Rest groep: Brekingsafwijkingen (Aberraties)

Inhoudopgave:

1. Het hoornvlies en de ooglens
2. Verschillende aberraties
3. Verschillende orden (profielen): de lage en hoge orde afwijkingen
4. De lokalisatie / plaats
5. De kleur: monochromatisch of chromatisch
6. Kunstlenzen bij staaroperaties: sferische of asferische kunstlenzen

Deze folder is een aanvulling op de folder “algemene brekingsafwijkingen” en gaat over de mate (rangorde) van refractie-afwijkingen (brekingsafwijkingen). Gerelateerde folders zijn:

• brekingsafwijkingen: algemene informatie → lees verder
• bijziendheid (myopie, correctie met min-glazen)  →  lees verder
• verziendheid (hypermetropie, correctie met plus-glazen)  →  lees verder
• cylindrische afwijkingen (astigmatisme)  →  lees verder
• hoornvlies (vorm en refractie) → zie folder anatomie/functie hoornvlies

1. Het hoornvlies en de ooglens
Het hoornvlies, de cornea genoemd, is het heldere voorste deel van het oog, waardoor het licht het oog binnenkomt. Het is een voortzetting van het witte deel van het oog (de harde oogrok of sclera genoemd). De sclera omvat  de hele oogbol. Achter het hoornvlies is het gekleurde deel van het oog te zien, het regenboogvlies (iris). Achter de iris en de pupil bevindt zich de lens. Zowel het hoornvlies als de lens zorgen ervoor dat de lichtstralen of beelden worden gebroken en uiteindelijk (scherp) op het netvlies terechtkomen.

2. Verschillende aberraties
De lichtstralen worden gebroken door het hoornvlies (cornea) en de lens. Echter de lichtstralen worden niet door elk deel van het hoornvlies gelijkmatig gebroken. Dit geldt ook voor de ooglens. Dit heeft te maken met de vorm van het brekend vlak.
Aberratie betekent dat de lichtstralen een afwijkend verloop hebben. De lichtstralen, vanuit het centrum en vanuit de randen van het lenzenstelsel, worden niet in dezelfde mate gebroken. Bij aberraties worden niet alle lichtstralen op de juiste manier gebroken waardoor ze niet allemaal perfect op het netvlies terecht komen. Hierdoor is het beeld waar we naar kijken, niet optimaal scherp. De brekingsafwijkingen (aberraties) kunnen als volgt onderverdeeld worden:

• in verschillende orden (profielen): de lage en hoge orde afwijkingen
• de localisatie
• de kleur: monochromatisch of chromatisch

Afbeelding 1: Bij defocus is er sprake van een brekingsafwijking waarbij het beeld vóór of achter het netvlies valt (die normaliter gecorrigeerd wordt met een bril of contactlenzen). De defocus bepaalt de gezichtsscherpte). Dit zijn de “lage orde aberraties”
Afbeelding 2: Bij strooilicht vallen een deel van de lichtstalen elders op het netvlies (de gezichtsscherpte kan daarbij nog wel goed zijn)
Afbeelding 3: Bij aberraties wordt een deel van het licht veranderd van richting

3. Verschillende orden (profielen): de lage en hoge orde afwijkingen

3a. Wat zijn brekings-of refractie afwijkingen en aberraties?
De lichtstralen worden gebroken door het hoornvlies (cornea) en de lens en komen dan tezamen terecht op het netvlies. Echter de lichtstralen worden niet door elk deel van het hoornvlies gelijkmatig gebroken. Dit heeft te maken met de vorm van het brekend vlak.
Aberratie betekent dat de lichtstralen een afwijkend verloop hebben. De lichtstralen, vanuit het centrum en vanuit de randen van het lenzenstelsel, worden niet in dezelfde mate gebroken. Bij aberraties worden niet alle lichtstralen op de juiste manier gebroken waardoor ze niet allemaal perfect op het netvlies terecht komen. Hierdoor is het beeld waar we naar kijken, niet optimaal scherp.

