Supersyn

###vp37508-3###

Inden for det seneste år er emnet »supersyn« flere gange blevet omtalt i medierne, hver gang med en optimistisk forventning til den teknologiske formåen. Begrebet er relateret til opnåelse af supernormal synsstyrke (visus) og bedre kontrastfølsomhed via en hel eller delvis fjernelse af de såkaldte højere ordens aberrationer fra øjets biologiske optik. Hvor store forbedringer, der skal til for at tale om »supersyn«, er ikke klart defineret. Imidlertid er øjets aberrationer ikke konstante, men varierer kontinuerligt og dynamisk over tid med funktionstilstanden af de optiske delkomponenter, herunder blandt andet tårefilmstykkelsen, pupilstørrelsen og linsens akkommodationsgrad. Hertil kommer en række neuronale begrænsninger i perceptionen af eventuelle aberrationsfrie synsstimuli. Den eksisterende litteratur på området giver da heller ikke videnskabeligt belæg for snarlig opnåelse af »supersyn«. De foreløbige kliniske resultater er relativt beskedne, så der er god grund til at nedtone forventningerne; »supersyn« venter ikke lige om hjørnet.

Korrektion af øjets simple brydnings- og bygningsfejl (myopi, hypermetropi og regelmæssig astigmatisme) har været en af det 20. århundredes store landvindinger. Foruden de traditionelle behandlingstilbud i form af briller og kontaktlinser findes i dag en række etablerede refraktionskirurgiske alternativer, hvor specielt excimer-laserbehandling af hornhinden for tiden er den fremherskende teknik (1). Fælles for disse behandlingsformer er, at øjets optik betragtes som et sfærocylindrisk system, der kan beskrives ved hjælp af tre parametre: sfære, cylinder og akse (lavere ordens aberrationer). Med en sfærocylindrisk korrektion opnår de fleste personer med refraktionsanomalier en synsstyrke (visus) på 1,0 (svarende til 6/6 på Snellens synstavle), hvilket svarer til det fysiologiske visus hos normale (emmetrope) individer. De fleste personer uden behov for sfærocylindrisk korrektion er dog reelt kun formodede emmetrope. Således vil en optimering af små sfærocylinderiske fejl hos disse individer ofte give en visusforbedring på gennemsnitlig én Snellen-linie; svarende til at man nu kan se på otte meters afstand, hvad man før kunne se på seks meters afstand.

Anatomiske studier af nethindens mosaik af fotoreceptorer viser imidlertid, at grænsen for menneskets synsstyrke burde ligge i størrelsesordenen 2,0 til 3,0 med stor interindividuel variation (2). Fotoreceptorerne har således en væsentlig større tæthed end svarende til det normale visus, hvorfor nethinden synes at have et uudnyttet synspotentiale. Forklaringen herpå er, at øjets biologiske optik langtfra er perfekt, selv hos emmetrope. Det optiske system indeholder fra naturens side en række uregelmæssigheder, som bryder lyset i varierende grad, afhængigt af strålernes individuelle passage gennem øjet. Resultatet af dette er såkaldte højere ordens aberrationer. Disse er formentlig unikke for det enkelte individ og medfører en relativ sløring af det fokuserede billede, idet parallelle lysstråler fra et givet objekt rammer nethinden som en uregelmæssig »bølgefront«. Øjets relativt dårlige optik synes altså at være den begrænsende faktor for synsevnen.

Ny teknologi

Den teknologiske udvikling har givet liv til tanken om at eliminere alle øjets aberrationer og skabe et supranormalt visus (supersyn), som kun er begrænset af fotoreceptorernes tæthed. Hvem vil ikke gerne kunne se skarpere og med bedre kontrast på den dobbelte afstand? Ideen er velkendt inden for astronomien, hvor jordbaserede teleskoper leverer langt skarpere billeder af stjerner og planeter, når der korrigeres for aberrationer opstået i jordens atmosfære (3). Den teoretiske baggrund har dog sin primære oprindelse i 1970'- ernes og 1980'ernes militære spionsatellit og antimissilforskning. Baseret på bl.a. disse erfaringer er der i de senere år udviklet automatiserede måleinstrumenter, såkaldte aberrometre, til præcis karakterisering af lysets bølgefront ved passage gennem øjets optik (Fig. 1 ). Princippet er enkelt og består i projektion af en tynd (monokromatisk) lysstråle mod nethinden med efterfølgende opsamling af det reflekterede lys på en plade bestående af flere hundrede mikrolinser placeret over pupilåbningen. Retningen af lyset i den enkelte mikrolinse er et direkte udtryk for aberrationen i det givne punkt. Den perfekte aberrationsfri optik vil således have en helt plan bølgefront med parallelle lysstråler og et symmetrisk punktmønster, hvorimod højere ordens aberrationer vil inducere en ujævn bølgefront og dermed et uregelmæssigt punktmønster (Fig. 2 ). Fordelingen af punkter er et direkte udtryk for øjets aberrationer og giver en slags optisk »fingeraftryk«, som principielt kan danne basis for en neutraliserende korrektion. Der er herved skabt en potentiel mulighed for at tilbyde befolkningen (både emmetrope og ametrope) en helt eller delvist aberrationsfri refraktiv korrektion (Fig. 3 ). En række hindringer er dog i vejen.

