Wellenfront
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TECHNOLOGIE der Wellenfront-Analyse

Schon früh haben die Astronomen und Militärtechniker Methoden eingesetzt, um Abbildungen zu optimieren. Dies ist von Interesse bei der Beobachtung von im All befindlichen weit entfernten kleinen Objekten mit großen Teleskopspiegeln. Mit computerkontrollierten Optiken können zum Beispiel durch die Erdatmosphäre verursachte Aberrationen korrigiert werden. Mit Hilfe von adaptiven Optiken und Wellenfrontanalyse werden Abbildungsfehler dargestellt, berechnet und korrigiert. Schwieriger stellt sich die Nutzung am lebenden Objekt, dem menschlichen Auge dar.

Seit einiger Zeit ist es jedoch möglich, das auf die Netzhaut projezierte  Bild von außen mit einem Sensor aufzunehmen und darzustellen. Wird diese Abbildung mit dem Original verglichen, so können Abbildungsfehler berechnet werden. Für die Untersuchung des menschlichen Auge wird ein Laserlicht mit geringer Energie auf die Netzhaut gerichtet, von hier reflektiert und durch Linse und Hornhaut wieder nach außen projeziert. Im Aberrometer wird dieser Lichtstrahl oder diese Wellenfront durch ein Linsen-Array-System (siehe Abb. unten), bestehend aus über 100 Lenslets, auf einen CCD-Sensor abgebildet. Dieser Sensor bildet die durch Aberration "verzogene"  Wellenfront als Gitternetz mit unterschiedlichen Intensitäten ab. Diese Abweichungen von der Idealdarstellung werden gemessen und können mit Hilfe eines rechenintensiven, aufwendigen Korrekturprogramms "geglättet" werden.

 

 

 

Aberrometrie des Strahlengangs des Lichtes im Auge

 



WELLENFRONTANALYSE

Die monochromatische  Aberration wird mit den sog. Wellenfront-Sensoren (=Aberroskopie) gemessen. Erstmals wurde von Tscherning 1894 ein solches Aberrometer vorgestellt. Es konnte an Hand eines Lichtpunktmusters subjektiv beurteilt werden, ob und welche Aberrationen auftraten. Moderne Aberroskope setzen zur Bildaufnahme CCD-Sensoren (Hartmann-Shack) ein. Grundlage dieser Technologie ist:

1. Projektion eines Lichtstrahles (Hartmann-Shack) oder eines Lichtpunktmusters (Tscherning) auf die Netzhaut.

2. Verlaufsverfolgung der reflektierten Strahlen im optischen System unter Wellenfrontbedingungen.

3. Richtungsänderungen der Strahlen, beziehungsweise eine vom Originalmuster abweichende Abbildung nach Verlassen des optischen Systems werden dargestellt.

4. Die Abweichung des Verlaufs dieser Wellenfront vom idealen Fall wird als Aberration bezeichnet und kann mit einem Aberrometer gemessen werden.

Einzelne Sehstrahlanalyse an verschiedenen Orten der Hornhaut. Das Aberrometer berechnet daraus weiter oben dargestellte Gesamtbild der Wellenfront durch Interpolation.



Die Grenzen der Wellenfrontkorrektur

Den technischen Möglichkeiten der Messung und Analyse optischer Fehler des Auges stehen prinzipielle unüberwindbare physikalische Gesetzmäßigkeiten gegenüber, die eine vollständige Korrektur dieser Fehler auch in Zukunft und mit immer verfeinerter Technik verhindern.

1. Der Farbfehler der Optik

Die sog. chromatische Aberration einer Optik entsteht dadurch, dass kurzwelliges (blaues) Licht im Auge stärker gebrochen wird als langwelliges (rotes). Das vom menschlichen Auge wahrgenommene Lichtspektrum reicht von 400nm (blau) bis 700nm (rot).  Der hierdurch verursachte Dioptrienunterschied ist beträchtlich: 2,4dpt. Die Spanne dieser sog. "Farbfehler" kann durch die Hornhautchirurgie prinzipiell nicht beseitigt werden. Deshalb konzentriert sich die Behandlung auf Beseitigung der Aberrationen für eine mittlere Wellenlänge und die Streuung der Abweichung nach beiden Seiten der Farbaufspaltung wird vernachlässigt.

