Biometrische Studien am Pferdeauge ...uveitis (ERU) oder auch Mondblindheit genannt [3, 8]. Zu den Katarakt auslösenden Faktoren Einleitung 8 gehören weiterhin systemische oder metabolische

Cuvillier Verlag GöttingenInternationaler wissenschaftlicher Fachverlag

Ulrike Meister

Biometrische Studien am Pferdeauge:

Ultraschalluntersuchung, Keratometrie und Retinoskopie

STIFTUNG TIERÄRZTLICHE HOCHSCHULE HANNOVER

Wissenschaftliche Reihe der Klinik für PferdeHerausgegeben von Karsten Feige, Peter Stadler,Harald Sieme, Bernhard Ohnesorge

42

Cuvillier Verlag GöttingenInternationaler wissenschaftlicher Fachverlag

Ulrike Meister

Biometrische Studien am Pferdeauge: Ultraschalluntersuchung, Keratometrie und Retinoskopie

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek

Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der

Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliographische Daten sind im Internet

über http://dnb.d-nb.de abrufbar.

1. Aufl. - Göttingen: Cuvillier, 2018

Zugl.: Hannover (TiHo), Univ., Diss., 201

© CUVILLIER VERLAG, Göttingen 2018

Nonnenstieg 8, 37075 Göttingen

Telefon: 0551-54724-0

Telefax: 0551-54724-21

www.cuvillier.de

Alle Rechte vorbehalten. Ohne ausdrückliche Genehmigung des Verlages ist

es nicht gestattet, das Buch oder Teile daraus auf fotomechanischem Weg

(Fotokopie, Mikrokopie) zu vervielfältigen.

1. Auflage, 2018

Gedruckt auf umweltfreundlichem, säurefreiem Papier aus nachhaltiger Forstwirtschaft.

ISBN 978-3-7369-9905-3

eISBN 978-3-7369-8905-4

8

Tierärztliche Hochschule Hannover

Biometrische Studien am Pferdeauge: Ultraschalluntersuchung, Keratometrie und Retinoskopie

INAUGURAL-DISSERTATION zur Erlangung des Grades einer Doktorin der Veterinärmedizin

- Doctor medicinae veterinariae - (Dr. med. vet.)

vorgelegt von Ulrike Meister

Querfurt

Hannover 2018

Wissenschaftliche Betreuung: Prof. Dr. Michael H. Boevé Klinik für Pferde Tierärztliche Hochschule Hannover Prof. Dr. Bernhard Ohnesorge Klinik für Pferde Tierärztliche Hochschule Hannover 1. Gutachter: Prof. Dr. Bernhard Ohnesorge Prof. Dr. Michael H. Boevé 2. Gutachter: Prof. Dr. Hermann Seifert Tag der mündlichen Prüfung: 06.11.2018

Meiner Familie

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung ............................................................................................................................. 7

2. Ergebnisse .......................................................................................................................... 10

2.1. Publikation I ................................................................................................................ 10

2.2. Publikation II ............................................................................................................... 18

3. Übergreifende Diskussion .................................................................................................. 28

3.1. Ultraschallgeschwindigkeit in Kammerwasser, Linse und

Glaskörperflüssigkeit enukleierter Pferdeaugen .............................................. 29

3.2. Retinoskopie ..................................................................................................... 32

3.3. Keratometrie ..................................................................................................... 33

3.4. Ultraschalllängenmessung ................................................................................ 35

3.5. IOL-Berechnung ............................................................................................... 36

4. Zusammenfassung .............................................................................................................. 38

5. Summary ............................................................................................................................ 40

6. Literaturverzeichnis ............................................................................................................ 42

7. Danksagung ........................................................................................................................ 46

Abkürzungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

IOL Intraokularlinsen ERU equine recurrent uveitis UV ultraviolett z. B. zum Beispiel v. a. vor allem l Länge der intraokularen Strukturen c Ultraschallgeschwindigkeit t Laufzeit P IOL-Stärke K Brechkraft der Hornhaut N Brechungsindex Hornhaut, Kammerwasser und Glaskörper r Hornhautradius T Temperatur C postoperative vordere Augenkammertiefe ACD vordere Augenkammertiefe L Axiallänge LT Linsendicke VBL Glaskörperlänge SRK-Formel Sanders-Retzlaff-Kraff-Formel A-Mode Amplitude Mode Scan B-Mode brightness modulation m/s Meter pro Sekunde mm Millimeter cm Zentimeter m Meter D Dioptrien MHz Megahertz °C Grad Celcius n Nummer CT Computertomographie MRT Magnetresonanztomographie LED lichtemittierende Diode SD Standardabweichung

Einleitung

7

1. Einleitung

Normales Sehen ist ein entscheidender Faktor für die Interaktion eines Organismus mit seiner

Umwelt. Für die meisten Tiere stellt der Verlust der Sehkraft eine wesentliche Behinderung

dar. Um sich vor Raubtieren zu schützen, hat sich das Sehvermögen von Pferden an die Er-

kennung von Bewegungen bei schlechten Lichtbedingungen angepasst [1]. Zudem ermögli-

chen die laterale Position der Augen am Pferdekopf und die horizontal elliptische Pupille dem

Pferd ein großes horizontales Sichtfeld von circa 350 Grad [2]. Ein gutes Sehvermögen ist

jedoch nicht nur für Wildpferde, sondern auch für die domestizierten Pferde, welche als Frei-

zeit-, Turnier-, Arbeits- oder Zuchtpferde genutzt werden, von größter Bedeutung [1]. In Ihrer

Sehkraft eingeschränkte Pferde sind wertgemindert, zum Teil gefährlich und prädisponiert für

Selbstverletzungen. Beidseitig erblindete Pferde werden häufig euthanasiert [3]. Beim Pferd

gilt als Hauptursache für eine Erblindung die Katarakt [4]. Als Katarakt oder grauer Star wird

jede Trübung der Augenlinse bezeichnet [5]. Die Transparenz der Linse wird durch verschie-

dene Faktoren gewährleistet. Dazu gehören: die geringe Zytoplasmadichte aufgrund des Feh-

lens von intrazellulären Organellen einschließlich des Zellkerns in den Linsenfasern, der ge-

ringe zytoplasmatische Brechungsindex sowie die streng ausgerichtete Gitteranordnung der

Linsenfasern. Kommt es zu Veränderungen im Linsenmetabolismus, wird die Linse trüb und

eine Katarakt entsteht. Solche Veränderungen werden durch Störungen im Proteingehalt der

Linse, an den metabolischen Pumpen, in der Ionenkonzentration und an der antioxidativen

Aktivität verursacht [6].

Katarakte können nach verschiedenen Kriterien eingeteilt werden: anatomische Lage in der

Linse, physikalische Erscheinung, mutmaßliche Ätiologie oder Entwicklungsstadium. Außer-

dem werden sie unterteilt in angeborene und erworbene Katarakte [1]. Beim Pferd sind 0,5-

5,3% aller angeborenen Defekte Augendefekte und davon sind 33,6%-35,5% Katarakte [3, 7].

Eine Vererbung konnte bei den Rassen Vollblut, Quarter Horse und Morgan Horse nachge-

wiesen werden [4]. Katarakte gelten als die häufigste Erkrankung der Linse und sollen bei

5%-7% aller Pferde mit „gesunden“ Augen vorkommen. Als häufigste Ursache für erworbene

bzw. sekundäre Katarakte bei Pferden gilt die Uveitis, z. B. in Form der equine recurrent

uveitis (ERU) oder auch Mondblindheit genannt [3, 8]. Zu den Katarakt auslösenden Faktoren

Einleitung

8

gehören weiterhin systemische oder metabolische Erkrankungen, UV- oder Mikrowellen-

strahlung bzw. einige Arzneimittel und Umweltgifte [1].

Therapie

Derzeit gibt es keine Medikamente, welche eine Therapie oder Prophylaxe von Katarakten

ermöglichen [3, 9]. Die Katarakt-Operation ist die einzige Therapie, welche die Sehfähigkeit

wieder herstellen kann [10]. Seit dem 18. Jahrhundert wird die chirurgische Behandlung von

Katarakten beschrieben. Damals wurde die erkrankte Linse mithilfe eines einer Lanzette ähn-

lichen Instruments in den Glaskörper geschoben. Beim Pferd wurden weitere Operationstech-

niken zur Entfernung der Linse entwickelt. Dazu gehören die Aspiration der weichen katar-

aktösen Linse von Fohlen, die intrakapsuläre Extraktion, die extrakapsuläre Extraktion und

die Phacoemulsifikation mit Aspiration. Letztgenannte setzte sich gegenüber den anderen

Techniken durch und ist heute eine bevorzugte und weit verbreitete Operationstechnik [1, 11].

Häufig werden die Pferde aphak (ohne Linse) gelassen, woraus eine starke Weitsichtigkeit

resultiert. Aphake Pferde haben im Durchschnitt eine Fehlsichtigkeit von +9,5 D [3]. Ver-

schiedene Studien zeigen, dass diese Pferde trotz ihrer Fehlsichtigkeit normales Verhalten

zeigen und in den verschiedenen Nutzungsrichtungen (z. B. Westernpferd, Freizeitpferd, Tur-

nierpferd) verwendet werden können. Jedoch werden aber auch visuelle Beeinträchtigungen

wie ein reduziertes Nachtsehen, eine verminderte Kontrastempfindlichkeit und eine erhöhte

Blendeempfindlichkeit festgestellt [12-15]. Um die Fehlsichtigkeit zu korrigieren, gibt es für

Pferde Intraokularlinsen (IOL) in zwei verschiedenen Stärken (14 D und 18 D). Beim Pferd

findet die Implantation von IOLs anders als bei Menschen, Hunden und Katzen noch nicht

routinemäßig statt und wird eher selten durchgeführt. In der humanen Augenheilkunde gibt es

eine große Auswahl an IOLs in verschiedenen Stärken und für jeden Patienten wird vor der

Kataraktoperation die individuell passende Linse ermittelt [16]. Beim Hund und bei der Katze

wurden biometrische und keratometrische Messungen vorgenommen und mit Hilfe theoreti-

scher Formeln konnten für diese Tierarten kommerziell erhältliche Standard-IOL entwickelt

werden [17, 18].