Højere ordens aberrationer

Et væsentligt problem synes at være, at øjets højere ordens aberrationer ikke er konstante, men varierer tidsmæssigt både med funktionstilstanden og den biologiske alder af flere af de enkelte delkomponenter i øjets optiske system: tårefilmen, hornhinden, pupillen og linsen.

Startende udefra udgør overgangen fra luft til tårefilm den væsentligste refraktive flade med ansvar for ca. 70% af øjets samlede brydningsstyrke. Tårefilmens gennemsnitlige form bestemmes af den underliggende hornhinde, men tykkelsen på filmen varierer. Lige efter et blink har tårefilmen en forholdsvis ensartet tykkelse på ca. 10 mm med topografiske variationer i størrelsesordenen 0,5 mm. Men mellem de enkelte blink (og især ved nedsat blinkfrekvens) kan der opstå relativt store fluktuationer i tårefilmstykkelsen på op til 5 mm på grund af fordampning og bevægelse. Dette skaber kvantitative og kvalitative ændringer i øjets aberrationsmønster, som varierer mellem individer og mellem de enkelte blink (4). Effekten vil yderligere være forstærket hos personer med abnormiteter i tårefilmen, herunder våde og tørre øjne.

Den næste komponent i øjets optik udgøres af hornhinden, som fra naturens side ikke er nogen perfekt optisk brydende flade. Derimod indeholder hornhindens for- og bagflade en række uregelmæssigheder, som er væsentlige kilder til højere ordens aberrationer. Hvorledes disse uregelmæssigheder varierer tidsmæssigt, er endnu ikke fuldt belyst. Blandt yngre individer er uregelmæssigheder i hornhinden kvantitativt den vigtigste kilde til aberrationer i øjets samlede optiske system. Derimod bevirker fysiologiske aldersforandringer, at linsen er den væsentligste aberrationskilde blandt ældre personer. Et interessant biologisk forhold er imidlertid, at hornhinden (især hos yngre individer) i mange tilfælde delvist kompenserer for aberrationer opstået i linsen (eller omvendt) (5). En eventuel aberrationskorrektion bør derfor baseres på øjets samlede optik og ikke på delelementer, herunder hornhindens overfladetopografi.

En tredje betydende komponent er pupillen, der via sin egenskab som optisk blænde er i stand til at inddrage varierende områder af den perifere optik. Da øjets optiske system generelt har flest højere ordens aberrationer i periferien, opstår der herved konstante fluktuationer i aberrationsmønsteret. Således forøges mængden af højere ordens aberrationer i det normale øje gennemsnitlig ca. ni gange ved en pupildilatation fra 4 til 7 mm (6, 7), hvilket ligger inden for pupillens fysiologiske arbejdsområde. Omvendt sætter meget små pupiller en væsentlig begrænsning for øjets synsstyrke på grund af såkaldt diffraktion fra pupilkanten. Det maksimale diffraktionsbegrænsede visus for et aberrationsfrit øje skønnes at være 0,5 ved en pupil på 1 mm, 1,0 ved 2 mm, 2,0 ved 4 mm og 3,0 ved en pupil på 6 mm (7). I dagslys og især i solskin sætter pupillen således en kraftig begrænsning for den maksimalt opnåelige synsstyrke.

En anden væsentlig aberrationskilde er øjets linse, som i forbindelse med akkommodation hele tiden undergår dynamiske formændringer. Parallelt hermed fluktuerer linsens aberrationsmønster både kvantitativt og kvalitativt i et personspecifikt mønster (8). Oftest er der færrest aberrationer i akkommoderet tilstand og flest i akkommodationshvile (9), men også i forbindelse med fiksation (fast akkommodationsgrad) ses mikrofluktuationer i aberrationsmønsteret. Endvidere ændres og øges linsens aberrationer livet igennem med en kvantitativ tredobling fra 30- til 60-års-alderen (5).

Sammenfattende må det konstateres, at øjets højere ordens aberrationer langt fra er stationære over tid. Derimod udviser de enkelte optiske delkomponenter flere af hinanden uafhængige, dynamiske aberrationssvingninger varierende tidsmæssigt fra sekunder til år. Dette besværliggør unægtelig bestræbelserne på at give en eksakt karakteristik af øjets aberrationsmønster og dermed muligheden for at kunne tilbyde en aberrationsfri refraktiv korrektion. Det ultimative korrigerende optiske system skal således være i stand til kontinuerligt og med kort reaktionstid at registrere øjets skiftende aberrationer og neutralisere dem med høj feedbackhastighed. Endnu er et sådant system ikke udviklet.

