In der Literatur finden sich bislang nur wenige Untersuchungen zum posterioren Radius der Hornhaut. Die Zielsetzung dieser Arbeit war es, unter Zuhilfenahme von Keratometrie und moderner optischer Pachymetrie, den hinteren Krümmungsradius der Hornhaut kontaktlos und präzise zu ermitteln. / In the literature there are not many examinations of the posterior corneal radius. The aim of this work is a precise determination of the mentioned radius with aid of keratometry and modern optic pachymetry.

Thesis (doctoral)--Genève, 1979.

We examined 143 patients suffering from FMS, a syndrome characterized by chronic widespread pain, sleep disturbances, and fatigue. Etiology and pathophysiology of FMS are scarcely understood. In recent years abnormalities of small Aδ- and C-nerve fibers have been found in subgroups of FMS patients. It is yet unclear how such SFP is caused in FMS patients and how it contributes to FMS symptoms. We used CCM to analyze corneal small nerve fibers and associated LC, comparing FMS patients’ results to those from 65 healthy controls and 41 disease controls suffering from SFN. We, further, assessed expression levels of mRNA and miRNA in keratinocytes taken from skin punch biopsies of FMS patients and healthy controls kept as monocellular cell cultures. A screening was performed using NGS in a small cohort of 12 FMS patients and 5 healthy controls. Results were validated in larger cohorts by qRT-PCR. As in previous studies IENFD and CNFD were reduced in a subgroup of FMS patients. We found identical LC densities in FMS patients, healthy controls, and SFN patients. The subpopulation of dLCfiber contact in FMS and SFN patients was lower than in healthy controls. Our RNA expression analysis revealed one mRNA that was expressed higher in FMS patients than in controls: PRSS21. We conclude that reduced neurotrophic signaling of LC may contribute to SFP in the cornea. Epidermal PRSS21 expression and dLCfiber contact density are promising biomarker candidates for FMS diagnosis. / Wir untersuchten 143 PatientInnen mit FMS, einem chronischen Schmerzsyndrom mit bislang kaum verstandener Ätiologie und Pathophysiologie. In den letzten Jahren wurden bei Subgruppen von FMS-PatientInnen Pathologien der sogenannten small fibers nachgewiesen. Wie diese entstehen oder zu den Symptomen des FMS beitragen ist noch unklar. Wir untersuchten corneale Nerven und assoziierte LC mittels CCM und verglichen die Ergebnisse der FMS PatientInnen mit denen von 65 gesunden Kontrollen und 41 SFN Patientinnen. Weiterhin untersuchten wir die mRNA und miRNA Expression in Keratinozyten aus Hautstanzbiopsien von FMS PatientInnen und gesunden Kontrollen, die isoliert in Zellkultur genommen wurden. Mittels NGS wurde ein mRNA/miRNA-Screening in einer kleinen Kohorte von 12 PatientInnen und 5 Kontrollen durchgeführt. Die Ergebnisse wurden mittels qRT-PCR in einer größeren Gruppe validiert. Wie in vorausgegangenen Studien waren IENFD und CNFD bei FMS PatientInnen-Subgruppen reduziert. Die Dichte an LC war bei FMS und SFN PatientInnen sowie gesunden Kontrollen identisch. Die Subpopulation der dLCfiber contact war bei FMS und SFN PatientInnen niedriger als bei gesunden Kontrollen. Eine mRNA, PRSS21, wurde bei FMS PatientInnen stärker als bei Kontrollen exprimiert. Wir schlussfolgern, dass eine Reduktion neurotropher Signale durch LC zur Kleinfaserpathologie bei FMS beitragen könnte. Epidermale PRSS21-Expression und dLCfiber contact Dichte stellen vielversprechende Kandidaten für Biomarker zur FMS-Diagnose dar.

Ziel der Studie: Evaluation der Effektivität und Sicherheit des Kollagen-Crosslinkings der Hornhaut mit Riboflavin und UV-A (CXL) bei progressivem Keratokonus über einen Nachbeobachtungszeitraum von bis zu 10 Jahren. Design: Retrospektive klinische Längsschnittstudie Methoden: 131 Augen von 131 Patienten (männlich:weiblich = 95:36) erhielten an der Universitäts-Augenklinik Würzburg zwischen 2006 und 2016 ein Kollagen-Crosslinking (CXL) nach dem Dresdner Standardprotokoll, bestehend aus einer Abrasio, Applikation von iso-osmolaren Riboflavin/Dextran-Augentropfen für 30 min und anschließender UV-A-Bestrahlung mit 3 mW/cm2 für 30 min. Die retrospektive Nachbeobachtung betrug 1 (n=103 Augen) bis maximal 10 Jahre (n=44 Augen). Einschlusskriterien waren eine Zunahme des maximalen Hornhautkrümmungsradius (Kmax, gemessen mittels Pentacam HR) >1 dpt und eine Hornhautdicke >400 µm nach Abrasio. Für parametrische bzw. nichtparametrische Daten wurde der T-Test bzw. der Wilcoxon-Vorzeichen-Rangsummentest durchgeführt. Ergebnisse: 1 bis 3 Jahre präoperativ nahm der Median von Kmax und K2 signifikant um 1,5 dpt (p=0,001) und 1,1 dpt (p<0,001) bis zur Behandlung zu. Die apikale Hornhautdicke nahm nach 1-3 Jahren präoperativ um 12 µm ab (p=0,003). Postoperativ stieg der Median von K2 zunächst bis nach 1 Jahr um 0,1 dpt, nahm dann aber über den weiteren Nachbeobachtungszeitraum kontinuierlich ab, nach 10 Jahren lag er um 0,85 dpt (p=0,021) unter dem Ausgangswert. Die mittlere apikale Hornhautdicke nahm nach 3, 7 bzw. 10 Jahren um 11 µm (p<0,001), 9 µm (p=0,014) und 3 µm (p=0,358) ab. Der mediane Kmax zeigte Schwankungen ohne signifikante Veränderung. Der mittlere bestkorrigierte Visus (logMAR) nahm nach 5 Jahren signifikant um 0,13 und nach 10 Jahren um 0,08 ab (p=0,013 und p=0,010). Der Anteil der Non-Responder, definiert durch einen postoperativen Anstieg von Kmax>2 dpt, nahm von 16% nach 5 auf 33% nach 10 Jahren zu. Risikofaktoren waren ein junges Alter, hoher Astigmatismus, eine dünne Hornhaut und atopische Dermatitis. 