Die Korrektion von Farbfehlern anderer Optiken (z.B. Kameraobjektive) erfolgt durch  Linsensysteme aus hintereinander liegenden Plus- und Minuslinsen mit unterschiedlicher Farblichtstreuung (Achromaten). Das Auge ist Doppellinsensystem aus 2 Pluslinsen und deshalb sehr anfällig für das Phänomen des Farbfehlers, nutzt diesen Nachteil aber andererseits aber zur Verbesserung der Tiefenschärfe, indem sich das Gehirn bei der neuronalen Verarbeitung des Seheindruckes auf den gerade schärfsten Anteil des Lichtwellenspektrums konzentriert.

Im normalen menschlichen Auge läßt sich ein Farbfehler von ungefähr 1,25dpt nachweisen, d.h. die sog. chromatische Aberration schwankt zwischen +0,3 dpt bis -0,9dpt. Normalerweise bemerken wir dieses Phänomen jedoch nicht, da ein gewisses normales Maß an optischen Aberrationen durchaus erwünscht ist, um diese Aufspaltung des weissen Lichtes der Wahrnehmung zu verbergen. Eine komplette Beseitigung aller symmetrischen optischen Aberrationen höher Ordnung ist deshalb unnatürlich und unerwünscht, da auf diese Weise andere Phänomene der Brechkraft unaungenehm für den Patienten in den Vordergrund treten können. 

2.Die Akkomodation

Das Auge verfügt bis zum Eintreten der sog."Alterssichtigkeit" über die Fähigkeit auf unterschiedliche Entfernungen scharf zu stellen, zu akkomodieren. Dieser Vorgang wird durch die aktive Veränderung der Krümmung der menschlichen Linse ausgelöst. Selbstverständlich ändert sich dadurch die Wellenfront für die unterschiedlichen Focusierabstände. Die Hornhautchirurgie muss sich mit der Optimierung der optischen Fehler für einen Abstand (meist dem Blick in die Ferne) begnügen. Für einen bestimmten Abstand kann sich im Einzelfall der optische Fehler durch die Wellenfrontgeführte Behandlung eventuell sogar verschlechtern.

3.Tagesschwankungen und Lebensalter

Sehschärfe und Kontrastsehen verschlechtern sich im Laufe des Lebens. Die Ursachen hierfür sind vielfältig. Zu einen zersetzt sich der Glaskörper im Laufe des Lebens, ein Phänomen welches dem Betroffenen die fädrige Glaskörperstruktur vor hellem Hintergrund (weiße Wände oder klarer Himmel) sichtbar werden lässt. Zum anderen trübt sich die Linse allmählich ein. Beide Erscheinungen führen zu Veränderungen der Aberrationen.

4.Pupillenweite

Das menschliche Auge erreicht das Optimum seiner biologischen Kompensationsbreite bei einem Pupillendurchmesser von 3mm. Abbildungsfehler fallen in diesem Bereich bei normalen Augen kaum ins Gewicht, bez. werden durch die in diesem Bereich gute Tiefenschärfe ausgeglichen. Wie bei jeder anderen Optik wirken sich kleine optische Fehler immer stärker aus je weiter die Pupille (Blende) geöffnet wird. Die Wellenfrontgeführte Behandlung kann deshalb besonders bei weiten Pupillen eine besondere Bedeutungen bekommen.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Wellenfront-Technologie ein interessantes und wichtiges Werkzeug geworden ist, um die Sehprobleme unserer Patienten analysieren und verstehen zu lernen. Die optische Qualität des Laserabtrages lässt sich in vielen Fällen zum Vorteil für den Patienten modulieren. Eine perfekte optische Abbildung kann auch durch die Wellenfrontgeführte Laserchirurgie nicht erreicht werden.

Das Auge des Adlers wird weiterhin dem des Menschen überlegen bleiben.