Aberraties worden veroorzaakt door de een ‘lenzenstructuur”, zoals het hoornvlies (cornea) en de ooglens.

3b. Soorten Opische Aberraties
De brekingsafwijkingen (aberraties) kunnen als volgt worden onderverdeeld

1. Monochromatische aberraties
   1. Lage-0rde aberraties: tot deze behoren de myopie (bijziendheid), hypermetropie (verziendheid) en astigmatisme (cylindrische afwijking). Het gaat dan om defocus en astigmatisme. De lage-orde aberraties vormen ongeveer 85-90% van de monochromatische aberraties. Deze aberraties zijn te corrigeren met bril of contactlenzen.
      
   2. Hoge-orde aberraties (HOA’s) zijn complexere brekingsafwijkingen (vergelijk dit met een hobbelig maanoppervlak in plaats van een mooie ronde voetbalvorm). Deze vormen ongeveer 15% van de monochromatische aberraties. Deze aberraties zijn niet te corrigeren met een bril. Voorbeelden zijn: sferische aberraties, coma en trefoil.
      
2. Chromatische aberraties: hierbij wordt het witte licht verdeeld in diverse golflengten op basis van de refractie index (denk bijvoorbeeld aan het witte licht dat zich splitst in diverse kleuren, zoals bij een regenboog). Deze aberraties nemen toe bij kunstlenzen met hogere sterkten (centrum is dikker)
   

Lage-orde aberraties (LOA’s)
Hierbij komen de lichtstralen (beelden) niet perfect op het netvlies terecht. Dit leidt tot een onscherp beeld. Voorbeelden hiervan zijn:

• myopie (bijziendheid): de lichtstralen komen vóór het netvlies terecht.
• hypermetropie (verziendheid): de lichtstralen komen achter het netvlies terecht.
• regulair astigmatisme (cylindrische afwijking): de lichtstralen in de ene richting worden anders gebroken dan de lichtstralen in de andere richting (90 graden).

Dit zijn de afwijkingen die gecorrigeerd kunnen worden met een bril.
De brilsterkte, bijv. S+2.00 * C -1.25 as 180 graden, kan worden uitgedrukt in getallen:

• een sferisch getal (S). Dit is de mate van de bijziendheid (S -..) of verziendheid (S +..). Bijvoorbeeld, een bril met een sterkte van S -2.00 of S+2.00. Het hoornvlies heeft in dit geval de vorm van een “ronde voetbal”. Echter de mate van kromming is variabel en kan worden gecorrigeerd met et sferische getal.
• een cylindrisch getal (C). Het hoornvlies heeft in dit geval de vorm van een “ovale rugby-bal”. Het getal C weerspiegelt de hoogte van de cylindrische vorm van het oog. Het is een correctie van een ovaal hoornvlies en/of een ovale lens. Bijvoorbeeld, een bril heeft een sterkte van S 0.00 * C -1.00 as 90 graden.
• een combinatie van een sferische en een cylindrische afwijking (sferocylindrische refractie-afwijking). Bijvoorbeeld, een bril heeft een sterkte van S+2.00 * C -1.25 as 180 graden. In dit geval heeft het hoornvlies een ovale rugby-balvorm. Beide krommingen moeten gecorrigeerd worden.

De lage-orde aberraties, bestaande uit de sferische en cylindrische afwijkingen, vormen ongeveer 90% van alle aberraties. Deze aberraties zijn te corrigeren met bril of contactlenzen. De overige 10% zijn de hoge-orde aberraties die niet te corrigeren zijn met een bril. Door het geringe percentage hoge-orde aberraties wordt de kwaliteit van het zien niet negatief beinvloed.