In der Humanmedizin wurden zur Berechnung der IOL-Stärke verschiedene Formeln entwi-

ckelt. Diese können in theoretische Formeln und empirische Regressionsformeln unterteilt

werden. Um mit Hilfe dieser Formeln den Brechwert einer IOL bestimmen zu können, benö-

Einleitung

9

tigt man Werte, welche durch keratometrische und biometrische Messungen ermittelt werden.

Die Kenntnis über die optischen Maße des Pferdeauges ist die Voraussetzung für die Bestim-

mung der IOL-Stärke beim Pferd. Die Messungen dafür müssen so genau wie möglich durch-

geführt werden. In früheren Studien [16, 19-21] wurden bei Pferden die verschiedenen Werte

(Hornhautradius bzw. Brechkraft der Hornhaut, Vorderkammertiefe, Linsendicke, Axiallänge)

ermittelt, jedoch wurden gerade bei der Ultraschallmessung Geräte verwendet, die auf das

humane Auge eingestellt waren. Für biometrische Messungen ist der A-Mode Ultraschall die

Methode der Wahl [22]. Die Länge der intraokularen Strukturen ergibt sich aus der Formel

l=ct, wobei l die Länge, c die Ultraschallgeschwindigkeit und t die Laufzeit des Ultraschalls

sind. Zu beachten ist jedoch, dass in den verschiedenen Geweben unterschiedliche Ultra-

schallgeschwindigkeiten vorherrschen. Beim Menschen betragen diese für Kammerwasser

und Glaskörper 1532 m/s und für gesundes Linsengewebe 1641 m/s [23]. In früheren Studien

[24-28] konnte festgestellt werden, dass die Ultraschallgeschwindigkeit im Linsengewebe bei

verschiedenen Tierarten und dem Menschen unterschiedlich ist.

Ziel dieser Studie ist es, die Ultraschallgeschwindigkeit in equinem Kammerwasser, Glaskör-

per und Linse zu bestimmen und den Einfluss von Alter, Temperatur, Geschlecht und Zeit

nach der Enukleation zu untersuchen. Entsprechende Umrechnungsfaktoren sollen berechnet

werden. In einem zweiten Teil sollen an gesunden Pferdeaugen die Refraktion mittels

Retinoskopie, die vordere Augenkammertiefe, die Linsendicke, die Glaskörperlänge und die

Axiallänge des Auges mit A-Mode Ultraschalluntersuchung unter Verwendung der ermittel-

ten Ultraschallgeschwindigkeiten für die verschiedenen Gewebe im Pferdeauge und die

Brechkraft der Hornhaut mit einem Videokeratometer bestimmt werden. Außerdem soll der

Einfluss von Rasse, Widerristhöhe, Geschlecht und Alter ermittelt und die Abhängigkeit der

Werte zwischen dem linken und rechten Auge untersucht werden. Die Werte sollen genutzt

werden, um mit Hilfe der Formeln nach Binkhorst und Retzlaff die Stärke von

Intraokularlinsen für Pferde zu bestimmen und diese mit Ergebnissen von IOL- Implantatio-

nen aus früheren Studien zu vergleichen.

Ergebnisse

10

2. Ergebnisse

2.1 Publikation I:

Evaluation of ultrasound velocity in enucleated equine aqueous humor, lens and vitreous

body

Published in: BMC Veterinary Research, 2014; 10:250

Received: 20 June 2014; Accepted: 6 October 2014;

published online: 14 October 2014

U. Meister, B. Ohnesorge, D. Körner, M.H. Boevé

Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover, Klinik für Pferde

Bünteweg 9, 30559 Hannover, Germany

Abstract:

Background: Sonographic ophthalmic examinations have become increasingly important in

veterinary medicine. If the velocity of ultrasound in ocular tissues is known, the A-mode ul-

trasound method may be used to determine the axial intraocular distances, such as anterior

chamber depth, lens thickness, axial length of the vitreous and axial globe length, which are

required for intraocular lens (IOL) power calculations. To the authors' knowledge, the veloci-

ty of ultrasound in the ocular tissues of the horse was not previously determined. In the pre-

sent study, 33 lenses, 29 samples of aqueous and 31 of vitreous from 35 healthy equine eyes

have been examined. The corresponding ultrasound velocities are reported in dependence of

age, temperature, gender and elapsed time after enucleation.

Results: The velocity of ultrasound at 36°C in equine aqueous, lens and vitreous are

1529±10 m/s, 1654±29 m/s and 1527±16 m/s respectively, and the corresponding conversion

factors are 0.998±0.007, 1.008±0.018 and 0.997±0.010. A linear increase of the speed of ul-

trasound with increasing temperature has been determined for aqueous and vitreous. No tem-

perature dependence was found for the speed of ultrasound in the lens. The ultrasound veloci-

Ergebnisse

11

ty did not significantly differ (95 %) on the basis of gender, age or time after enucleation dur-

ing the first 72 hours after death.

Conclusions: Compared to human eyes, the ultrasound velocity in equine lental tissue devi-

ates by one percent. Therefore, axial length measurements obtained with ultrasound velocities

for the human eye must be corrected using conversion factors. For the aqueous and vitreous,

deviations are below one percent and can be neglected in clinical settings.

Keywords: Equine eye, Ultrasound velocity, Intraocular lens, Aqueous humor, Vitreous body

This article is published under license to BioMed Central Ltd. This is an Open Access article

distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License

(http://creativecommons.org/licenses/by/4.0)

Ergebnisse

12

Evaluation of ultrasound velocity in enucleatedequine aqueous humor, lens and vitreous bodyUlrike Meister1*, Bernhard Ohnesorge1, Daniel Körner2 and Michael H Boevé1

Abstract

Background: Sonographic ophthalmic examinations have become increasingly important in veterinary medicine. Ifthe velocity of ultrasound in ocular tissues is known, the A-mode ultrasound method may be used to determinethe axial intraocular distances, such as anterior chamber depth, lens thickness, axial length of the vitreous and axialglobe length, which are required for intraocular lens (IOL) power calculations. To the authors' knowledge, the velocity ofultrasound in the ocular tissues of the horse was not previously determined. In the present study, 33 lenses, 29 samplesof aqueous and 31 of vitreous from 35 healthy equine eyes have been examined. The corresponding ultrasoundvelocities are reported in dependence of age, temperature, gender and elapsed time after enucleation.

Results: The velocity of ultrasound at 36°C in equine aqueous, lens and vitreous are 1529 ±10 m/s, 1654± 29 m/s and1527 ±16 m/s respectively, and the corresponding conversion factors are 0.998± 0.007, 1.008 ±0.018 and 0.997 ±0.010. Alinear increase of the speed of ultrasound with increasing temperature has been determined for aqueous and vitreous.No temperature dependence was found for the speed of ultrasound in the lens. The ultrasound velocity did notsignificantly differ (95%) on the basis of gender, age or time after enucleation during the first 72 hours after death.

Conclusions: Compared to human eyes, the ultrasound velocity in equine lental tissue deviates by one percent.Therefore, axial length measurements obtained with ultrasound velocities for the human eye must be correctedusing conversion factors. For the aqueous and vitreous, deviations are below one percent and can be neglectedin clinical settings.

Keywords: Equine eye, Ultrasound velocity, Intraocular lens, Aqueous humor, Vitreous body

BackgroundIn addition to a full ophthalmological examination,evaluation of the globe can be achieved by ultrasonog-raphy, which is used routinely in human medicine andhas become increasingly important in veterinary medi-cine. Ultrasonographic examination is particularly im-portant in the case of opacifications of the ocular media,e.g. by cataract. In veterinary ophthalmology, B-mode(brightness modulation) ultrasonography is used regu-larly. It provides a two-dimensional image that resemblesa cross-section of the examined tissue. A-mode (amplitudemodulation) ultrasound, e.g. for biometric measurements,is less commonly used. In human ophthalmology, theA-mode ultrasound is used before cataract surgery todetermine the required dioptic power of the artificial

intraocular lens (IOL) and to monitor the postoperativestate of the eye [1].Accurate knowledge of the axial intraocular distances

such as anterior chamber depth, lens thickness, axiallength of the vitreous and axial globe length is necessaryfor IOL power calculations and the transversal size ofthe lens is important for the choice of the proper IOLsize [2-4]. The method of choice is the biometric A-scan[5] which has previously been described for dogs [6],cats [7] and horses [8]. The intraocular distances (l) arecalculated by determination of the travel time (t) of anultrasonic wave with velocity (c) according to the for-mula l=ct. The majority of biometric studies of animaleyes are performed with an ultrasound machine that hasbeen calibrated for humans. The travel time measure-ment is converted internally to a length measurement lusing the known ultrasound velocity ch for the humaneye. However, the ultrasound velocity differs among speciesand the true length L is given by L = f ⋅ l and f = cs/ch, the

* Correspondence: [email protected] Tierärztliche Hochschule Hannover, Klinik für Pferde, Bünteweg 9,30559 Hannover, GermanyFull list of author information is available at the end of the article

© 2014 Meister et al.; licensee BioMed Central Ltd. This is an Open Access article distributed under the terms of the CreativeCommons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0), which permits unrestricted use, distribution, andreproduction in any medium, provided the original work is properly credited. The Creative Commons Public DomainDedication waiver (http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/) applies to the data made available in this article,unless otherwise stated.

Meister et al. BMC Veterinary Research 2014, 10:250http://www.biomedcentral.com/1746-6148/10/250

RESEARCH ARTICLE Open Access

Ergebnisse

13

conversion factor, where cs is the ultrasound velocity of theexamined species. It is therefore necessary to know theexact velocity of ultrasound propagation in the differentocular media for the species examined. In general, theultrasound velocity depends upon different factors, includ-ing the ultrasound frequency and the type and temperatureof the tissue examined.The ultrasound velocity through ocular tissues has

already been examined for humans and several animalspecies [2,9-15]. These studies indicate that the valuesfor the velocity of ultrasound in lental tissue differ con-siderably among species, whereas no difference for theaqueous and vitreous is reported. The axial lens thick-ness is an important factor for the calculation of diopticIOL power following the usual formulas of Retzlaff andBinkhorst and its accurate determination is, hence, veryimportant [16]. A deviation of 50 m/s for the speed ofultrasound in a human lens already leads to uncertaintypotential aberration of 0.5 D for the IOL power [17].Therefore, considering different species, it is generallyinsufficient to estimate the IOL power by simply usingthe ultrasound velocity of the human lental tissue. Theexact velocity for the horse should be used to achieveemmetropia in the eye. Visual soundness is very import-ant for the pleasure and performance horse. A visuallycompromised horse may show abnormal behaviour andthe rider faces an unpredictable, frightened animal [18].To the authors’ knowledge, the velocity of ultrasound

in the ocular tissue of the horse has not been examinedpreviously. The purpose of this study was to evaluate thevelocity of ultrasound in equine aqueous humor, lens andvitreous in relationship to the factors age, temperature,gender and elapsed time after enucleation. The corre-sponding conversion factors have been calculated and im-plications for clinical ophthalmology are discussed.

