizují, že jí bylo právě dosaženo. Jinak se přístroj používá jako předešlé zmíněné typy.

5.1.5Sutcliffeův keratometr

Značné obliby nabývá v novější době Sutcliffeova konstrukce keratometru, i když se jedná opět o přístroj, kdy je výsledek měření závislý na jeho přesném ustavení vů-či vrcholu měřené rohovky. Setkáváme se s ním u firmy Bausch & Lomb a některých japonských výrobců. Jeho hlavní předností je, že se při měření nemusí měřící hlava otáčet a můžeme z jednoho ustavení přístroje proměřovat parametry obou hlavních řezů astigmatického oka. Zdvojení kruhové testové značky se totiž uskuteční ve dvou na sebe kolmých směrech pomocí párů klínů s bázemi v horizontálním a vertikálním směru, takže osoba, která měření provádí, vnímá tři testovací kružnice. Dosažení ko-incidenčního postavení všech těchto kružnic umožňuje opět určit s dostačující přes-ností i odchylky lámavosti rohovky v příslušném směru.

Lidské oko je navíc ve značném stupni vnímavé a citlivé na tvarové porušení kružnice, a jakékoliv nepravidelnosti rohovky se tudíž projeví velmi zřetelně.

Sutcliffeův keratometr je vybaven též projekčními značkami, které je nutno v rovině rohovky spojit, aby bylo dosaženo správné pracovní vzdálenosti.

Obr. č. 30: Suttcliffeův keratometer z r.1907



Zdroj: www.college-optometrists.org

Obr. č. 31: Testové značky Suttcliffeova keratometru



Zdroj: www.verhaltensoptometrie.de

5.1.6Littmanův keratometr

Littmanův keratometr, vyráběný firmou Zeiss, je považován za nejdokonalejší přístroj pro měření parametrů rohovky. Jedná se o přístroj Helmholtzova typu, který je necitlivý na změny polohy vůči rohovce a využívá energetického dělení paprskového svazku (viz obr.č. 32 a schéma na obr. č. 33)

Obr. č. 32: Fotografie Littmanova keratometru



Zdroj: Rutrle, str. 86

Obr. č. 33: Schéma Littmanova keratometru



Zdroj: Rutrle, str. 87

Přínosem je i volba testových značek v podobě zdvojené kontury dutého kříže, do kterého se zasouvá vnitřní plný kříž (viz obr. č. 34).

Obr. č. 34: Testové značky - zasouvání plného a dutého kříže



Zdroj: Rutrle, str. 87

Jakékoliv odchylky od žádoucího koincidenčního postavení nebo porušené sou-ososti jsou vnímány velmi intenzivně. Oba testy T₁ i T₂ jsou umístěné v ohniscích kolimátorů, takže jsou zobrazovány do nekonečna. Za první čočkou soustavy ob-jektivu (Ob₁) se nachází první hranolový systém (H₁), který rozdělí pomocí vnitřní polopropustné zrcadlící plochy přicházející paprskový svazek do dvou energeticky vyvážených svazků, aby se vyplnil celý průměr vstupní pupily.

Stejný hranolový systém (H₂) opět oba dílčí paprskové svazky sloučí a druhá čoč-ka objektivu vytvoří ve svém ohnisku výsledný obraz testových značek, primárně zobrazených na měřené rohovce.

O jejich zdvojení pečuje dvojice slabých rozptylek, které je možno mezi oběma hranolovými soustavami decentrovat. Samotné rozptylky leží v ohnisku první čočky objektivu, kde jsou umístěné rovněž i aperturní clony. Dospíváme tak k telecen-trickému chodu paprsků. Odchýlení paprsků na předmětové straně zmíněným klíno-vým účinkem obou decentrovaných rozptylek působí jako paralelní posunutí. Posílí se tím i nezávislost na vzdálenosti při pozorování, stavu akomodace a refrakce oso-by, která měření provádí.

Z opticko-konstrukčního hlediska se jedná o značně složitý přístroj, což se odráží i na jeho ceně 23].