Scatter

Såfremt det bliver muligt at eliminere alle øjets refraktive aberrationer, vil billeddannelsen dog fortsat være forstyrret af den mere tilfældige, fremadrettede lysspredning, såkaldt scatter, som ses hos alle og opstår ved lysets normale passage gennem øjets optik. Mængden af scatter øges livet igennem og er særlig betydende hos personer med uklarheder i hornhinden, linsen (katarakt) eller glaslegemet. Forstyrrende scatter kan ikke reduceres ud fra viden om øjets refraktive aberrationer.

Neuronale begrænsninger

Men selv om øjet får en perfekt aberrations- og scatter- fri optik til rådighed, er det uvist, om synsstyrken vil øges væsentligt. Flere forhold gør sig gældende. For det første har nethindens fotoreceptorer forskellig sensitivitet over for retningen af det indkomne lys. Denne såkaldte Stiles-Crawford-effekt bevirker, at selv om det indkomne lys er aberrationsfrit, vil nethindens fulde synspotentiale (neuronale opløsningsevne) ikke blive udnyttet, såfremt nogle af fotoreceptorerne fra naturens side peger i en anden retning. Stiles-Crawford-effekten vil påvirke nogle personer mere end andre, idet der i den normale befolkning ses stor variation i fotoreceptorernes orientering (9, 10). Men selv en perfekt fotoreceptorstimulering vil ikke nødvendigvis bevirke et skarpere og mere kontrastrigt syn i et aberrationsfrit øje hos et voksent individ. Dette hænger sammen med, at nethinden og de centrale neuronale baner ikke tidligere har været udsat for superfysiologiske opløsnings- og kontrastniveauer og dermed muligvis er (refraktivt) amblyope over for sådanne stimuli. Hvis dette er tilfældet, skal en eventuel supersynskorrektion formentlig gives tidligt i barndommen for at have effekt.

Såfremt det menneskelige øje ikke vil udvise neuronale begrænsninger over for aberrationsfrie synsindtryk, hvorledes vil vi så opleve verden med et supernormalt visus? Først og fremmest vil vi være i stand til at genkende og adskille objekter på større afstande. Dette vil være en kærkommen egenskab, som de fleste vil sætte pris på. De enkelte objekter vil endvidere fremstå med væsentlig flere detaljer, større kontrast og skarpere kanter, hvilket umiddelbart lyder ønskværdigt. Dog vil visse sammensatte objekter fremstå med en mangfoldighed af unødvendige detaljer, som vil forstyrre helheden. Hvem ønsker fx at genkende de enkelte pixels på monitoren eller rastermønsteret i avisen? Også meget detaljerede kontinuerlige objekter vil skabe problemer, såfremt flere af de enkelte detaljer rammer samme fotoreceptor. Herved opstår såkaldt aliasing, hvor objektet vil opleves skarpt, men relativt grovkornet svarende til nethindens (begrænsede) tæthed af fotoreceptorer. I sådanne situationer vil de fleste nok foretrække at beholde en del af de naturlige aberrationer og det medfølgende, let slørede verdensbillede.

Kromatisk aberration

Et andet betydende forhold er, at de eksisterende aberrometre udmåler øjets højere ordens aberrationer ved hjælp af såkaldt monokromatisk lys, det vil sige ved én fast bølgelængde. Imidlertid består det synlige spektrum af (uendelig) mange bølgelængder, som brydes forskelligt. Dette forhold forhindrer en samtidig fokusering af alle synlige bølgelængder fra flerfarvede objekter. Når de lange bølgelængder (fx rødt lys) er i fokus, er de korte bølgelængder (fx blåt lys) ude af fokus og omvendt. Effekten er betydelig, idet brydningsstyrken inden for det synlige spektrum varierer ca. to dioptrier (9). Et flerfarvet objekt med stor kontrast ses derfor af nethinden med væsentlig lavere kontrast. Således skønnes en korrektion af øjets kromatiske aberration at kunne fordoble kontrasten af polykromatiske objekter. Omvendt vil en elimination af øjets højere ordens aberrationer ikke være i stand til at udnytte nethindens fulde synspotentiale, såfremt der ikke samtidig korrigeres for kromatisk aberration (9), hvilket synes særdeles vanskeligt i et biologisk optisk system.