4 Augen erhielten im Verlauf komplikationslos eine Revernetzung, woraufhin sich keine weitere Krankheitsprogression zeigte. Fazit: Die CXL-Behandlung kann die Progression des Keratokonus verlangsamen oder stoppen. Allerdings war ab 5 Jahren nach dem Eingriff eine Abnahme des Anteils der Responder zu beobachten. Regelmäßige Nachkontrollen sollten daher besonders auch im Langzeitverlauf durchgeführt werden, um eine erneute Progression frühzeitig erkennen und behandeln zu können. / Purpose: This study analyses long-term efficacy and safety of corneal collagen crosslinking with riboflavin and UV-A irradiation (CXL) for progressive keratoconus. Design: Retrospective longitudinal study of consecutive patients. Methods: 131 eyes of 131 patients (male:female = 95:36) were treated at the university hospital Wuerzburg between 2006 and 2016 with standard CXL, comprising abrasion, application of iso-osmolar riboflavin/dextran eye drops for 30 min, and application of UV-A irradiation at 3 mW/cm2 for 30 min. Retrospective follow-up was 1 (n=103 eyes) to maximum 10 years (n=44 eyes). Only one eye per patient was included. Inclusion criteria were increase of maximum surface radius of curvature (Kmax measured with Pentacam HR) >1 D and corneal thickness >400 µm after abrasion. Paired t test or Wilcoxon matched-pairs signed rank test were conducted for parametric or nonparametric data, respectively. Results: 1 to 3 years preoperatively, median of Kmax and K2 significantly increased by 1.5 D (p=0.001) and 1.1 D (p<0.001). Apical corneal thickness diminished by 12 µm at 1-3 years preop (p=0.003). After CXL, median K2 increased by 0.1 D after 1 year, but then decreased over the remaining postoperative period by 0.85 D (p=0.021) after 10 years. Mean apical corneal thickness decreased by 11 µm (p<0.001), 9 µm (p=0.014) and 3 µm (p=0.358) after 3, 7 and 10 years, respectively. Median Kmax showed high variation without significant change. Mean best corrected visual acuity (logMAR) significantly decreased by 0.13 after 5 and 0,08 after 10 years (p=0.013 and p=0.010). CXL-non-responders, defined by postoperative increase of Kmax>2 D, increased from 16% after 5 to 33% after 10 years. Risk factors were young age, high astigmatism, thin cornea, and atopic dermatitis. 4 eyes were re-treated after first CXL without any complications and keratoconus stabilized thereafter. Conclusion: CXL can slow down or stop the progression of keratoconus. However, the declining responder rate beyond 5 years after treatment indicates that patients who have risk factors for being a non-responder might require re-treatment. So patients should be examined at regular intervals especially after 5 years post CXL, to recognize and re-treat a progression early.

Osteo-Odonto-Keratoprothese (OOKP) Eine Erhebung der Kosten und der Auswirkungen auf die Lebensqualität EINLEITUNG: Eine Keratoprothese mit natürlicher Haptik aus Zahn (OOKP) oder Knochen (Tibia-KPro) kann zur visuellen Rehabilitation hornhautblinder Patienten genutzt werden. In einer ersten Operation wird die Augenoberfläche mit Mundschleimhaut bedeckt, um ein geeignetes Milieu für das Implantat zu schaffen. Während desselben oder eines zweiten Eingriffs wird ein Zahn bzw. ein Stück Tibiaknochen gewonnen und als Haptik für eine PMMA-Optik präpariert. Das Gesamtimplantat wird für 3 Monate zwecks Bildung einer vaskularisierten Hülle in eine subkutane Tasche und in einem letzten Schritt in das Auge implantiert. In dieser Studie wurden die Kosten des Verfahrens und die resultierende Lebensqualität einer deutschen Kohorte mit mindestens 2-jähriger Beobachtungszeit ermittelt. MATERIAL UND METHODEN: Die Behandlungsdaten von 32 Patienten (27 x OOKP, 5 x TK-Pro) zu Personalbindung (z. B. Op-Dauer), Verbrauchsgüter und Infrastruktur wurden basierend auf der Kalkulationsmatrix des InEK ermittelt. Daraus wurden die mittleren Kosten für die regulären Operationsschritte, Vor- und Nachuntersuchungen über 2 Jahre postoperativ sowie kleine und große Eingriffe zum Komplikationsmanagement berechnet. Der prä- und postoperative Visus wurde aus den Akten und einer Selbsteinschätzung der Aktivitäten des täglichen Lebens und der Lebensqualität retrospektiv mittels Fragebogen vom Patienten erhobenen. ERGEBNIS: Die mittleren Kosten pro Patient betrugen für Schleimhautdeckung und Erstellung der Prothese 9.015 € und für die Implantation 7.896 €. Hinzu kamen Kosten für Vor- und Nachuntersuchungen über zwei Jahre beim Operateur von 336 € bzw. 1.947 € sowie für große und kleine Komplikationseingriffe von 5.177 € bzw. 1.579 €. Die Veränderung von Visus und Lebensqualität wurde von den Patienten als substantiell und als nahezu gleich wie vor der Augenerkrankung eingeschätzt. Der Visus lag vor der Operation bei einem Median von 0,001 und nach der Operation bei einem Median von 0,4. Das Lesen von normalem Text, Erkennen von Gesichtern und Orientieren im Raum war postoperativ 58%, 73% und 81% der Patienten wieder möglich. FAZIT: Die Implantation einer Keratoprothese mit natürlicher Haptik ist ein kostenintensives Verfahren, das jedoch in hohem Maße eine weitreichende visuelle Rehabilitation mit entsprechend subjektiv deutlich besser bewerteter Lebensqualität ermöglicht. / Osteo-odonto-keratoprosthesis (OOKP) or