Afbeelding: de totale aberraties is een optelsom van Lage en Hoge order aberraties

Hoge-orde aberraties (HOA’s)
De brekingsafwijkingen die niet kunnen worden gecorrigeerd met een bril (de conventionele sferocylindrische correcties) worden ‘high-order aberrations (HOA’s)”, ofwel hoge orde afwijkingen, genoemd. HOA’s kunnen worden veroorzaakt door onregelmatigheden in het hoornvlies en/of de ooglens (of kunstlens na een staaroperatie).
Naast de sferische en cylindrische afwijkingen kunnen er dus ook nog andere, complexere, brekingsafwijkingen bestaan (vergelijk dit met een hobbelig maanoppervlak in plaats van een mooie ronde voetbal of ovale rugbybal). Dit kan voorkomen in een normaal oog, maar het komt frequenter voor in geopereerde ogen (bijv. na refractieve chirurgie). De mate van complexiteit wordt uitgedrukt in een getal/waarde (meestal in de vorm van een ‘Zernike polynomials’), bijv. sferische aberraties, trefoil, coma en nog hogere aberraties (3e, 4e, 5e orde).
De wavefront aberratie is met name afhankelijk van de pupilgrootte. Als de pupil groter wordt, nemen de aberraties toe. De aberraties nemen ook toe met de leeftijd.

Klachten
HOA’s kunnen leiden tot een verminderd gezichtsvermogen en/of contrast. HOA’s (en dan m.n. de sferische aberraties) veroorzaken o.a. een verminderd contrastzien, glare (verblinding door licht, bijv. door autolampen), starburst (stervormige schitteringen), halo’s (lichtkringen rondom lampen, m.n. in het donker) en dubbelbeelden/schaduwbeelden als men met 1 oog kijkt (monoculaire diplopie). De kwaliteit van het zien neemt daardoor af.
Voorbeelden van de high-order aberraties zijn o.a. “sferische aberraties” (4e orde) en “coma en trefoil (3e-orde)

HOA: de “sferische aberraties” (4e-orde): 
Een optimale lens breekt de lichtstralen tot een klein lichtpuntje. Echter bij het hoornvlies of de eigen ooglens worden de lichtstralen niet in alle richtingen exact hetzelfde gebroken waardoor er geen zuivere lichtpunt (brandpunt) ontstaat. De lichtstralen die door de randen van het hoornvlies (periferie) gaan, worden sterker gebroken dan de lichtstralen die door het centrum van het hoornvlies gaan. Hierdoor komen de lichtstralen niet perfect terecht op het netvlies en ontstaat er geen perfect beeld. Dit worden sferische aberraties genoemd (= de afbeeldingsfout van een lens t.g.v. zijn gekromde oppervlakte, waardoor de randstralen sterker gebroken worden dan de centrale stralen). Voor het hoornvlies geldt dat bij sferische aberratie de perifere lichtstalen vóór de centrale lichtstralen terechtkomen (de SA van het hoornvlies is ongeveer -0.1 tot -0.2 μm).

Klachten
De perifere lichtstralen (aan de randen) zijn met name van belang als de pupil wijd is (bijv. in schemerlicht of in het donker of ’s avonds met het autorijden). Dit leidt ertoe dat ’s avonds de bijziendheid toeneemt (nacht-myopie) waardoor de autolampen groter worden (zie onderwerp in deze folder bij kunstlenzen).
Glare (verblinding door licht, bijv. door autolampen) en starburst (stervormige schitteringen) zijn m.n. geassocieerd met de sferische aberraties. Overigens is enige mate van HOA’s (sferische aberraties, coma) waarschijnlijk van belang voor een ideaal gezichtsvermogen (vermindering van het effect van de chromatische aberraties, beter scherptediepte).

Echter teveel sferische aberraties leidt tot; a) een toename van scherptediepte, b) vermindering van contrast en c) een vermindering van de kwaliteit van het zicht Een correctie an de sferische aberraties betekent dan ook dat het contrast verbetert maar het dieptezien verminderd.