MethodsEquine eyes were obtained from several slaughterhouses.Post mortem, every globe was enucleated and macro-scopically examined. Afterwards the globes were imme-diately placed in a saline solution (0.9% Sodium chloride).All samples were cooled during transport. Only eyes with-out any signs of previous ophthalmic disease such as cata-ract or liquefaction of the vitreous body were examined.Depending on storage and the elapsed time after enucle-ation, the eyes were divided in three groups. Group Aconsists of 12 lenses, 10 samples of aqueous and 10 of vit-reous, and the ocular tissues were stored at 8°C and exam-ined within 12 hours after death. The eyes in group Bwere stored at 4°C and examined within 48 hours afterdeath. This group consists of 11 lenses, 13 samples ofaqueous and 12 of vitreous. Group C consists of eyes thatwere frozen at −18°C and examined within 72 hours afterdeath, which amounts to 10 lenses, 6 samples of aqueous

and 9 of vitreous. For some eyes, it was not possible toharvest enough aqueous or vitreous tissue for measure-ments. In addition, two lenses were damaged during thedissection process and excluded from the study.Prior to examination, all eyes were adjusted to room

temperature. In total, 35 healthy eyes were used for thisstudy, out of which 17 eyes were from female and 18from male horses. The age of the horses ranges from 6to 22 years.Preparation of the enucleated eyes started for group A

within 12 hours, for group B within 48 hours and forgroup C within 72 hours post mortem by obtaining sam-ples of the aqueous and vitreous, which were then storedin the sample-holders. The sclera was removed usingscissors and the cornea was carefully separated to pre-serve the lens. Any remaining zonular material and vit-reous was removed and the lens was placed in itsrespective sample holder. The examination of all oculartissues occurred using three specially crafted sampleholders, which consist of a copper frame to enable quickthermalisation and two Plexiglas plates, one of whichwas removable. The tissue sample was placed betweenthe Plexiglas plates. The sample holder for the lens,aqueous and vitreous had sizes of 10 mm, 7 mm and5 mm, respectively, in order to enable the tissue to be infull contact with the Plexiglas plates, thus securing aconnection of the ultrasound signal between sample andholder without trapped air. By using sample holders witha fixed extent, the thickness of the tissue to be examinedwas determined accurately. In particular, measurementerrors of the ultrasound velocity in the lens due to de-formation for the length measurement, e.g. by the use ofa manual calliper, could thus be avoided. The travel timeof the ultrasonic wave was measured using the impulse-echo method, which requires only a single transducerfor ultrasound emission and registration. The ultrasoundprobe was directly connected to the first Plexiglas plateof the sample holder and a part of the ultrasound signalwas transmitted through the sample (A-scan). Due tothe difference of the refractive index between the Plexi-glas and the sample, a clear signal could be assigned tothe reflected wave corresponding to the transition be-tween the first Plexiglas plate and the sample, as well asfor the transition from the sample to the second Plexi-glas plate. Therefore, a direct determination of the traveltime (t) of the ultrasonic wave through the sample ofthickness (d) was possible. Different setups for the meas-urement of the velocity of ultrasound such as the substi-tution technique or the double transmission techniquehave been described previously [9,10,19,20]. In the presentstudy the double transmission technique was used and thevelocity (c) is then provided by the formula c=2d/t.The speed of ultrasound depends on the frequency of

the ultrasound waves. For the present study, ultrasound

Meister et al. BMC Veterinary Research 2014, 10:250 Page 2 of 6http://www.biomedcentral.com/1746-6148/10/250

Ergebnisse

14

equipment with a frequency range of 1 to 4 MHz wasavailable. A 4 MHz transducer was used throughout. Inorder to obtain reference values, the ultrasound velocityfor distilled water was measured for each sample holderseparately and used to calibrate the experimental setup.Temperature-dependent changes in the velocity of

ultrasound were determined from 32°C to 40°C in 2°C in-crements by placing the sample holders in a temperature-controlled water bath. For each measurement, five minutesof temperature adjustment were given.For the velocities and conversion factors, the average

and the standard deviation from the respective data sub-sets have been calculated. All hypotheses are evaluatedusing an appropriate variant of Student's t-test using asignificance level of α=0.05. Regression curves are com-puted using the method of least squares and for linearregressions we give the value of Pearson's correlationcoefficient r, which is related to the coefficient of deter-mination R2 by R2=r2.

ResultsFigures 1, 2 and 3 show the ultrasound velocity in theequine aqueous, lens and vitreous depending on thetemperature for three separate sample groups that differin time after enucleation and storage. The mean velocityfor each tissue did not significantly depend (95%) on thetime after enucleation and storage.Hence, values for all sample groups have been averaged

and the values for the velocity of ultrasound throughaqueous, lens and vitreous at 36°C were 1529 ± 10 m/s,1654 ± 29 m/s and 1527 ± 16 m/s and the conversion fac-tors were 0.998 ± 0.007, 1.008 ± 0.018 and 0.997 ± 0.010.A linear regression curve was plotted for the data aver-

aged over all three sample groups. The result of this is

shown in Figure 4 and the value of the linear coefficient forlental tissue, which characterises the temperature depend-ence, is not significantly different from zero (95%). In con-trast, the velocity of ultrasound in aqueous and vitreousincreases significantly (95%) with increasing temperatureand this was confirmed by a linear correlation. The corre-sponding regression formulas are depicted in Figure 4and amounted to c(m/s) = (1.23 ± 0.13) ⋅T(°C) + (1485 ± 5)for the aqueous with correlation coefficient r=0.98 andc(m/s) = (2.63 ± 0.33) ⋅ T(°C) + (1430 ± 12) for the vitre-ous with correlation coefficient r=0.98. No significantdifference (95%) in the velocity of ultrasound betweenmale and female individuals could be demonstrated. The

Figure 1 Ultrasound velocity in the equine aqueous forthree separate sample groups is depicted depending onthe temperature.

Figure 2 Ultrasound velocity in the equine lens; The ultrasoundvelocity in the equine lens is depicted depending on thetemperature for three separate sample groups at differentelapsed times after enucleation and storage.

Figure 3 Ultrasound velocity in the equine vitreous is depicteddepending on the temperature for three separate samplegroups is shown.


Ergebnisse

15

temperature-averaged ultrasound velocity through thelens for horses of different ages is shown in Figure 5. Foreach data point, the deviation from the mean velocityis not significant (95%) and this result is consistentlyreflected by the low correlation coefficient r=0.36 for asimple linear correlation. Furthermore, we found thatthe ultrasound velocities through the aqueous and vit-reous do not significantly depend (95%) on the age ofthe horse.

DiscussionWe have calculated conversion factors for the threetypes of healthy equine ocular media, which are usefulto correct the calculations of axial intraocular distances

that are based on the speed of ultrasound in the humaneye. The speed of ultrasound in human aqueous, lensand vitreous at 37°C are 1532 m/s, 1641 m/s and1532 m/s respectively [21]. The corrections for aqueousand vitreous are on a sub-percent magnitude and it istherefore safe to neglect these in a clinical setting. Thecorrection for the equine lens, which is 1.008(18), is ona percent-level and in this respect closer to the humanlens than to the values that have been reported for pig,dog and rabbit lenses, which are 1.024, 1.040 and 1.055respectively [10].The present study shows that the speed of ultrasound

through the optical media of the equine eye does notchange during the first 72 hours after enucleation. In aprevious study in human eyes it was concluded thatthere is no measurable change in the velocity of ultra-sound in ocular media during the first few days afterdeath [9]. Another study concerning the structure andregional water content of lenses in humans, cattle andpigs concluded that there are no changes in structureand water mobility within the first 3 days after death[22]. Also the storage did not influence the speed ofultrasound. This was proved by our statistical analysis.As well in a previous study, which analyzed the thermalstability characteristics of the lenses of vertebrates, noeffects of freezing on stability properties of the lens wereobserved [23]. We therefore assume that our resultsclosely resemble the ocular ultrasound velocities in theliving animal.For the present study a 4 MHz transducer was used

throughout, which is not the commonly used frequencyfor ocular ultrasound measurements. Axial length mea-surements with A-mode are generally conducted with afrequency of 8 MHz and B-mode ultrasonography with afrequency of 10 MHz [3]. In previous studies a range ofdifferent ultrasound equipment has been used, operatingat frequencies of 4 MHz [9], 10 MHz [2,10,19] or20 MHz [24]. The differences in the ultrasound velocity forseparate frequencies have been described to be less thanone percent [25]. We are therefore confident that it is suffi-cient to use a single frequency for all measurements.Previous studies have shown that the human central

corneal surface temperature is 34.8°C, which is 2.2°Clower than the average physiological body temperature[26]. Other studies have indicated that the temperaturewithin the globe increases from the cornea towards themore posterior structures [26]. The anterior lens surfacetemperature in rabbits has been shown to be approxi-mately 36°C, whereas the posterior lens surface was 38°C[10]. Since the physiological body temperature of the horsevaries between 37.5°C and 38.2°C, we assume the equinecorneal temperature to be in the range of 35.3°C to 36.0°C.As visible in Table 1 the velocity of ultrasound in

equine aqueous and vitreous matches values for a broad

Figure 4 Ultrasound velocity in the equine aqueous, vitreousand lens tissue is depicted, averaged over all three samplegroups, depending on the temperature of the sample.

Figure 5 The ultrasound velocity in the equine lens tissue isaveraged over all sample groups and temperatures anddepicted depending on the age of the respective horse.