Tibia-bone prosthesis (TK-Pro) - a costs and quality of life analysis Wahl I., Hille K., Wagner F., Geerling G. INTRODUCTION: OOKP is an extensive procedure for the treatment of severe corneal disease with resulting bilateral blindness. It consists of a number of complex surgical stages with highly trained ophthalmic and maxillofacial surgeons involved. In stage I the keratoprosthesis is prepared from the root of a canine tooth as a haptic and an optic cylinder. Three month later in stage II this prosthesis is implanted into the eye following excision of cornea, lens, iris and vitreous body. If successful this procedure can rehabilitate a patient from blindness to full visual acuity. We calculated the costs of this complex procedure and evaluated the effects on quality of life in a retrospective case series. MATERIAL AND METHODS: The medical records of 32 patients who received an OOKP (N=27) or TK-Pro (N=5) for corneal blindness in a tertiary referral centre were reviewed. The costs for personnel, consumables and infrastructure were calculated for visits to the out-patient clinic, ward (including diagnostic procedures such as x-rays) and surgical theatre of the primary OOKP surgical stages as well as treatment of complications. Vision based daily life activities and quality of life were retrospectively assessed with a questionnaire in 26 out of 32 patients after surgery. RESULTS: The total costs for treatment, including preoperative assessment, stage I and stage II and two years of follow-up were 19.194 €. 336 € for preoperative assessment, 9.015 € for stage I and 7.896 € for stage II. The costs of follow-up visits to the outpatient clinic were 1.947 €. Costs for additional hospital stays to treat complications amounted to 6.756 €. 1.579 € for small operations, such as mucosa membrane revision and 5.177 € for complex operations, including pars plana vitrectomie and pressure relieving operations. At two years follow-up keratoprosthesis surgery was considered morphologically successful in 30 eyes with good kerathoprosthesis integration and position. In two eyes the keratoprosthesis had to be removed during the two years of follow up. Visual acuity in these 30 patients was: >= 0,8 in 20% (N=6); Visus >=0,4 in 53% (N=15); Visus >=0,1 in 70 % (N=21); Visus <0,1 in 30% (N=9). Total quality of life improved significantly (p<0,001), with regards to daily activities 58, 73 and 81% of patients were able to read a newspaper, to recognize faces or to orientate in a room by visual means. CONCLUSION: OOKP is a complex and cost intensive procedure which requires extensive follow-up. Thanks to the high longterm retention rate of these keratoprosthesis and good functional results it leads to a significant improvement in quality of life and hence justifies the financial effort.

Techn. Universiẗat, Diss., 2005--München.

Zusammenfassung: Das Ziel dieser Arbeit ist die experimentelle und klinische Evaluierung eines neuartigen Messverfahrens zur Bestimmung biomechanischer Eigenschaften der Hornhaut. Das untersuchte Gerät (Corvis ST, Oculus, Wetzlar, Deutschland) ist ein Non-Kontakt Tonometer mit integrierter Scheimpflug-Technologie, welches zum Einsatz am menschlichen Auge weltweit zugelassen ist. Ein Luftimpuls wird dabei auf die Hornhaut appliziert, wodurch diese deformiert wird. Dieser Prozess hat zur Folge, dass die Hornhaut applaniert (erste Applanation), anschließend nach innen gedrückt (höchste Konkavität) und durch das Abschalten des externen Luftimpulses, vom Augeninnendruck (IOD) in ihre ursprüngliche, physiologische Form gedrückt wird, wobei sie die zweite Applanation durchläuft. Die klinisch relevanten Parameter des Corvis ST (DCR Parameter) sind der bIOP, ein biomechanisch korrigierter IOD; DAR2, das Verhältnis aus zentraler Deformation und peripherer Deformation (bei 2 mm) der Hornhaut; int. 1/R, Summe aus dem Kehrwert des Radius während der konkaven Phase der Hornhaut zwischen erster und zweiter Applanation; SP A1, Steifigkeitsparameter der ersten Applanation sowie CBI, eine Kombination aus verschiedenen DCR Parametern zur Trennung zwischen gesunden und Keratokonus Hornhäuten. Die Literaturrecherche hat ergeben, dass mechanische Kenngrößen nicht ohne Weiteres auf biologische Gewebe anwendbar sind, da insbesondere die Hornhaut anisotrope, nicht lineare und viskoelastische Eigenschaften aufweist. Aus diesem Grund kann für die Hornhaut beispielsweise kein einheitlicher E-Modul abgeleitet werden. Der E-Modul ist vielmehr eine Funktion der Dehnung. Für die Messung am Auge haben IOD und Hornhautdicke einen wesentlichen Einfluss auf das biomechanische Verhalten der Hornhaut. Diese und weitere Faktoren werden in dieser Arbeit untersucht und nach ihrem Effekt auf die Messparameter beurteilt. In experimentellen Untersuchungen wurde insbesondere der Einfluss des IOD betrachtet. Hierbei zeigt sich, je höher der IOD im Schweineauge induziert ist, desto weniger verformbar verhält sich die Hornhaut gegenüber dem eintreffenden Luftimpuls, wobei sich die Materialeigenschaften nicht verändern. Dies drückte sich unter anderem in geringeren Werten für DAR2 und int. 1/R sowie höheren Werte für SP A1 aus. Infolgedessen wird auf die IOD Konformität zwischen den zu untersuchenden Studienpopulationen geachtet, um die Messergebnisse richtig evaluieren zu können. In den klinischen Untersuchungen können zudem Hornhautdicke und Alter als weitere Einflussfaktoren