In het oog zijn er 2 brekende systemen, het hoornvlies en de ooglens. Beide veroorzaken een sferische aberratie (positief of negatief). Sferische aberratie (SA) is de belangrijkste aberraties in het oog. De kwaliteit van het zicht wordt meer verstoord bij een grotere pupil. We kennen een positieve en een negatieve SA. Bij positieve sferische aberraties worden de perifere lichtstralen gefocusseerd vóór de centrale lichtstralen; bij negatieve sferische aberraties worden de perifere lichtstralen gefocusseerd achter de centrale lichtstralen. De effecten zijn afhankelijk van de pupilgrootte. Als de pupil groter wordt, dus bij schemering of in het donker, zullen meer lichtstralen de randen van de kunstlens bereiken en zal een groter deel van het licht door de randen gebroken worden. Dat heeft meer invloed op de aberraties.

Het hoornvlies heeft een positieve SA. De SA van een oog is een combinatie van de positieve SA van het hoornvlies (die min of meer constant is gedurende het leven) en de negatieve SA van de ooglens. Er bestaan apparaten die de SA van het hoornvlies kunnen meten (bijv. een Orbscan) en de totale SA kunnen meten (bijv. wavefront analyser). Bij jonge mensen wordt de positieve SA van het hoornvlies min of meer gecompenseerd door de negatieve SA van de lens waardoor de totale SA in jonge ogen laag is. Bij het ouder worden, verandert de ooglens van structuur (en daardoor het brekend vermogen) waardoor de totale SA van het oog positief wordt. Dit leidt tot een vermindering van de optische kwaliteiten.

Sferische aberraties leiden tot:

• vermindering van het gezichtsvermogen en van het contrastzien
• toename van de myope shift als de pupil groter wordt (in de nacht kan de bijziendheid of myopie toenemen doordat de pupil groter wordt en meer lichtstralen door de randen van de kunstlens worden gebroken
• toename van de scherptediepte (m.n. dichtbij en tussenliggende afstand)

Aberraties spelen een rol bij nacht-bijziendheid (nacht-myopie), refractiechirurgie (ooglaseren) en kunstlenzen bij staaroperaties.
– Voor informatie over de vorm van het hoornvlies en aberraties → zie folder anatomie/functie hoornvlies.
– voor informatie over sferische en asferische kunstlenzen → folder multifocale en asferische lenzen.

HOA: Coma (3e-orde) en Trefoil (3e-orde):
Dit treedt met name op na refractiechirurgie. Bij coma bereiken de lichtstralen aan de ene rand van de pupil het netvlies eerder dan aan de tegenovergestelde rand van de pupil. Het beeld lijkt dan op een komeet. Coma komt vaak voor bij een gedecentreerd hoornvliestransplantaat, keratoconus, een gedecentreerde ooglaserbehandeling en een iets gekantelde kunstlens (lens-tilt). Trefoil wordt ook waargenomen na een laserbehandeling. Het beeld is echter minder storend dan bij ‘coma’.

Klacht: dubbelbeelden, die met één oog kijkend worden waargenomen (monoculaire dubbelbeelden) zijn geassocieerd met een horizontale Coma. Het contrast neemt vaak af.

HOA: Overige hoge-orde aberraties:
Deze komen voor na refractiechirurgie maar zijn minder klinisch relevant (bijv. secundair astigmatisme of quadrafoil).

Staaroperaties en aberraties
Er zijn diverse kunstlenzen op de markt, de asferische of sferische kunstlenzen.

Ooglaseren en aberraties:
De lage-orde aberraties (bijziendheid, verziendheid, cylinder) nemen na een ooglaserbehandeling af. Dit is immers de doelstelling van de laserbehandeling. Echter dit gaat ten koste van de hoge-orde aberraties.