Ergebnisse

16

range of different species like human, bovine, canine,rabbit, porcine and camel [9,10,13,21,27]. Both values lieslightly above the ultrasound velocity of distilled water,which is 1521 m/s at 36°C, and this further supportsthe hypothesis that the speed of ultrasound in aque-ous and vitreous is dominated by its water content forall species. Consequently, we found that the speed ofultrasound in these ocular tissues increases with in-creasing temperature, which has been described for otherspecies as well [2,10]. In contrast, our results for the vel-ocity of ultrasound in equine lenses do not indicate atemperature dependence. However, another study reportsan increase of the speed of ultrasound in porcine ocularlental tissue with rising temperature [12]. The consideredtemperature range in this study is greater (23°C – 37°C)than in the present study. Yet, the regression formulac =1642,61 +1,00 x T (m/s) shows that the temperaturedependence is very small. It is known that the speed ofultrasound of a tissue highly depends on its content ofprotein and water. The temperature dependence of ultra-sound is mainly determined by the respective depend-ence of the compressibility. For water, the compressibilitydecreases for increasing temperature up to a minimum at67°C, i.e. the ultrasound velocity increases. For all otherliquids however, the ultrasound velocity decreases andthe sign of the temperature coefficient is different. Thehuman lens consists of about 66% of water and 34% ofprotein [22]. Concerning lental proteins, two groups canbe distinguished, soluble and insoluble, and the ratio ofthese vary with species and age [3]. The water content ofthe lens, and thus the velocity of ultrasound (Table 1),also varies among species [22] and lenses are thereforeexpected to show a different behaviour with changes oftemperature.In general, the amount of water in the lens consists of

free and bound water. The ultrasound velocity of freewater is lower than of bound water. The cortex has thehighest percentage of free water, whereas the nucleus

consists of a low amount of free water and a highamount of protein-bound water [22]. Hence, it can beexpected that the speed of ultrasound in the lental per-iphery (cortex) is slower than in the nucleus [24]. Theequipment used in this study was not suited to resolvethese differences and we determined the ultrasound vel-ocities in average for the lens as a whole.The amount of free water in the human lental nucleus

increases during the aging process [22,28] and a de-crease of the ultrasound velocity for older horses maytherefore be expected. However, in the present study, nosignificant correlation (95%) between age and velocity ofultrasound for horses between 6 and 22 years of agecould be determined. Due to a lack of samples, no con-clusion can be drawn for horses older than 22 years. In astudy of human lenses with a wider age distribution, acorrelation between the velocity of ultrasound and agewas found [20].In a previous study it was reported that the speed of

ultrasound is slower in cataractous lenses, compared tohealthy lenses, because of the increased water content[20]. Another study describes that during cataract for-mation the content of bound water in the lental nucleusis decreasing in favour of “free” water [22]. Therefore,the ultrasound velocity decreases as well. For a correctdetermination of the axial ocular dimension in equinecataractous eyes further evaluations of such eyes arenecessary.

ConclusionsThe main result of this study is the calculation of theconversion factors which are essential to correct axialocular dimensions measured with ultrasound equipmentcalibrated for human use. We found that the conversionfactors for the aqueous and vitreous can safely be ignored.However, for the equine lens, the ultrasound velocity issignificantly higher (95%) than in the human lens and mea-surements must be corrected.

Table 1 Compilation of results from the literature for the ultrasound velocity in different ocular tissues

Study Species Temp. c aqueous (m/s) c vitreous (m/s) c lens (m/s)

Jansson and Kock [9] Man 37°C 1532 ±0.5 1641 ±1.2

Oksala & Lehtinen [13] Cattle 22°C 1495 1495 1650

Coleman, Lizzi [21] Man 1532 1532 1641

Görig [10] Dog 36°C 1532 ±0.7 1707 ±19

Görig [10] Rabbit 36°C 1531 ±1.1 1731 ±21

Görig [10] Pig 36°C 1532 ±0.8 1681 ±6.3

Osuobeni and Hamidzada [11] Camel 20°C 1686 ±16

Hamidzada and Osuobeni [27] Camel 20°C 1499 ±23 1497 ±24

Present study Horse 36°C 1529 ±10 1527 ±16 1654 ±29

Coleman, Lizzi [20] Man Cataract 37°C 1629 ±38


Ergebnisse

17

In the range from 32°C to 40°C no significant tem-perature dependence (95%) was found and our estimate forthe conversion factor of 1.008 for the lens may thereforebe used throughout.The IOL power calculation is particularly important

for cataract surgery. Following the usual formulas ofRetzlaff and Binkhorst, essential factors include thecurvature of the cornea, the axial length and the postop-erative anterior chamber depth, which in the equine eyeconsists of the anterior chamber depth plus ½ lens thick-ness [16]. Variations of these values results in dramatic-ally different dioptic power of the IOL implant to beinserted [29]. However, judging from the results of astudy [20] relating to human cataractous lenses, we hy-pothesise that the ultrasound velocity in the cataractousequine lens is substantially lower than for the healthylens. Usage of the conversion factor for the healthy lenswill result in an overestimation of the IOL power. Wetherefore stress that further studies in cataractous lensesare needed to allow for exact results in those cases.

AbbreviationsIOL: Intraocular lens; D: Dioptre; m/s: Meter per second; A-mode: Amplitudemodulation; B-mode: Brightness modulation; °C: Centigrade; MHz: Megahertz;mm: Millimeter.

Competing interestsThe authors declare that they have no competing interests.

Authors’ contributionsUM conceived the study, performed the experiments, analyzed the data anddrafted the manuscript. DK helped to design and perform the experiments,analyze the data and draft the manuscript. MB and BO participated in thedesign of the study and helped to draft the manuscript. All authors read andapproved the final manuscript.

AcknowledgementsThe authors thank Dr. Görig for the interesting discussions and her helpfulcomments. Furthermore we gratefully acknowledge the support of theUniversity of Jena which provided equipment and laboratory to conduct theexperiments essential for this article.

Author details1Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover, Klinik für Pferde, Bünteweg 9,30559 Hannover, Germany. 2Theoretisch-Physikalisches Institut,Friedrich-Schiller-Universität Jena, 07743 Jena, Germany.

Received: 20 June 2014 Accepted: 6 October 2014

References1. Mettenleiter EM: Sonographic diagnosis (B-mode technique) for the

eyes in horses. 1. Methods and normal findings. Tierarztl Prax 1995,23(5):481–488.

2. Schiffer SP, Rantanen NW, Leary GA, Bryan GM: Biometric study of thecanine eye, using a-mode ultrasonography. Am J Vet Res 1982,43(5):826–830.

3. Gelatt KN: Veterinary Ophthalmology. 4th edition. Ames, Iowa: BlackwellPub; 2007.

4. Thijssen JM: Emmetropic and iseikonic implant lens - computercalculation of refractive power and its accuracy. Ophthalmologica1975, 171(6):467–486.

5. Hamidzada WA, Osuobeni EP: Agreement between a-mode and b-modeultrasonography in the measurement of ocular distances. Vet RadiolUltrasound 1999, 40(5):502–507.

6. Gaiddon J, Rosolen SG, Steru L, Cook CS, Peiffer R: Use of biometry andkeratometry for determining optimal power for intraocular-lens implantsin dogs. Am J Vet Res 1991, 52(5):781–783.

7. Gilger BC, Davidson MG, Howard PB: Keratometry, ultrasonic biometry,and prediction of intraocular lens power in the feline eye. Am J Vet Res1998, 59(2):131–134.

8. Grinninger P, Skalicky M, Nell B: Evaluation of healthy equine eyes by useof retinoscopy, keratometry, and ultrasonographic biometry. Am J Vet Res2010, 71(6):677–681.

9. Jansson F, Kock E: Determination of velocity of ultrasound in human lensand vitreous. Acta Ophthalmol 1962, 40(4):420–433.

10. Görig C, Varghese T, Stiles T, Van den Broek J, Zagzebski JA, Murphy CJ:Evaluation of acoustic wave propagation velocities in the ocular lensand vitreous tissues of pigs, dogs, and rabbits. Am J Vet Res 2006,67(2):288–295.

11. Osuobeni EP, Hamidzada WA: Determination of sound velocity in the lensof the one-humped camel (Camelus dromedarius). Med Sci Res 1998,26(4):267–269.

12. Jansson F, Sundmark E: Determination of velocity of ultrasound in oculartissues at different temperatures. Acta Ophthalmol 1961, 39(5):899–910.

13. Oksala A, Lehtinen A: Measurement of the velocity of sound in someparts of the eye. Acta Ophthalmol 1958, 36(4):633–639.

14. Thijssen JM, DeKorte CL, VanderSteen AFW, Duindam JJ, Otto C, Puppels GJ:Acoustic Characteristics of the Eye Lens, Volume 61. Dordrecht: KluwerAcademic Publ; 1997.

15. Hamidzada WA: Determination of sound velocity in the preservedlens of the one-humped camel (Camelus dromedarius). Med Sci Res1998, 26(6):429–430.

16. McMullen RJ, Gilger BC: Keratometry, biometry and prediction ofintraocular lens power in the equine eye. Vet Ophthalmol 2006,9(5):357–360.

17. Vanderheijde GL, Weber J: Accommodation used to determine ultrasoundvelocity in the human lens. Optom Vis Sci 1989, 66(12):830–833.

18. Whitley RD, Meek LA: Cataract-surgery in horses. Compend Contin EducPract Vet 1989, 11(11):1396–1401.

19. Osuobeni EP: The effect of preservation on the velocity of sound throughthe ocular fluids of the one-humped camel (Camelus dromedarius). MedSci Res 1998, 26(7):503–504.

20. Coleman DJ, Lizzi FL, Franzen LA, Abramson DH: Determination of velocityof ultrasound in cataractous lenses. Biblio Ophthalmol 1975, 83:246–251.

21. Coleman DJ, Lizzi FL, Jack RL: Ultrasonography of the Eye and Orbit.Philadelphia: Lea & Febiger; 1977.

22. Shaw EM, Williams TR, Koenig JL: Structure and regional water-content ofbovine, porcine, and human lenses examined with proton nuclear-magnetic-resonance imaging. Ophthalmic Res 1995, 27(5):268–276.