auf die DCR Parameter bei Gesunden beobachtet werden. Eine dickere Hornhaut weist demnach einen höheren Widerstand (geringere Werte für DAR2, int. 1/R sowie höhere Werte für SP A1) gegenüber dem Luftimpuls auf als eine dünnere Hornhaut. Das Alter hat einen Versteifungseffekt auf die Hornhaut, was sich nachweislich durch eine positive Korrelation des Alters mit SP A1 zeigt. Eine weitere Voraussetzung für die Beurteilbarkeit der DCR Parameter ist die Bestimmung der Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit. Sowohl am Schweineauge als auch bei Keratokonus-Patienten zeigt sich insgesamt eine hohe Genauigkeit der Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit der Parameter, sodass von einer verlässlichen Messung ausgegangen werden kann. Diese Erkenntnis ist insbesondere für die Evaluierung von longitudinalen Fragestellungen enorm wichtig. Für die klinischen Untersuchungen wurde der Ocular Response Analyzer (ORA, Reichert Technologie, Buffalo, NY, USA), ein weiteres Non-Kontakt Tonometer zur Bestimmung biomechanischer Parameter der Hornhaut, als Vergleichsgerät herangezogen. Die Hauptparameter sind die korneale Hysterese (CH) und der korneale Widerstandsfaktor (CRF). Jedoch spiegeln diese Parameter nicht die Steifigkeit der Hornhaut wider, da sie viskoelastische Eigenschaften der Hornhaut beschreiben. Der Grund dafür ist die Integration der Druckwerte der ersten und zweiten Applanation während Ein- und Auswärtsbewegung der Hornhaut in die Berechnung von CH und CRF. Im Gegensatz dazu beschreiben die DCR Parameter des Corvis ST das Deformationsverhalten der Ein- und Auswärtsbewegung der Hornhaut. Es wird davon ausgegangen, dass die Einwärtsbewegung der Hornhaut vermehrt die elastische Komponente widerspiegelt, wodurch sich ein Zusammenhang zur Steifigkeit herleiten lässt. Die Evaluierung der DCR Parameter anhand von gesunden Probanden und Keratokonus Patienten ergibt, dass der CBI die beste Trennung mit hoher Sensitivität und Spezifität zwischen beiden Kohorten darstellt. Weiterhin zeigen sich DAR2, int. 1/R und SP A1 eine hohe Genauigkeit der Erkennung eines Keratokonus, sogar höher als CH und teilweise auch als CRF. Darüber hinaus können Unterschiede in bestimmten DCR Parameter zwischen verschiedenen Schweregraden des Keratokonus gefunden werden, so dass in der Folge eine weitere Analyse durchgeführt werden konnte, die anhand von Machine Learning Algorithmen den Schweregrad des Keratokonus vorhersagt. Das Modell erreicht eine gute Sensitivität und Spezifität zur Vorhersage von Gesunden, frühen und fortgeschrittenen Stadien, jedoch nicht für mäßige Stadien. Diese Arbeit weist weiterhin nach, dass die Hornhautvernetzung (CXL), ein Therapieverfahren bei progressiven Keratokonus, eine Änderung in den DCR Parametern erzeugt, die auf eine Zunahme der Hornhautfestigkeit hindeutet. Die experimentellen Versuche am Schweineauge leiten einen Zusammenhang zwischen Spannungs-Dehnungsmessung und Änderungen in den DCR Parameter her. Indizien für die Zunahme der Hornhautfestigkeit sind einerseits ein höher gemessener IOD trotz konstant induzierten IOD im Schweineauge und andererseits ein geringerer Wert für int. 1/R sowie ein höherer Wert für SP A1. Auch in den klinischen Untersuchungen wird diese Beobachtungen gemacht, auch wenn sich der Effekt weniger stark zeigt. Dennoch kann ebenfalls eine Zunahme des bIOP und eine Abnahme des int. 1/R beobachtet werden, wobei diese einen Monat postoperativ am stärksten ausgeprägt sind. Letztlich bietet das Corvis ST hilfreiche Informationen über die biomechanischen Eigenschaften der Hornhaut. Dies ist insbesondere im Vorfeld refraktiv-chirurgischer Eingriffe und zur Beurteilung des Keratokonus wichtig. In dieser Arbeit wird ein gewisser Einfluss des IOD und der Hornhautdicke auf die DCR Parameter nachgewiesen, so dass zukünftig computergestützte Verfahren verwendet werden sollten, um Materialeigenschaften der Hornhaut möglichst unabhängig von ihrer Dicke und dem vorliegenden IOD zu bestimmen. Dies ist auch für andere Augenerkrankungen, wie z. B. dem Glaukom, wichtig.:Vorwort IV Inhaltsverzeichnis VI Abbildungs- und Tabellenverzeichnis IX Abkürzungsverzeichnis XV 1 Einleitung 1 2 Wissenschaftlicher Hintergrund 2 2.1 Das Auge 2 2.2 Kornea – die Hornhaut des menschlichen Auges 3 2.2.1 Struktur und Eigenschaften des Hornhautstromas 8 2.2.2 Zelluläre Abnormitäten der Hornhaut bei Keratektasien 12 2.2.3 Strukturelle Veränderungen der Hornhaut bei okulären und systemischen Erkrankungen 14 2.3 Keratokonus 17 2.3.1 Inzidenz und Prävalenz 17 2.3.2 Risikofaktoren 18 2.3.3 Diagnose und klinische Zeichen 19 2.3.4 Behandlungsoptionen 25 2.4 Methoden zur Bestimmung von (bio-)mechanischer Eigenschaften 29 2.4.1 Übertragung mechanischer Kenngrößen auf Biomaterialien 29 2.4.2 Zusammenhang zwischen den chemischen, strukturellen Eigenschaften und der Biomechanik der Hornhaut 33 2.4.3 Bestimmung der Biomechanik der Hornhaut ex vivo 33 2.4.4 Bestimmung der Biomechanik der Hornhaut in vivo 37 2.4.5 Computer gestützte Modellierung von biomechanischen Modellen und Ektasien 43 2.5 Aktueller Stand der Forschung 46 2.5.1 Ocular Response Analyzer 46 2.5.2 Corvis ST 50 2.6 Fragestellungen und Hypothesen 53 3 Material und Methoden 54 3.1 Messgeräte 54 3.1.1 Ocular Response Analyzer 54 3.1.2 Corvis ST - Corneal Visualization Scheimpflug Technology 56 3.1.3 Scheimpflug-basierte Topografie und Tomografie 62 3.2 