Background: Information about corneal biomechanics is crucial for achieving satisfactory outcomes after surgical corneal interventions, e.g., for astigmatic keratotomies, but also to identify corneas that are at risk for postoperative complications such as corneal ectasia. Hitherto, approaches to characterize corneal biomechanics in an in vivo setting have yielded only minor success, demonstrating the unmet medical need for a diagnostic technique to measure ocular biomechanics.
Objective: This review shall explain the mechanism of Brillouin spectroscopy and summarize the current scientific knowledge for ocular tissue.
Methods: PubMed research of relevant experimental and clinical publications, as well as reporting of own experience using Brillouin spectroscopy.
Results: Brillouin spectroscopy can measure different biomechanical moduli with a high spatial resolution. Currently, available devices are able to detect focal corneal weakening, e.g., in keratoconus, as well as stiffening after corneal cross-linking. Also, the mechanical properties of the crystalline can be measured. Corneal anisotropy and hydration, together with the dependence on the angle of the incident laser beam in Brillouin spectroscopy, are challenges in the precise interpretation of measured data. A clear advantage in the detection of subclinical keratoconus compared to corneal tomography, however, has not been shown yet.
Conclusion: Brillouin spectroscopy is a technique to characterize biomechanical properties of ocular tissue in vivo. Published results confirm ex vivo data of ocular biomechanics; however, further improvements in the acquisition and interpretation of measured data are required until this technique can be used in a clinically viable setting.
Hintergrund: Die korneale Biomechanik hat einen erheblichen Einfluss auf das Ergebnis von hornhautchirurgischen Eingriffen, wie astigmatische Keratotomien, und kann Ursache für Komplikationen, wie z. B. einer iatrogenen Keratektasie, sein. Bisherige Ansätze, die korneale Biomechanik und Spannungsverteilung in vivo zu bestimmen, um Komplikationen zu vermeiden und Operationsergebnisse besser vorherzusagen, waren nicht erfolgreich.
Ziel der arbeit: In dieser Übersichtsarbeit soll die Funktionsweise der Brillouin-Spektroskopie erläutert und der gegenwärtige wissenschaftliche Stand der Technik für den Einsatz in der Ophthalmologie dargelegt werden.
Methoden: PubMed-Recherche relevanter experimenteller und klinischer Arbeiten sowie eigene Erfahrungen mit der Brillouin-Spektroskopie.
Ergebnisse: Die Brillouin-Spektroskopie kann verschiedene biomechanische Moduli von okulären Geweben mit einer hohen räumlichen Auflösung bestimmen. Mit den derzeit verfügbaren Geräten können an der Hornhaut fokale Schwächungen (Keratokonus) ebenso wie Versteifungen (nach Crosslinking) identifiziert werden. Auch die biomechanischen Eigenschaften der Linse können gemessen werden. Die Anisotropie und Hydratation der Kornea ebenso wie die Winkelabhängigkeit des Laserstrahls während der Brillouin-Messung erschweren jedoch die Interpretation der gemessenen Daten erheblich. Eine klare Überlegenheit in der Früherkennung von Keratektasien gegenüber der kornealen Tomografie konnte bisher noch nicht gezeigt werden.
Schlussfolgerung: Die Brillouin-Spektroskopie ist eine neue Technik zur biomechanischen In-vivo-Charakterisierung von okulären Geweben, welche die bisherige diagnostische Lücke schließen kann. Publizierte Ergebnisse sind vielsprechend, bis zum Einsatz im klinischen Alltag sind jedoch Verbesserungen der Messtechnik erforderlich, insbesondere hinsichtlich der kornealen Anisotropie.
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