23. McFallngai MJ, Horwitz J: A comparative-study of the thermal-stability ofthe vertebrate eye lens - antarctic ice fish to the desert iguana. Exp EyeRes 1990, 50(6):703–709.

24. Dekorte CL, Vandersteen AFW, Thijssen JM, Duindam JJ, Otto C, Puppels GJ:Relation between local acoustic parameters and protein distribution inhuman and porcine eye lenses. Exp Eye Res 1994, 59(5):617–627.

25. Hedrick WR, Hykes DL, Starchman DE: Ultrasound Physics and Instrumentation.3rd edition. St. Louis [u.a.]: Mosby; 1995.

26. Rosenbluth RF, Fatt I: Temperature-measurements in eye. Exp Eye Res1977, 25(4):325–341.

27. Hamidzada WA, Osuobeni EP: Ultrasound velocity in the aqueous andvitreous humours of the one-humped camel (Camelus Dromedarius).Clin Exp Optom 1998, 81(5):222–227.

28. Siebinga I, Vrensen G, Demul FFM, Greve J: Age-related changes in localwater and protein content of human eye lenses measured by ramanmicrospectroscopy. Exp Eye Res 1991, 53(2):233–239.

29. McMullen RJ, Davidson MG, Campbell NB, Salmon JH, Gilger BC: Evaluationof 30-and 25-diopter intraocular lens implants in equine eyes after surgicalextraction of the lens. Am J Vet Res 2010, 71(7):809–816.

doi:10.1186/s12917-014-0250-3Cite this article as: Meister et al.: Evaluation of ultrasound velocity inenucleated equine aqueous humor, lens and vitreous body. BMCVeterinary Research 2014 10:250.


Ergebnisse

18

2.2 Publikation II:

Intraocular lens power calculation for the equine eye

Published in: BMC Veterinary Research, 2018; 14:123

Received: 20 March 2017; Accepted: 27 March 2018;

published online: 03 April 2018

U. Meister, C. Görig, C.J. Murphy, H. Haan, B. Ohnesorge, M.H. Boevé

Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover, Klinik für Pferde

Bünteweg 9, 30559 Hannover, Germany

Abstract:

Background: Phacoemulsification and intraocular lens (IOL) implantation during cataract

surgery in horses occur with increasing frequency. To reduce the postoperative refractive er-

ror it is necessary to determine the proper IOL power. In the present study retinoscopy,

keratometry and ultrasonographic biometry were performed on 98 healthy equine eyes from

49 horses. The refractive state, corneal curvature (keratometry) and the axial location of all

optical interfaces (biometry) were measured. The influences of breed, height at the withers,

gender and age on values obtained and the comparison between the left and right eye were

evaluated statistically. Corresponding IOL power were calculated by use of Binkhorst and

Retzlaff theoretical formulas.

Results: Mean ±SD refractive state of the horses was +0.32±0.66 D. Averaged corneal curva-

ture for Haflinger, Friesian, Pony, Shetland pony and Warmblood were 21.30±0.56 D,

20.02±0.60 D, 22.61±1.76 D, 23.77±0.94 D and 20.76±0.88 D, respectively. The estimated

postoperative anterior chamber depth (C) was calculated by the formula C = anterior chamber

depth (ACD)/0.73. This formula was determined by a different research group. C and axial

length of the globe averaged for Haflinger 9.30±0.54 mm and 39.43±1.26 mm, for Friesian

10.12±0.33 mm and 42.23±1.00 mm, for Pony 8.68±0.78 mm and 38.85±3.13 mm, for Shet-

land pony 8.71±0.81 mm and 37.21±1.50 mm and for Warmblood 9.39±0.51 mm and

40.65±1.30 mm. IOL power was calculated with the Binkhorst and Retzlaff theoretical formu-

las. Calculated IOL power for the several breeds ranged from 18.03 D to 19.55 D. The mean

Ergebnisse

19

value across all horses was 18.73 D determined with Binkhorst formula and 18.54 D deter-

mined with Retzlaff formula.

Conclusions: Mean result of this study is: an 18.5 D IOL seemed to be the most appropriate

to achieve emmetropia after IOL implantation in horses. Cataract surgery without IOL im-

plantation results in hyperopic and visual compromised horses. Retinoscopy, keratometry and

ultrasonographic biometry should be performed on every affected horse and

postoperative visual outcome should be determined.

Keywords: Retinoscopy, Keratometry, Ultrasonographic biometry, Intraocular lens, Equine

This article is published under license to BioMed Central Ltd. This is an Open Access article

distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License

(http://creativecommons.org/licenses/by/4.0)

Ergebnisse

20

Intraocular lens power calculation for theequine eyeUlrike Meister1* , Christiane Görig2, Christopher J. Murphy3, Hubertus Haan4, Bernhard Ohnesorge1†

and Michael H. Boevé1†

Abstract

Background: Phacoemulsification and intraocular lens (IOL) implantation during cataract surgery in horses occurwith increasing frequency. To reduce the postoperative refractive error it is necessary to determine the proper IOLpower. In the present study retinoscopy, keratometry and ultrasonographic biometry were performed on 98 healthyequine eyes from 49 horses. The refractive state, corneal curvature (keratometry) and the axial location of all opticalinterfaces (biometry) were measured. The influences of breed, height at the withers, gender and age on valuesobtained and the comparison between the left and right eye were evaluated statistically. Corresponding IOL powerwere calculated by use of Binkhorst and Retzlaff theoretical formulas.

Results: Mean ± SD refractive state of the horses was + 0.32 ± 0.66 D. Averaged corneal curvature for Haflinger,Friesian, Pony, Shetland pony and Warmblood were 21.30 ± 0.56 D, 20.02 ± 0.60 D, 22.61 ± 1.76 D, 23.77 ± 0.94 Dand 20.76 ± 0.88 D, respectively. The estimated postoperative anterior chamber depth (C) was calculated by theformula C = anterior chamber depth (ACD)/0.73. This formula was determined by a different research group. C andaxial length of the globe averaged for Haflinger 9.30 ± 0.54 mm and 39.43 ± 1.26 mm, for Friesian 10.12 ± 0.33 mmand 42.23 ± 1.00 mm, for Pony 8.68 ± 0.78 mm and 38.85 ± 3.13 mm, for Shetland pony 8.71 ± 0.81 mm and 37.21 ±1.50 mm and for Warmblood 9.39 ± 0.51 mm and 40.65 ± 1.30 mm. IOL power was calculated with the Binkhorstand Retzlaff theoretical formulas. Calculated IOL power for the several breeds ranged from 18.03 D to 19.55 D. Themean value across all horses was 18.73 D determined with Binkhorst formula and 18.54 D determined with Retzlaffformula.

Conclusions: Mean result of this study is: an 18.5 D IOL seemed to be the most appropriate to achieve emmetropiaafter IOL implantation in horses. Cataract surgery without IOL implantation results in hyperopic and visual compromisedhorses. Retinoscopy, keratometry and ultrasonographic biometry should be performed on every affected horse andpostoperative visual outcome should be determined.

Keywords: Retinoscopy, Keratometry, Ultrasonographic biometry, Intraocular lens, Equine

BackgroundCataract has been reported to occur in horses with anestimated incidence of 5% to 7% of all horses with other-wise clinically normal eyes [1]. Cataract can impairvisual performance rendering the horse unfit for specificfunctions, results in devaluation of the individual andcan predispose the animal to self-injury [2–4]. Visualfunction can be restored through surgical extraction of

the cataractous lens. Reported methods include aspir-ation, intracapsular extraction, extracapsular extractionand phacoemulsification with aspiration. Without theimplantation of an intraocular lens following cataractextraction horses were left aphakic and were markedlyhyperopic [5–7]. Early reports suggested aphakic horsesto perform quite well and visual performance to be func-tionally acceptable [4, 5, 8]. However in other studiessignificant visual impairment in aphakic horses weredetected, which manifested as reduced night vision andreduced contrast sensitivity [3, 9]. In highly hyperopiceyes induced by aphakia, no object in space is accuratelyimaged on the retina with the degree of defocus

* Correspondence: [email protected]†Equal contributors1Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover, Klinik für Pferde, Bünteweg 9,30559 Hannover, GermanyFull list of author information is available at the end of the article

© The Author(s). 2018 Open Access This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0International License (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/), which permits unrestricted use, distribution, andreproduction in any medium, provided you give appropriate credit to the original author(s) and the source, provide a link tothe Creative Commons license, and indicate if changes were made. The Creative Commons Public Domain Dedication waiver(http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/) applies to the data made available in this article, unless otherwise stated.

Meister et al. BMC Veterinary Research (2018) 14:123 https://doi.org/10.1186/s12917-018-1448-6

RESEARCH ARTICLE Open Access

Ergebnisse

21

worsening as objects are moved closer to the horse’s eye.The mean refractive error in aphakic horses has beenreported as approximately + 9.5 D [2–4]. In humans thisdegree of refractive error corresponds to a Snellen valueof 20/ 1200 with 20/200 acuity in the best performingeye of an individual being designated as legally blind [3,8]. It is reasonable to assume that induction of markedhyperopia associated with lens removal in the horsewould dramatically affect visual performance. Thedegree of defocus scales directly with a decrease in mea-sured visual acuity in humans and dogs [10].While correction of the refractive error by implant-

ation of an IOL during cataract surgery in humans anddogs is standard therapy, the number of horses, whichundergoes phacoemulsification and IOL implantation ismuch smaller [11–16]. To the author’s knowledge thereare currently three different foldable IOLs for horsesavailable. To assist the surgeon in achieving emmetropiain the patient after cataract surgery in humans, presurgi-cal determination of required IOL power is performedwith a wide variety of IOLs of differing dioptric powerbeing commercially available. In veterinary patients bi-ometry, keratometry and theoretical formulas have beenemployed to determine the ideal predicted power of IOLfor several species [11, 12, 17–19]. It is important tonote that many formulas used to predict required IOLpower in human patients are inappropriate for veterin-ary patients as they incorporate mathematical constants(eg the A constant in the SRK formula) that are not dir-ect applicable to veterinary species. A few studies weredone to assess natural variation in the mentioned valuesin horses with healthy eyes [12, 17, 20, 21].The purpose of this study was to determine the degree

of refraction with retinoscopy, intraocular distances withA-mode (amplitude modulation) ultrasound with horseadjusted ultrasound velocities and corneal curvaturesusing a video-keratometer in healthy equine eyes. Fur-thermore the effect of breed, height at the withers, gen-der, age and differences between the left and right eyewas determined. The values were used to calculate theexpected IOL power with the Binkhorst and Retzlaff for-mulas and were compared with results of IOL implanta-tions in reported studies.