Experimentelle Untersuchungen 62 3.2.1 Beurteilung von Einflussfaktoren auf die DCR Parameter am Schweineauge 63 3.2.2 Beurteilung biomechanischer Änderungen nach kornealem Cross-Linking anhand von Schweineaugen 65 3.2.3 Statistische Auswertung der experimentellen Untersuchungen 69 3.3 Klinische Untersuchung 70 3.3.1 Normwerte von gesunden Probanden und Einflussfaktoren auf Messparameter des Corvis ST und ORA 70 3.3.2 Evaluierung biomechanischer Parameter anhand von gesunden Probanden und Keratokonus-Patienten – Eine Fall-Kontroll-Untersuchung 71 3.3.3 Klassifizierung der DCR Parameter anhand des Keratokonus-Schweregrades 73 3.3.4 Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit der DCR Parameter anhand von Keratokonus-Patienten 75 3.3.5 Beurteilung biomechanischer Änderungen nach kornealem Cross-Linking 77 4 Ergebnisse 78 4.1 Experimentelle Untersuchungen 78 4.1.1 Beurteilung von Einflussfaktoren auf die DCR Parameter am Schweine-auge 78 4.1.2 Beurteilung biomechanischer Änderungen nach kornealem Cross-Linking anhand von Schweineaugen 83 4.2 Klinische Untersuchungen 88 4.2.1 Normwerte von gesunden Probanden und Einflussfaktoren auf Messparameter des Corvis ST und ORA 88 4.2.2 Evaluierung biomechanischer Parameter anhand von gesunden Probanden und Keratokonus-Patienten – Eine Fall-Kontroll-Untersuchung 101 4.2.3 Klassifizierung der DCR Parameter anhand des Keratokonus-Schweregrades 107 4.2.4 Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit der DCR Parameter anhand von Keratokonus-Patienten 112 4.2.5 Beurteilung biomechanischer Änderungen nach kornealem Cross-Linking 118 5 Diskussion 121 5.1 Experimentelle Untersuchungen 121 5.1.1 Beurteilung von Einflussfaktoren auf die DCR Parameter am Schweine-auge 121 5.1.2 Beurteilung biomechanischer Änderungen nach kornealem Cross-Linking ex vivo und in vivo 123 5.2 Klinische Untersuchungen 129 5.2.1 Normwerte von gesunden Probanden und Einflussfaktoren auf Messparameter des Corvis ST und ORA 129 5.2.2 Evaluierung und Differenzierung gesunder Probanden und Keratokonus-Patienten hinsichtlich biomechanischer Parameter – Eine Fall-Kontroll-Untersuchung 134 5.2.3 Klassifizierung der DCR Parameter anhand des Keratokonus-Schweregrades 140 5.2.4 Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit der DCR Parameter anhand von Keratokonus-Patienten 142 6 Zusammenfassung 145 7 Summary 148 Literaturverzeichnis 151 Stichwortverzeichnis 166 Anhang 168 Danksagung 187 Anlage 1 Erklärung zur Eröffnung des Promotionsverfahrens 188 Anlage 2 Erklärung zur Einhaltung aktueller gesetzlicher Vorgaben 189 Anlage 3 Angabe zu Bildrechten 190 Anlage 4 Kennzeichnung des Eigenanteils bereits veröffentlichter Publikationen 195 / Summary: The aim of this thesis is to investigate a novel method measuring biomechanical properties of the cornea in experimental and clinical conditions. The used device is a dynamic Scheimpflug Analyzer based non-contact tonometry (Corvis ST, Oculus, Wetzlar, Germany) and is approved for in vivo applications. An ultra-high speed Scheimpflug camera records the complete corneal deformation after applying an air-puff. Due to external air pressure, the cornea passes the 1st applanation, followed by a concave phase until highest concavity and afterwards 2nd applanation until it recovers to its initial physiological state. Several dynamic corneal response (DCR) parameters are derived from these measurements. Some of these DCR parameters show clinical relevance: The bIOP is a biomechanical corrected intraocular pressure (IOP) whose value is adjusted by age, corneal thickness and several DCR parameters. Further, the deformation amplitude ratio at 2 mm (DAR2) represents the ratio between central und peripheral deformations. The integrated inverse radius (int. 1/R) is the sum of the reciprocal curvature during the concave phase (between 1st and 2nd applanation). The overall corneal stiffness is represented by stiffness parameter at 1st applanation (SP A1). Finally, the Corvis Biomechanical Index (CBI) is a screening parameter that separates healthy from keratoconic eyes. Based on literature research, typical mechanical parameters from engineering or material sciences cannot be applied to the cornea easily, due to anisotropic, non-linear and visco-elastic properties of the cornea. Hence, it is not possible to determine a consistent value for Young’s modulus; instead, it can be seen as a function of strain. The measurement of biomechanical properties of the cornea are mainly influenced by IOP and corneal thickness. In this thesis, these and other factors were investigated to evaluate the impact on DCR parameters. During the experiment with porcine eyes, it has been found that the higher the induced IOP is, the less deformable the cornea behaves against the applied air puff, even though the material properties are not altered. While increasing the IOP, Corvis ST measurements were performed at each 5 mmHg steps. Among other findings, observations show decreased values for DAR2 and int. 1/R as well as increased values for SP A1. As a direct consequence, IOP conformity is taken into account for further investigations. In addition, clinical investigations also showed corneal thickness and age as influencing factors on the DCR parameter in healthy subjects. A higher corneal thickness is associated with a stiffer biomechanical behavior (lower DAR2 and int. 1/R, higher SP A1) than thinner corneas in