Metoder og resultater

Deformerbar optik

I flere optiske laboratorier har man i de senere år været i stand til delvist at kompensere for øjets højere ordens aberrationer ved hjælp af deformerbar (adaptiv) optik (11). Princippet bygger på sammenkoblingen af et aberrometer med et spejl opbygget af ca. 100 små deformerbare enheder, hvorved man delvist kan konvertere øjets uregelmæssige bølgefront til en plan bølge bestående af parallelle lysstråler. Herved har man været i stand til at forøge øjets kontrastfølsomhed op til seks gange under visse statiske omstændigheder (ved fast akkommodationsgrad og pupilstørrelse mv.). Tilsvarende har man været i stand til at forbedre in vivo-visualisering af den retinale fotoreceptormosaik i det menneskelige øje (12). Herved er der potentielt skabt mulighed for at udvikle et aberrationsreducerende »superoftalmoskop«, som måler patientens aberrationer og delvist korrigerer for dem, hvilket principielt muliggør en bedre og tidligere diagnostik af fx retinale sygdomme og glaukom. Ikke kun patienten, men også øjenlægen, kan altså opnå en form for »supersyn« under visse laboratorieomstændigheder. Et væsentligt problem er dog fortsat, at enhver løsning baseret på specialfremstillet ekstern optik skal centreres og holdes yderst præcist foran øjet for at have effekt. Enhver bevægelse af enten øjet eller den korrigerende optik vil straks forstyrre billeddannelsen.

Refraktiv kirurgi

Inden for det seneste år er ideen om »supersyn« især blevet promoveret af producenterne af de såkaldte excimer-lasere, som i dag anvendes verden over til kirurgisk reduktion af nærsynethed (1). Princippet bygger på indslibning af en ny og aberrationsneutraliserende overfladeprofil på hornhinden via fjernelse af ganske små mængder væv (få my) i enkelte regioner. Et væsentligt problem med en sådan kirurgisk behandling (uanset specifik teknik) er dog fortsat hornhindens efterfølgende biologiske respons, som indeholder både biomekaniske og sårhelingsmæssige aspekter. Begge faktorer udviser stor interindividuel variation og tenderer til (i løbet af uger til måneder) at forandre de tilsigtede ændringer i hornhindens overfladeprofil og dermed det »gode« syn (13). Efter endt opheling opnås under alle omstændigheder en statisk ændring i aberrationsmønsteret, som ikke tager højde for øjets kontinuerlige og dynamiske aberrationssvingninger. De kliniske resultater af aberrometervejledt excimer-laserkirurgi er sparsomme og står ikke mål med emnets opmærksomhed i medierne. Endnu er ingen emmetrope blevet opereret. Hos enkelte myope beretter kasuistikker om visusforbedringer fra omkring 1,4 til op imod 2,0, hvilket svarer til én til to Snellen-linier (6). Derimod viser de første prospektive, randomiserede studier ikke markante synsmæssige forskelle mellem konventionel og aberrometervejledt excimer-laserbehandling af nærsynethed (14, 15).

Perspektiver

Fremkomsten af aberrometervejledt excimer-laserteknik åbner dog for nye potentielle behandlingsmuligheder hos en række patienter med forskellige øjensygdomme. Således vil en kortlægning af øjets samlede aberrationsmønster være en vigtig information for optimal behandling af patienter med store uregelmæssige astigmatismer (fx efter øjentraume eller hornhindetransplantation), som i dag behandles ud fra hornhindetopografisk viden (16). Også patienter med et »naturligt« optrædende misforhold mellem lejringen af øjets optiske komponenter vil kunne få gavn af teknikken, ligesom patienter med decentreret intraokulær linse efter kataraktoperation. Yderligere vil den nye aberrometervejledte excimer-laserteknik kunne bruges til at afhjælpe nattesynsproblemer hos patienter opereret med konventionel teknik. Det har således vist sig, at de gængse behandlingsmetoder for nærsynethed, astigmatisme og specielt langsynethed forøger mængden af højere ordens aberrationer noget over det naturlige niveau - specielt ved store pupilstørrelser, som det ses om natten (7, 17). Den nye teknik åbner mulighed for at opmåle og reducere sådanne problemer.

Endnu har vi kun set begyndelsen på den nye aberrometervejledte refraktionskirurgiske æra. Mange væsentlige spørgsmål er uafklarede, hvorfor der er et stort behov for forskning på området. Det er dog stadig tvivlsomt, om excimer-laserkirurgien nogensinde bliver i stand til at producere de nødvendige delikate ændringer i hornhindens overfladeprofil, så længe der ikke er udviklet en bedre terapeutisk kontrol over hornhindens sårhelingsrespons. Også på dette felt er der behov for et forskningsmæssigt gennembrud.

Torben Møller-Pedersen, øjenafdelingen, Århus Kommunehospital, Nørrebrogade 44, DK-8000 Århus C.

Antaget den 9. november 2001.

Århus Kommunehospital, øjenafdelingen.

Litteratur