MethodsAnimals and ophthalmologic examinationThe study was approved by the ethics commissions of theUniversity of Veterinary Medicine Hannover, Foundation.98 healthy equine eyes from 49 horses were examined.

The horses were private-owned and examined in a dark-ened stable. Informed consent was obtained from allowners. All horses underwent a dilated (tropicamide 0.5%)ophthalmic examination, including pupillary light reflex,dazzle reflex, menace response, slit-lamp biomicroscopy1

and indirect ophthalmoscopy.2 Horses with ocular abnor-malities were excluded from the study. Only manual re-straint was used for all procedures. Following clinicalevaluation retinoscopy, keratometry and A-mode ultra-sonography were conducted on both eyes of each horse.Prior to the examinations the horses received 1 drop oftropicamide 0.5% ophthalmic solution3 and directly infront of the ultrasonographic biometry 1 drop of lidocainophthalmic solution4 was instilled.

RetinoscopyStreak retinoscopy was performed with a streak reti-noscope5 and 2 skiascopy bars.6 Streak retinoscopywas performed about 30 min after the administrationof tropicamide ophthalmic solution3. The horizontaland vertical meridians were refracted at a workingdistance of 67 cm using the technique described in aprevious study [22]. Results of the horizontal andvertical measurements were averaged to calculate amean refractive error of each eye.

KeratometryKeratometry was conducted by using a custom-madevideo-keratometer.The video-keratometer consisted of light-emitting diodes

(LEDs) placed around a video camera, which recorded thereflected LED image from spherical surfaces. The sphericalsurfaces were either steel balls, for calibration purpose, orequine eyes producing Purkinje I images. The LEDs emit-ted in the near infrared, so invisible to the human andequine eye [3]. Switching on and off the LEDs failed toelicit a measurable response of the horse. The video camerawas sensible in the near infrared. The light of each LEDwas projected by a small collimator to the spherical surface,so that the origin of the light appeared to be at infinity. Asalso mentioned in an earlier study [23] this is mandatoryfor the virtual image to be located optically at the focuspoint of the aerial mirror. In this study two horizontal colli-mators and two vertical collimators were used, so the hori-zontal and vertical radius of curvature of the equine eyecould be measured separately. Each pair of collimators wasseparated 72 mm and arranged on a circle of 140 mmdiameter around a video camera. As the surface acts as anaerial mirror, the distance of two reflected light points inthe recording, called image height by opticians, was propor-tional by similar triangles to the radius of curvature of thesphere. The distance ring of the video camera was lockedduring all measurements and the apparatus was moved to-wards the horse eye (or steel ball) until the image wassharp. That was at approximately 300 mm distance fromthe collimator to the eye (or steel ball). As this methodguaranteed always the same distance in repeated measure-ments, no other distance measurement was necessary, sothat the measurement time was minimized for the horse.

Meister et al. BMC Veterinary Research (2018) 14:123 Page 2 of 8

Ergebnisse

22

By calibration with steel balls all constant factors likethe aforementioned distance, the magnification factor ofthe video camera lens and any magnification of the videosoftware are dumped in a single calibration value andneed not be known in detail.First of all the video-keratometer was calibrated by re-

cording images of light reflected from steel balls ofknown radii of curvature. In the recordings the distanceof the two horizontal and the two vertical reflectionswere measured in pixels and two (one for the horizontalcase and one for the vertical case) calibration curveswere generated showing pixel distance over steel ball ra-dius. The calibration curves were linear.Video-keratometry was performed on both eyes of every

horse. The video-keratometer was moved to the horse’seye until the images were displayed sharp on the monitorof the video camera. The video camera recorded the twohorizontal and two vertical light points for a few minutes.After these measurements the recordings were transferredto a computer program for analysis.The distances of the two horizontal and the two verti-

cal projected light points were measured in the video re-cordings and served, together with the calibration, todetermine the horizontal and vertical radius of curvatureand corneal astigmatism of the horse eye.Three measurements of the radii from each plane (hori-

zontal and vertical) were conducted and averaged. Hori-zontal corneal curvature (K1) and vertical cornealcurvature (K2) was calculated by the eq. K [D] = (N – 1/radius [m]). The effective corneal refractive index (N) wasset at N = 1.336 [24]. Averaged corneal curvature (K) wascalculated by K1þK2

2 in D.

IOL calculationThe detected data were used to calculate the predictedIOL power [D] by using the Binkhorst theoretical for-mula and the Retzlaff theoretical formula:Binkhorst theoretical formula:

Pe ¼ 1336 4r−Lð ÞL−Cð Þ 4r−Cð Þ

Pe is the predicted IOL power in D, r is the averaged cor-neal radius in mm, L is the axial length (AxL) in mm and Cis the expected postoperative anterior chamber depth inmm and was calculated by the formula C =ACD/0.73. Aprevious study [7] reported the mean preoperative-to-postoperative ACD ratio in equine eyes to be 0.73.Retzlaff theoretical formula:

Pe ¼ NL−C

−NK

N−KC

Pe is the predicted IOL power in D, N is the refractiveindex of aqueous and vitreous (1.336), L is the axial

length (AxL) in m, C is the postoperative anterior cham-ber depth in m and K is the averaged corneal curvaturein D.

A-mode ultrasonographyMeasurements of anterior chamber depth (ACD), crys-talline lens thickness (LT), vitreous body length (VBL)and axial length (AxL) of the globe was obtained with anultrasonographic device7 with a 10 MHz A-scan probe.Ultrasound velocities were set at 1532 m/s for the anter-ior chamber and the vitreous body and 1641 m/s for thelens. To achieve more accuracy, values for lens thicknesswere corrected by the equine-specific conversion factorof 1.008 [25]. Five A-scan recordings of both eyes ofeach horse were obtained vertically along the optical axisand the values for each eye were averaged. To obtain op-timal scans the manual freeze mode was used and theimages were frozen when all of the required echoes arepresent and of sufficient height.

Statistical analysisAs no significant difference was detected for any measure-ments between left and right eyes (tested with Wilcoxon-Mann-Whitney-U test), the data from both eyes were av-eraged for further statistical analyses. Values are reportedas mean ± SD. Statistical analyses were made with com-puterized statistical software.8 Normal distribution of datawas tested by using the Kolmogorov-Smirnov test. Corre-lations between age, height at the withers, refractive state,r, ACD, LT, VBL and AxL were evaluated by calculation ofSpearman correlation coefficients. The influence of genderand type of horse on refractive state, r and AxL were de-termined by using the Kruskal-Wallis test. Wilcoxon-Mann-Whitney-U tests were used for comparisons be-tween the horizontal and vertical refractive state and thehorizontal and vertical corneal radius in the same eye.Values of P ≤ 0.05 were considered significant.

ResultsThe examined 49 horses contained 36 mares, 9 geldingsand 4 stallions. Ages ranged from 2 to 25 years (mean age= 8.28 ± 5.36 years). Breeds included Haflinger (n = 10),Shetland pony (n = 7), Warmblood (n = 13), Friesian (n =8) and Pony (breed unspecified; n = 11). Heights at thewithers ranged from 85 to 178 cm (mean height = 145.06± 27.26 cm).

RetinoscopyRetinoscopy was performed on both eyes of the 49horses. Results of the horizontal and vertical measure-ments were averaged. The mean refractive state ±SD ofthe horses was + 0.32 ± 0.66 D. Emmetropia (− 1 D –1D) was present in 91 (92.8%) of 98 eyes. Ametropia oc-curred in 7 (7.2%) eyes, with 4 (4.1%) being myopic with


Ergebnisse

23

a maximum value of − 5.0 D and 3 (3.1%) being hyper-opic with a maximum value of + 1.5 D. Anisometropia(refractive state of the left and right eye differing bymore than 0.5 D) occurred in 6 horses (12.2%). In 4 ofthe anisometropic horses hyperopia was present in oneeye, in one horse myopia was present in one eye and inone horse myopia was present in both eyes but of differ-ing magnitudes. There were no significant differencesbetween the horizontal and vertical meridians (P = 0.068). No significant influence was found for the breed ofhorse (P = 0.074), gender (P = 0.761), height at the with-ers (P = 0.924), age (P = 0.917), corneal radius (P = 0.201)or globe axial length (P = 0.503).

KeratometryHorizontal and vertical corneal radii of curvature in thecentral corneal region were obtained for both eyes in all 49horses. The appropriate horizontal (K1), vertical (K2) andaveraged (K) corneal curvature were calculated and the cor-neal astigmatism was determined. The mean values ± SDfor the different types of horses are shown in Table 1.The horizontal corneal radius of curvature was signifi-

cantly greater (P < 0.001) than the vertical corneal radiusindicating the cornea to have an astigmatic curvature,being flatter horizontally than vertically. The differencesin horizontal and vertical meridian ranged between 0.34D and 0.95 D. There was no significant difference be-tween the corneal curvature and the age (P = 0.071) ofthe horses. Corneal curvature did correlate positively,however, with the height of the withers (P < 0.001) andthe axial length of the globe (P < 0.001). A significant in-fluence also existed for the breed of horse (P < 0.001)and the gender (P = 0.027) on the corneal curvature.

Ultrasonographic biometryBiometric values were obtained in both eyes of all horsesby use of A-mode ultrasonography. The expected post-operative anterior chamber depth (C) was calculatedusing the formula C ¼ ACD

0:73 [7]. Mean values ±SD areprovided in Table 2.Significant influences were found between AxL and

ACD (P < 0.001), LT (P < 0.001), VBL (P < 0.001), cornealcurvature (P < 0.001), height at the withers (P < 0.001),

breed of horse (P < 0.001) and age (P = 0.008). The largerthe AxL the greater the ACD, LT and VBL and the flat-ter the corneal curvature became and the taller andolder the horses were the larger the AxL increased. Thegender (P = 0.026) also influenced the AxL.