healthy eyes. Furthermore, it could be found that age has a stiffening effect on the cornea (higher SP A1). Repeatability and reproducibility were investigated experimentally and clinically. Certain DCR parameters were repeatable in porcine eyes and keratoconic eyes. Therefore, it can be concluded that these measurements are reliable and can be used for longitudinal observations. The Ocular Response Analyzer (ORA, Reichert Technologies, Buffalo, NY, USA) is another clinical device to measure biomechanical properties of the cornea based on non-contact tonometry. Main parameters are corneal hysteresis (CH) and corneal resistance factor (CRF). However, CH and CRF are not associated with corneal stiffness because it reflects corneal visco-elastic properties due to the integration of pressure values of inward and outward movement in its calculations. In contrast, DCR parameters of Corvis ST describe corneal behavior of inward and outward movement separately. Parameters of inward movement are associated with the elastic component and thus to corneal stiffness. The investigations in healthy and keratoconic eyes have shown that CBI is the best parameter separating between these cohorts. Furthermore, DAR2, int. 1/R and SP A1 show higher values for sensitivity and specificity in differentiating healthy from keratoconus as CH and partly CRF. Regarding the severity of keratoconus, some DCR parameters are different between several stages. As a result, a classification model to predict the severity of keratoconus had been developed based on Machine learning algorithms. The prediction of healthy, early and advanced cases shows good sensitivity and specificity whereas mild cases show moderate accuracy. In this thesis, corneal biomechanical alterations after cross-linking (CXL) in progressive keratoconus are evaluated. Before the clinical study, porcine eyes were investigated ex vivo to evaluate the efficacy of CXL using common surgical protocols. These eyes were measured by Corvis ST and afterwards by stress-strain measurement (extensometry). In conclusion, a higher IOP, a higher SP A1 and a lower int. 1/R observed by Corvis ST after CXL can be associated with an increased corneal stiffness, measured by extensometry. In vivo, alterations in the same manner of bIOP and int. 1/R were observed one months after CXL and partly up to one year. However, it can be assumed that the biomechanical effect can be measured preferably in short-term follow-up. Hence, the Dynamic Scheimpflug Analyzer can be seen as a useful device to measure in vivo biomechanical properties of the cornea. Pre-operative examination in refractive surgery or early diagnosis of keratoconus can notably be improved by corneal biomechanical information. There is a certain relationship between DCR parameters and IOP as well as corneal thickness. In the future research, computer-aided data analysis of raw data from Corvis ST can help to determine advanced material properties of the cornea independently from its thickness and IOP. The investigation of e.g. glaucoma patients could be a further important application.:Vorwort IV Inhaltsverzeichnis VI Abbildungs- und Tabellenverzeichnis IX Abkürzungsverzeichnis XV 1 Einleitung 1 2 Wissenschaftlicher Hintergrund 2 2.1 Das Auge 2 2.2 Kornea – die Hornhaut des menschlichen Auges 3 2.2.1 Struktur und Eigenschaften des Hornhautstromas 8 2.2.2 Zelluläre Abnormitäten der Hornhaut bei Keratektasien 12 2.2.3 Strukturelle Veränderungen der Hornhaut bei okulären und systemischen Erkrankungen 14 2.3 Keratokonus 17 2.3.1 Inzidenz und Prävalenz 17 2.3.2 Risikofaktoren 18 2.3.3 Diagnose und klinische Zeichen 19 2.3.4 Behandlungsoptionen 25 2.4 Methoden zur Bestimmung von (bio-)mechanischer Eigenschaften 29 2.4.1 Übertragung mechanischer Kenngrößen auf Biomaterialien 29 2.4.2 Zusammenhang zwischen den chemischen, strukturellen Eigenschaften und der Biomechanik der Hornhaut 33 2.4.3 Bestimmung der Biomechanik der Hornhaut ex vivo 33 2.4.4 Bestimmung der Biomechanik der Hornhaut in vivo 37 2.4.5 Computer gestützte Modellierung von biomechanischen Modellen und Ektasien 43 2.5 Aktueller Stand der Forschung 46 2.5.1 Ocular Response Analyzer 46 2.5.2 Corvis ST 50 2.6 Fragestellungen und Hypothesen 53 3 Material und Methoden 54 3.1 Messgeräte 54 3.1.1 Ocular Response Analyzer 54 3.1.2 Corvis ST - Corneal Visualization Scheimpflug Technology 56 3.1.3 Scheimpflug-basierte Topografie und Tomografie 62 3.2 Experimentelle Untersuchungen 62 3.2.1 Beurteilung von Einflussfaktoren auf die DCR Parameter am Schweineauge 63 3.2.2 Beurteilung biomechanischer Änderungen nach kornealem Cross-Linking anhand von Schweineaugen 65 3.2.3 Statistische Auswertung der experimentellen Untersuchungen 69 3.3 Klinische Untersuchung 70 3.3.1 Normwerte von gesunden Probanden und Einflussfaktoren auf Messparameter des Corvis ST und ORA 70 3.3.2 Evaluierung biomechanischer Parameter anhand von gesunden Probanden und Keratokonus-Patienten – Eine Fall-Kontroll-Untersuchung 71 3.3.3 Klassifizierung der DCR Parameter anhand des Keratokonus-Schweregrades 73 3.3.4 Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit der DCR Parameter anhand von Keratokonus-Patienten 75 3.3.5 Beurteilung biomechanischer Änderungen nach kornealem Cross-Linking 77 4 Ergebnisse 78 4.1 Experimentelle Untersuchungen 78 4.1.1 Beurteilung von Einflussfaktoren auf die DCR Parameter am Schweine-auge 78 4.1.2 Beurteilung