Deze hoge-orde aberraties, mn de sferische aberraties en coma, nemen namelijk toe na een ooglaserbehandeling (zowel bij de standaard laser als bij de wavefront-guided laser). Deze nemen bij een laserbehandeling voor verziendheid (hypermetropie) méér toe dan bij een laserbehandeling voor bijziendheid (myopie) en vaak in de tegenovergestelde richting (richting de negatieve waarden). Aberraties bestaan dus al vóór de laserbehandeling maar nemen door de laser ook nog eens toe. Om deze aberraties (vooraf aanwezig en verergering door de laser) te verminderen, kan worden gekozen voor een aangepaste of geindividualiseerde laserbehandeling (customised wavefront-guided laser). Hierbij worden de aberraties in kaart gebracht en het hoornvlies op elke plaats aangepast gelaserd, afhankelijk van de aberraties in dat gebied.
HOA’s kunnen ontstaan door onvoldoende uitlijning van het oog onder het laserapparaat (bijv. door oogbewegingen). Maar ze kunnen ook dagelijks fluctueren t.g.v. de traanfilm, pupilgrootte, accommodatie van de ooglens en oogstandveranderingen (bijv. een kleine rotatie van het oog als iemand op de rug gaat liggen). Ook na een ideale wavefront-guided laser hoeft het individuele gezichtsvermogen niet perfect te zijn tijdens het accommoderen van de ooglens doordat de oog-aberraties op dat moment veranderen.

De totale aberraties van het gehele oog wordt dan verbeterd door het hoornvliesoppervlak bij te slijpen. Hoewel de aberraties minder worden bij deze wavefront-guided (wavefront-geleide) laser, zijn de hoge-orde aberraties altijd nog meer aanwezig dan vóór de laserbehandeling. Ofwel, de toename van HOA’s, die door elke laserbehandeling wordt veroorzaakt, is minder groot na een wavefront-guided laser.
De totale oculaire (oog) aberraties bestaan uit aberraties van het hoornvliesoppervlak (cornea aberraties) en aberraties van de eigen ooglens (lenticulaire aberraties). Hoewel de laser rekening kan houden met beide vormen van aberraties, lijkt het aannemelijker om alleen de cornea-aberraties te behandelen. Dit komt omdat de ooglens in de loop der jaren kan veranderen waardoor de lens-aberraties ook veranderen.

Door deze hoge-orde aberraties te verminderen wordt de optische kwaliteit beter (mn in schemerlicht). Een wavefront-guided laser is niet bij iedereen mogelijk. Een erg onregelmatig hoornvliesoppervlak is lastig te behandelen. In dat geval geeft een topography-based laser een betere uitkomst (laser obv het onregelmatige hoornvliesoppervlak).
In een overzichtsstudie blijkt dat de resultaten van een LASIK ooglaserbehandeling tussen een non-wavefront-guided laser (de conventionele vorm) en de wavefront-guided laser vergelijkbaar zijn. Deze resultaten betreffen de effectiviteit (niet gecorrigeerd gezichtsvermogen ná de operatie [UCVA] tov het gecorrigeerde  gezichtsvermogen vóór de operatie [BCVA]), de veiligheid (percentage ogen dat minder gaat zien, CDVA ná de operatie tov de CDVA vóór de operatie) en de voorspelbaarheid (sferisch equivalent na de operatie is < ± 0.5 D van de voorspelde waarde). De toename van de HOA’s door een laserbehandeling was minder in de wavefront-guided groep dan in de non-wavefront-guided groep [JCRS; 2011:1465]. Dit gunstige effect is echter gering. Dit betekent dat het verschil tussen de non-wavefront-guided groep en de wavefront-guided groep niet zo groot is.