IOL calculationsFor IOL calculation the Binkhorst theoretical formulaand the Retzlaff theoretical formula were used. The ex-pected mean IOL dioptric power was calculated usingthe values for AxL, K and C. The calculated mean IOLdioptric powers for the several breeds of horses are pro-vided in Table 3.

DiscussionValues for corneal curvature, axial length of the globe andpostoperative anterior chamber depth of each horse are ne-cessary to calculate the appropriate IOL power with theBinkhorst and Retzlaff theoretical formulas. While streakretinoscopy and ultrasound biometry are relatively simpleto perform and routinely used in equine cataract patients, itis rather difficult to determine keratometric data. In orderto verify the visual outcome after IOL implantation a postoperative evaluation via streak retinoscopy is necessary.Furthermore to establish the exact position of the IOL inthe eye and to determine the postoperative anterior cham-per depth ultrasound measurements after IOL implantationshould be performed [2, 26]. Moreover, these values couldbe used to improve the theoretical formulas with respect toequine cataract patients. In this study retinoscopy, video-keratometry and A-mode ultrasonography with horse ad-justed ultrasound velocities were obtained on healthyequine eyes and the corresponding IOL powers were calcu-lated using the Binkhorst and Retzlaff theoretical formulas.Investigators of 1 study [27] found only changes in the

refractive state during the 20 min following the applica-tion of topical tropicamid 1%. Hence in the presentstudy streak retinoscopy was performed about 30 minafter the application of tropicamide 0.5% ophthalmic so-lution. As in another study [28] emmetropia was speci-fied as ±1.0 diopter. The mean refractive state ±SD of allhorses was + 0.32 ± 0.66 D. In the examined population92.8% of values for refractive state were within one di-opter of emmetropia, 3.1% were hyperopic and 4.1%

Table 1 Corneal radius, corneal curvature and corneal astigmatism are depicted depending on breed

Breed horizontal cornealradius (mm)

vertical cornealradius (mm)

averaged cornealradius (mm)

K1 (D) K2 (D) Mean K (D) corneal astigmatism(D)

Haflinger 16.06 ± 0.47 15.53 ± 0.40 15.79 ± 0.42 20.94 ± 0.62 21.66 ± 0.55 21.30 ± 0.56 0.72 ± 0.36

Friesian 16.94 ± 0.50 16.66 ± 0.49 16.80 ± 0.48 19.86 ± 0.61 20.19 ± 0.62 20.02 ± 0.60 0.34 ± 0.29

Pony 15.16 ± 1.12 14.76 ± 1.34 14.96 ± 1.22 22.29 ± 1.61 22.94 ± 1.95 22.61 ± 1.76 0.65 ± 0.61

Shetland pony 14.46 ± 0.62 13.89 ± 0.57 14.18 ± 0.57 23.30 ± 1.00 24.25 ± 0.97 23.77 ± 0.94 0.95 ± 0.58

Warmblood 16.45 ± 0.66 15.99 ± 0.74 16.22 ± 0.69 20.46 ± 0.84 21.06 ± 0.96 20.76 ± 0.88 0.60 ± 0.35


Ergebnisse

24

were myopic. The results are congruous with another re-cent report [29]. Bracun found that 83.63% were emme-tropic, 8.86% were hyperopic and 7.51% were myopic.However in another study [21] emmetropia was presentin only 48.7%, hyperopia in 24.1% and myopia in 27.2%of the horses examined, but emmetropia was strictly de-fined as a refraction of 0 D. In the present study aniso-metropia (refractive power of the two eyes differs morethan 0.5 D) occurred in 6 horses (12.2%).The values obtained for the averaged corneal curvature

(see Table 1) correspond well with one previous reportemploying photokeratometry [21] but differ by 3.5-8.5 Dfrom two previously reported studies using photokerato-metry and B-mode ultrasonography [12, 17]. Differencesin corneal curvature values may be influenced by the dif-fering methods employed. Mouney and co-workers doc-umented a significant difference in values obtained by B-mode ultrasonography vs. photokeratometry of approxi-mately 1.2 D [12]. Other differences between the currentand previously reported studies include the state of sed-ation /anesthesia and presence of an auriculopalpebralnerve block [12, 21]. These differences highlight theneed to establish standardized instrumentation andmethods for performing keratometry.A significant difference was found between the hori-

zontal and the vertical corneal curvature, which are ex-pected and normal and do not result in differences inthe refractive error in the respective meridians. Cornealcurvature depended significantly on the breed of horse,the height of the withers and the axial length of theglobe. The taller the horse and the larger the axial lengthof the globe are, the flatter the corneal curvature. The

age of the horses had no significant influence on the cor-neal curvature. In contrast to current findings, Grinnigerand co-workers found a positive relationship betweenage and corneal radius of curvature [21]. A possible rea-son for the difference between the present study and thisprevious report is the range of ages included in the stud-ies. In the prior report the group of the youngest horseswas between 0 and 2.5 years old while the youngesthorse in the present study was 2 years. A similar correl-ation between age and radius of curvature has been re-ported for cats. A dramatic decrease in cornealcurvature in cats occurs between 9 weeks and 1 year ofage [30]. The age of the horse should be considered forIOL selection in very young horses. Townsed et al. [31]found a reduced dioptric strength of the juvenile corneaof horses and a shortened vitreous chamber depth.Hence, to achieve emmetropia in the juvenile eye anIOL with a dioptric strength greater than that requiredby an adult equine is necessary. However the grown uphorses is ametropic. Therefore, it is recommended touse IOL in young horses that will correct vision oncethe eye reaches its adult parameters.The present study found a significant correlation be-

tween gender and corneal curvature. Such a correlationwas not found in a prior study [21]. Results may have beeninfluenced by a much greater number of female (n = 36)vs. male (n = 13) horses being examined in this study.A-mode ultrasonography is deemed to be the most ac-

curate method for ocular biometry [32] with B-mode con-sidered inappropriate for ocular biometry [33]. In humancataract surgery, A-mode ultrasound is routinely used inpreoperative diagnostic and in postoperative monitoring[34]. Important parameters that can influence the accuracyof A-mode biometry are the values for ultrasound velocityused for determining exact distances. The ultrasound vel-ocity in lens tissue differs considerably in different species.In dogs an underestimation of the lens thickness of 4%results when calculations of lens thickness are made on thebasis of ultrasound velocity in the human lens. Use ofinaccurate values for velocity can result in incorrectbiometric values, which will, in turn, result in incorrectprediction of optimal IOL power to achieve emmetropia[35]. In a previous study [25] species-specific ultrasound

Table 2 Anterior chamber depth, lens thickness, vitreous body length, axial length and calculated post operative anterior chamberdepth are depicted depending on breed

Breed Anterior ChamberDepth (ACD) (mm)

Lens ThicknessLT) (mm)

Vitreous BodyLength (VBL) (mm)

Axial Length(AxL) (mm)

C (calculated postoperative ACD) (mm)

Haflinger 6.79 ± 0.39 10.91 ± 0.27 21.82 ± 0.94 39.43 ± 1.26 9.30 ± 0.54

Friesian 7.39 ± 0.24 11.70 ± 0.30 23.23 ± 0.97 42.23 ± 1.00 10.12 ± 0.33

Pony 6.34 ± 0.58 11.43 ± 0.82 21.18 ± 2.07 38.85 ± 3.13 8.68 ± 0.78

Shetland pony 6.36 ± 0.58 11.50 ± 0.50 19.45 ± 1.22 37.21 ± 1.50 8.71 ± 0.81

Warmblood 6.85 ± 0.37 11.79 ± 0.50 22.10 ± 0.92 40.65 ± 1.30 9.39 ± 0.51

Table 3 IOL calculations using Binkhorst and Retzlaff theoreticalformulas

Breed IOL dioptric power derivedusing Binkhorst formula

IOL dioptric power derivedusing Retzlaff formula

Haflinger 19.55 D 19.36 D

Friesian 18.20 D 18.03 D

Pony 18.27 D 18.07 D

Shetland pony 19.03 D 18.80 D

Warmblood 18.66 D 18.48 D


Ergebnisse

25

velocity for equine aqueous humor, lens and vitreous bodywere determined. To obtain accurate A-mode biometricvalues it is recommended to use appropriate values forultrasound velocity [25]. In the current study, the A-modeinstrument utilized ultrasound velocities established for hu-man patients. Hence, the values for lens thickness werecorrected by using a conversion factor of 1.008. Intraoculardistances (ACD, LT, VBL, AxL) determined in the presentstudy are congruous with prior reports [12, 17, 21, 36].Cataract surgery with subsequent IOL implantation fol-

lowing phacoemulsification is being performed with in-creasing frequency in horses [7]. It is a fact that IOLimplantation significantly reduces postoperative refractiveerror [12]. In human medicine several IOL power calcula-tion formulas were developed. They could be classifiedinto theoretical formulas and regression formulas. Whilethe theoretical formulas only were influenced by the vari-ables corneal curvature, axial length, postoperative anter-ior chamber depth and aqueous and vitreous refractiveindex, the regression formulas were derived by linear re-gression analysis of data sets and incorporate mathemat-ical constants [37]. These constants depend on severalfactors and were not transferable to veterinary species. Tothe authors` knowledge there are no regression formulasfor veterinary medicine available. Hence, the appropriateIOL power for horses was calculated with the Binkhorstand Retzlaff theoretical formulas, despite the fact, that re-gression formulas show more accuracy than theoreticalformulas in human patients [37, 38].Mean predicted IOL dioptric power for the various

types of horses was found to lie between 18.03 D and 19.55 D (see Table 3). Compared to two other studies [12, 17]which calculated an IOL power of 29.91 D (with Binkhorstformula) and 29 D (with Retzlaff formula) and 22 to 23 Dby the use of the Binkhorst formula values presented inthis study were considerably smaller. Essential factors,which influence the predicted IOL power, are cornealcurvature, axial length of the globe and predicted postop-erative anterior chamber depth. In the present study,mean corneal curvature ranged over 20.02 – 23.77 D.These values differed from previous reports [12, 17] usingdifferent methods for obtaining keratometry results (16.46D, 16.5 D and 15.3D) by 3.5-8.5 D. Additionally the post-operative anterior chamber depth (C) influences the pre-dicted IOL power. C was calculated by the formula C =ACD/0.73, a value derived from a previous report [7]. Inanother study Mouney [12] used the measured ACD asthe predicted C (6.8 mm). Postoperative ultrasound mea-surements of the PACD and refractive data obtained viastreak retinoscopy are essential to determine actual pos-ition of the implanted IOL and to confirm the predictivepower of any theoretical calculations. Other investigators[7], who implanted 30- and 25- diopter IOLs, suggested a18-D IOL is the appropriate power to achieve emmetropia

in adult horses. This prediction correlates well with thepredicted IOL power in this study. Two previous in vivostudies [15, 16] implanted a 14 D IOL achieve emmetropiawithin 0.5 D. Currently, there are three foldable IOLs intwo powers (+ 14 D and + 18 D) commercially availablefor horses. Based on current findings and determinationsfrom previous studies [7, 15, 16, 26] the proper IOL powerfor use in horses lies between + 14 D and + 18.5 D. Add-itional studies using standardized methods that includepreoperative ultrasonographic biometry and keratometryas well as post-operative refraction are necessary to deter-mine the appropriate IOL power and the long-term effectsof IOL implantation [7, 15, 16].