biomechanischer Änderungen nach kornealem Cross-Linking anhand von Schweineaugen 83 4.2 Klinische Untersuchungen 88 4.2.1 Normwerte von gesunden Probanden und Einflussfaktoren auf Messparameter des Corvis ST und ORA 88 4.2.2 Evaluierung biomechanischer Parameter anhand von gesunden Probanden und Keratokonus-Patienten – Eine Fall-Kontroll-Untersuchung 101 4.2.3 Klassifizierung der DCR Parameter anhand des Keratokonus-Schweregrades 107 4.2.4 Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit der DCR Parameter anhand von Keratokonus-Patienten 112 4.2.5 Beurteilung biomechanischer Änderungen nach kornealem Cross-Linking 118 5 Diskussion 121 5.1 Experimentelle Untersuchungen 121 5.1.1 Beurteilung von Einflussfaktoren auf die DCR Parameter am Schweine-auge 121 5.1.2 Beurteilung biomechanischer Änderungen nach kornealem Cross-Linking ex vivo und in vivo 123 5.2 Klinische Untersuchungen 129 5.2.1 Normwerte von gesunden Probanden und Einflussfaktoren auf Messparameter des Corvis ST und ORA 129 5.2.2 Evaluierung und Differenzierung gesunder Probanden und Keratokonus-Patienten hinsichtlich biomechanischer Parameter – Eine Fall-Kontroll-Untersuchung 134 5.2.3 Klassifizierung der DCR Parameter anhand des Keratokonus-Schweregrades 140 5.2.4 Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit der DCR Parameter anhand von Keratokonus-Patienten 142 6 Zusammenfassung 145 7 Summary 148 Literaturverzeichnis 151 Stichwortverzeichnis 166 Anhang 168 Danksagung 187 Anlage 1 Erklärung zur Eröffnung des Promotionsverfahrens 188 Anlage 2 Erklärung zur Einhaltung aktueller gesetzlicher Vorgaben 189 Anlage 3 Angabe zu Bildrechten 190 Anlage 4 Kennzeichnung des Eigenanteils bereits veröffentlichter Publikationen 195

Deutschsprachige Zusammenfassung Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Dr. med. Titel: Mögliche Korrelation zwischen dem Stadium der altersabhängigen Makuladegeneration und der zentralen Hornhautdicke eingereicht von: Christian Koch angefertigt an der: Klinik und Poliklinik für Augenheilkunde Universität Leipzig betreut von: Professor Dr. med. Peter Wiedemann Klinik und Poliklinik für Augenheilkunde Universität Leipzig Monat und Jahr: Juni 2015 Annahme: Es soll ein statistischer Zusammenhang zwischen der zentralen Hornhautdicke in der Pupillenmitte mit dem nicht exsudativen frühen Stadium der AMD, dem exsudativen späten Stadium der AMD und einer Kontrollgruppe überprüft werden. Methodik: Die erste Studiengruppe stellten 48 Augen von 48 Patienten mit einer Form der frühen AMD dar (Durchschnittsalter 75,4 Jahre, 70,8% der Probanden waren Frauen). Die zweite Studiengruppe bildeten 49 Augen von 49 Patienten mit einer Form der späten AMD (Durchschnittsalter 79,8 Jahre, 59,2% der Probanden waren Frauen). Als Kontrollgruppe wurden 49 Augen von 49 Individuen ohne retinale oder korneale Erkrankungen genutzt (Durchschnittsalter 68,9 Jahre, 59,2% der Probanden waren Frauen). Die Vermessung der Hornhautdicke in Pupillenmitte im Sinne der Hornhautmittendicke erfolgte als Pachymetrie mit der Oculus Pentacam. Ergebnisse: Die durchschnittliche zentrale Hornhautdicke betrug bei der Kontrollgruppe 552,76 μm (SD 36,27 μm), bei der nicht exsudativen Gruppe 552,19 μm (SD 31,27 μm) und bei der exsudativen Gruppe 553,73 μm (SD 33,11 μm). Die Extrempunkte der Kontrollgruppe lagen bei 483 und 640 μm, der Gruppe der nicht exsudativen AMD bei 480 und 617 μm und Minimum und Maximum der exsudativen Gruppe bei 473 und 617 μm. Es gab keine statistisch signifikanten Unterschiede im arithmetischen Mittel der zentralen Hornhautdicke in Pupillenmitte bei der Studiengruppe mit früher AMD im Vergleich mit der Studiengruppe mit später AMD und jeweils im Vergleich zur Kontrollgruppe (P > 0,05). Schlussfolgerung: Die Messwerte der zentralen Hornhautdicke bei Patienten mit früher AMD, später AMD und Kontrollindividuen unterscheiden sich nicht. Die Erhebung der Hornhautmittendicke bietet somit keine Screeningmöglichkeit zur Erkennung einer AMD. / English Abstract Central corneal thickness in patients with AMD Koch, C.; Jochmann, C.; Wiedemann, P. University of Leipzig, Department of Ophthalmology and Eye Hospital, Leipzig, Germany Purpose: To evaluate central corneal thickness in patients with AMD in the early and late phase and a control group. Method: The first study group was made up of 48 eyes of 48 patients with early AMD (mean age 75.4 years, 70.8 % women), the second study group was made up of 49 eyes of 49 patients with late AMD (mean age 79.8 years, 59.2 % women). 49 eyes of 49 individuals without any retinal or corneal damage (mean age 68.9 years, 59.2 % women) were used as control group. The central corneal thickness was measured with the Oculus Pentacam pachymetry. Results: The mean central corneal thickness in early non-exudative AMD group was found to be 552.19 μm (SD 31.27 μm), while the mean central corneal thickness in the late exudative AMD group was measured as 553.73 μm (SD 33.11 μm). The control group had a mean central corneal thickness of 552.76 μm (SD 36.27 μm). There were no statistically significant differences in the mean central corneal thickness in the early non-exudative AMD group in comparison with the late exudative AMD group and each of them compared to the control group (P > 0,05). Conclusion: The central corneal thickness measurements do not differ in patients with early non-exudative AMD, late exudative AMD and control subjects.