Hoornvliestransplantaties:
Een hoornvliestransplantaat (PKP) heeft vaak een wat onregelmatige vorm (“hobbelig landschap”). De oorzaken zijn: effect van de wondgenezing, de compressie van hechtingen, het verschil in kromming van de donor tov het resterende deel van de ontvanger en het verschil in dikte en diameter van de donor / ontvanger. Hierdoor heeft het hoornvliestransplantaat meer HOA’s.
Andere operatie-technieken zijn de DSEK en DMEK (zie folder hoornvliestransplantaties) waarbij alleen het binnenste deel van het hoornvlies wordt vervangen. In dat geval zijn de HOA’s geringer (en bij DMEK < DSEK) en is het gezichtsvermogen derhalve vaak beter dan bij de PKP (met meer HOA’s) [Ophthalmology 2012; 528].

4. De localisatie / plaats
De aberraties (brekingsafwijkingen) kunnen bestaan op verschillende nivo’s: het hoornvlies, de lens en/of in andere structuren in het oog (maar ook bijv. door een contactlens of bril). De totale aberratie van het oog kan worden gemeten en bepaalt de kwaliteit van het netvliesbeeld (oculaire aberratie genoemd). Het geeft informatie over het functioneren van het oog in zijn geheel.
De hoornvlies-aberratie (corneale aberratie) wordt veroorzaakt door een afwijkende breking op verschillende plaatsen in het hoornvlies (te vergelijken met een soort maanlandschap met een niet zo mooi glad oppervlak, dit in tegenstelling tot een mooie ronde voetbal). Ook kan de breking in het centrum anders zijn dan aan de randen van het hoornvlies. De aberraties in de rest van het oog (dus alles behalve het hoornvlies) worden berekend door het verschil tussen de oculaire aberraties en de corneale aberraties. Dit wordt de intraoculaire aberratie genoemd.

5. De kleur: monochromatisch of chromatisch
De aberraties kunnen de kwaliteit van het netvliesbeeld verslechteren waardoor het contrast en het gezichtsvermogen kunnen verminderen. De aberraties kunnen worden verdeeld in:

• Monochromatische aberraties, bijv. defocussering (brilafwijking sferisch deel, bijziendheid, verziendheid), astigmatisme (cilindrische afwijking), coma, trefoil en hogere aberraties (HOA).
• Chromatische aberraties: dit is het verschijnsel dat de door een enkelvoudige lens gevormde beelden steeds aan de rand gekleurd zijn. Ook de regenboogkleuren zijn een gevolg van een verschil in breking van verschillende golflengten van wit licht. Chromatische aberratie betekent: een fout in de beeldvorming, teweeggebracht door de ongelijke refractie van de verschillende zichtbare lichtsoorten.

6. Kunstlenzen bij staaroperaties: sferische of asferische kunstlenzen
Bij een staaroperatie is niet alleen een optimale gezichtsscherpte van belang maar ook een optimale beeldkwaliteit (bijv. een goed contrast). Lichtstralen of beelden worden in het oog gefocust op het netvlies door het hoornvlies en de eigen ooglens.
Het normale hoornvlies heeft een positieve sferische aberratie (SA is ongeveer + 0.3 μm), een heldere jonge ooglens een negatieve SA (ongeveer -0.3 μm) die elkaar ongeveer opheffen. Echter bij het ouder worden, wordt de SA van de ooglens minder negatief en uiteindelijk zelfs positief waardoor de balans verstoord raakt. Een afwijkende SA heeft een negatief effect op de beeldkwaliteit (m.n. op de contrastgevoeligheid).
Bij een staaroperatie wordt de troebele ooglens vervangen door een heldere kunstlens (IOL genoemd). Er zijn vele kunstlenzen beschikbaar, bijv. sferische en asferische kunstlenzen. Een asferische kunstlens heeft een negatieve SA waardoor de positieve SA van het hoornvlies (gedeeltelijk) gecompenseerd kan worden. De mate van asfericiteit wordt bepaald door het type kunstlens.  Bijvoorbeeld, de SN60WF-kunstlens van Alcon heeft een SA van -0.2 um en de Tecnis-kunstlens van AMO heeft een SA van -0.27.