Background: A mouse model of combined UVA/riboflavin irradiation to eliminate stromal cells and other antigen-presenting cells in the cornea provides the basis for a probably low risk of corneal transplantation. Methods: After abrasion of the epithelium, the central corneas of mouse eyes were treated with UVA/riboflavin in vitro. Histological studies of hematoxylin-eosin and immunohistochemical staining with caspase 3 were performed. Dissected mouse corneas were analyzed by Western blot. Results: Apoptotic cells were shown on the central corneal stroma; a cell-free zone was displayed in the cornea. Numbers of dead cells increased according to cultivation time. However, the endothelium survived due to the adjustment of the irradiation dose. Conclusions: A cell-free zone in the stroma of the mouse cornea was produced by UVA/riboflavin irradiation in vitro. The technique makes possible to prevent or reduce immunological reactions and the risk of graft rejection by pretreatment of the donor cornea, ultimately prolonging graft survival. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Deutschsprachige Zusammenfassung Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Dr. med. Titel: Mögliche Korrelation zwischen dem Stadium der altersabhängigen Makuladegeneration und der zentralen Hornhautdicke eingereicht von: Christian Koch angefertigt an der: Klinik und Poliklinik für Augenheilkunde Universität Leipzig betreut von: Professor Dr. med. Peter Wiedemann Klinik und Poliklinik für Augenheilkunde Universität Leipzig Monat und Jahr: Juni 2015 Annahme: Es soll ein statistischer Zusammenhang zwischen der zentralen Hornhautdicke in der Pupillenmitte mit dem nicht exsudativen frühen Stadium der AMD, dem exsudativen späten Stadium der AMD und einer Kontrollgruppe überprüft werden. Methodik: Die erste Studiengruppe stellten 48 Augen von 48 Patienten mit einer Form der frühen AMD dar (Durchschnittsalter 75,4 Jahre, 70,8% der Probanden waren Frauen). Die zweite Studiengruppe bildeten 49 Augen von 49 Patienten mit einer Form der späten AMD (Durchschnittsalter 79,8 Jahre, 59,2% der Probanden waren Frauen). Als Kontrollgruppe wurden 49 Augen von 49 Individuen ohne retinale oder korneale Erkrankungen genutzt (Durchschnittsalter 68,9 Jahre, 59,2% der Probanden waren Frauen). Die Vermessung der Hornhautdicke in Pupillenmitte im Sinne der Hornhautmittendicke erfolgte als Pachymetrie mit der Oculus Pentacam. Ergebnisse: Die durchschnittliche zentrale Hornhautdicke betrug bei der Kontrollgruppe 552,76 μm (SD 36,27 μm), bei der nicht exsudativen Gruppe 552,19 μm (SD 31,27 μm) und bei der exsudativen Gruppe 553,73 μm (SD 33,11 μm). Die Extrempunkte der Kontrollgruppe lagen bei 483 und 640 μm, der Gruppe der nicht exsudativen AMD bei 480 und 617 μm und Minimum und Maximum der exsudativen Gruppe bei 473 und 617 μm. Es gab keine statistisch signifikanten Unterschiede im arithmetischen Mittel der zentralen Hornhautdicke in Pupillenmitte bei der Studiengruppe mit früher AMD im Vergleich mit der Studiengruppe mit später AMD und jeweils im Vergleich zur Kontrollgruppe (P > 0,05). Schlussfolgerung: Die Messwerte der zentralen Hornhautdicke bei Patienten mit früher AMD, später AMD und Kontrollindividuen unterscheiden sich nicht. Die Erhebung der Hornhautmittendicke bietet somit keine Screeningmöglichkeit zur Erkennung einer AMD. / English Abstract Central corneal thickness in patients with AMD Koch, C.; Jochmann, C.; Wiedemann, P. University of Leipzig, Department of Ophthalmology and Eye Hospital, Leipzig, Germany Purpose: To evaluate central corneal thickness in patients with AMD in the early and late phase and a control group. Method: The first study group was made up of 48 eyes of 48 patients with early AMD (mean age 75.4 years, 70.8 % women), the second study group was made up of 49 eyes of 49 patients with late AMD (mean age 79.8 years, 59.2 % women). 49 eyes of 49 individuals without any retinal or corneal damage (mean age 68.9 years, 59.2 % women) were used as control group. The central corneal thickness was measured with the Oculus Pentacam pachymetry. Results: The mean central corneal thickness in early non-exudative AMD group was found to be 552.19 μm (SD 31.27 μm), while the mean central corneal thickness in the late exudative AMD group was measured as 553.73 μm (SD 33.11 μm). The control group had a mean central corneal thickness of 552.76 μm (SD 36.27 μm). There were no statistically significant differences in the mean central corneal thickness in the early non-exudative AMD group in comparison with the late exudative AMD group and each of them compared to the control group (P > 0,05). Conclusion: The central corneal thickness measurements do not differ in patients with early non-exudative AMD, late exudative AMD and control subjects.