ConclusionsAphakic horses have been documented to be markedlyhyperopic and visually compromised. They have reducednight vision and reduced contrast sensitivity [3, 9].Soundness is very important for the pleasure and per-formance horse. A visually compromised horse mayshow abnormal behavior and the rider faces an unpre-dictable, frightened animal [39]. Of the commerciallyavailable the IOL with 18 D appears to be the most ap-propriate to achieve emmetropia after IOL implantationin adult horses [7].

Endnotes1Kowa-SL 15, Kowa Optimed Deutschland GmbH,

Bendemannstr. 9, 40,210 Düsseldorf, Germany2Heine Omega 500, Heine Optotechnik, Herrsching,

Germany3Mydriaticum Stulln, Pharma Stulln GmbH, Werksstr.

3, 92,551 Stulln, Germany4Lidocaine, AST Farma B.V., Wilgenweg 7, 3421 TV

Oudewater, The Netherlands5Heine Beta 200, Heine Optotechnik, Herrsching,

Germany6Oculus Optikgeräte, Wetzlar, Germany7I3SYSTEM-ABD, Innovative Imaging Inc.,

Sacramento, Calif.8R Core Team (2016). R: A language and environment

for statistical computing. R Foundation for StatisticalComputing, Vienna, Austria. URL https://www.R-pro-ject.org/

AbbreviationsACD: Anterior chamber depth; A-mode: Amplitude modulation; AxL: Axiallength; B-mode: Brightness modulation; C: Postoperative anterior chamberdepth; cm: Centimeter; D: Dioptre; IOL: Intraocular lens; K: Averaged cornealcurvature; K1: Horizontal corneal curvature; K2: Vertical corneal curvature;LED: Light-emitting diode; LT: Lens thickness; m: Meter; MHz: Megahertz;mm: Millimeter; n: Number; N: Refractive index (1.336); Pe: Predicted IOLpower; r: Averaged corneal radius; SD: Standard deviation; VBL: Vitreousbody length


Ergebnisse

26

AcknowledgementsThe authors gratefully acknowledge the support of the Acri.Tec AGrepresented by Ingeborg Fromberg, which provided equipment to conductthe examinations essential for this article.

FundingThere was no funding.

Availability of data and materialsThe dataset analysed during the current study are available in the repositoryfigshare: Meister U, Görig C, Murphy CJ, Haan H, Ohnesorge B, Boeve MH.Data from “Intraocular lens power calculation for the equine eye.” figshare.2017. https://doi.org/10.6084/m9.figshare.5530402.

Authors’ contributionsUM helped to design the study and to perform the measurements, analyzedthe data and drafted the manuscript. CG designed and performed themeasurements and helped to draft the manuscript. MB, BO, CM and HHparticipated in the design of the study and helped to draft the manuscript.All authors read and approved the final manuscript.

Ethics approval and consent to participateThe study was approved by the ethics commissions of the University ofVeterinary Medicine Hannover, Foundation. Owners were present at theexamination and their oral informed consents were given.

Consent for publicationNot applicable.

Competing interestsThe authors declare that they have no competing interests.

Publisher’s NoteSpringer Nature remains neutral with regard to jurisdictional claims inpublished maps and institutional affiliations.

Author details1Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover, Klinik für Pferde, Bünteweg 9,30559 Hannover, Germany. 2De Graafschap dierenartsen, Schimmeldijk 1,7251 MX Vorden, The Netherlands. 3UC Davis Health, 2315 Stockton Blvd,Sacramento, CA 95817, USA. 4HENSOLDT Optronics GmbH, Carl-Zeiss-Str. 22,73447 Oberkochen, Germany.

Received: 20 March 2017 Accepted: 27 March 2018

References1. Matthews AG. Lens opacities in the horse: a clinical classification. Vet

Ophthalmol. 2000;3(2-3):65–71.2. Colitz CMH, RJ MM. Diseases and surgery of the lens. In: Gilger BC, editor. Equine

ophthalmology. 2nd ed. Maryland Heights: Elsevier/Saunders; 2010. p. 282–314.3. Miller PE, Murphy C. Equine vision. In: Gilger BC, editor. Equine ophthalmology.

2nd ed. Maryland Heights: Elsevier/Saunders; 2010. p. 397–433.4. Millichamp NJ, Dziezyc J. Cataract phacofragmentation in horses. Vet

Ophthalmol. 2000;3(2-3):157–64.5. Dziezyc J, Millichamp NJ, Keller CB. Use of phacofragmentation for cataract

removal in horses: 12 cases (1985-1989). J Am Vet Med Assoc. 1991;198(10):1774–8.

6. Whitley RD, Meek LA, Millichamp NJ, McRae EE, Priehs DR. Cataract surgeryin the horse: a review of six cases. Equine Vet J. 1990;22(10):85–90.Supplement

7. McMullen RJ, Davidson MG, Campbell NB, Salmon JH, Gilger BC. Evaluationof 30-and 25-diopter intraocular lens implants in equine eyes after surgicalextraction of the lens. Am J Vet Res. 2010;71(7):809–16.

8. Fife TM, Gemensky-Metzler AJ, Wilkie DA, Colitz CM, Bras ID, Klages DC.Clinical features and outcomes of phacoemulsification in 39 horses: aretrospective study (1993-2003). Vet Ophthalmol. 2006;9(5):361–8.

9. Farrall H, Handscombe MC. Follow-up report of a case of surgical aphakiawith an analysis of equine visual function. Equine Vet J Suppl. 1990;10:91–3.

10. Murphy CJ, Mutti DO, Zadnik K, Ver Hoeve J. Effect of optical defocus onvisual acuity in dogs. Am J Vet Res. 1997;58(4):414–8.

11. Gaiddon J, Rosolen SG, Steru L, Cook CS, Peiffer R. Use of biometry andkeratometry for determining optimal power for intraocular-lens implants indogs. Am J Vet Res. 1991;52(5):781–3.

12. Mouney MC, Townsend WM, Moore GE. Association of height, body weight,age, and corneal diameter with calculated intraocular lens strength of adulthorses. Am J Vet Res. 2012;73(12):1977–82.

13. Davidson MG, Murphy CJ, Nasisse MP, Hellkamp AS, Olivero DK, BrinkmannMC, Campbell LH. Refractive state of aphakic and pseudophakic eyes of dogs.Am J Vet Res. 1993;54(1):174–7.

14. Edelmann ML, McMullen R, Stoppini R, Clode A, Gilger BC. Retrospectiveevaluation of phacoemulsification and aspiration in 41 horses (46 eyes):visual outcomes vs. age, intraocular lens, and uveitis status. Vet Ophthalmol.2014;17:160–7.

15. Harrington JT, McMullen RJ, Clode AB, Gilger BC. Phacoemulsification and+14 diopter intraocular lens placement in a Saddlebred foal. VetOphthalmol. 2013;16(2):140–8.

16. Townsend WM, Jacobi S, Bartoe JT. Phacoemulsification and implantation offoldable +14 diopter intraocular lenses in five mature horses. Equine Vet J.2012;44(2):238–43.

17. McMullen RJ, Gilger BC. Keratometry, biometry and prediction of intraocularlens power in the equine eye. Vet Ophthalmol. 2006;9(5):357–60.

18. Sanchez RF, Becker R, Dawson C, Escanilla N, Lam R. Calculation of posteriorchamber intraocular lens (IOL) size and dioptric power for use in pet rabbitsundergoing phacoemulsification. Vet Ophthalmol. 2017;20(3):242–9.

19. Gilger BC, Davidson MG, Howard PB. Keratometry, ultrasonic biometry, andprediction of intraocular lens power in the feline eye. Am J Vet Res. 1998;59(2):131–4.

20. Plummer CE, Ramsey DT, Hauptman JG. Assessment of corneal thickness,intraocular pressure optical corneal diameter, and axial globe dimensions inminiature horses. Am J Vet Res. 2003;64(6):661–5.

21. Grinninger P, Skalicky M, Nell B. Evaluation of healthy equine eyes by use ofretinoscopy, keratometry, and ultrasonographic biometry. Am J Vet Res.2010;71(6):677–81.

22. Davidson MG. Clinical retinoscopy for the veterinary ophthalmologist. VetComp Ophthalmol. 1997;7(2):128–37.

23. Mutti DO, Zadnik K, Adams AJ. A video technique for phakometry of thehuman crystalline lens. Invest Ophthalmol Vis Sci. 1992;33(5):1771–82.

24. Ofri R. Optics and physiology of vision. In: Gelatt KN, editor. Vet Ophthalmol.4th ed. Ames: Blackwell Pub; 2007. p. 183–219.

25. Meister U, Ohnesorge B, Korner D, Boeve MH. Evaluation of ultrasoundvelocity in enucleated equine aqueous humor, lens and vitreous body. BMCVet Res. 2014;10:250.

26. McMullen RJ Jr, Utter ME. Current developments in equine cataract surgery.Equine Vet J. 2010;22(37):38–45. Supplement

27. McMullen RJ, Davidson MG, Gilger BC. The effect of 1% tropicamide-induced mydriasis and cycloplegia on spherical refraction of the adulthorse. Vet Ophthalmol. 2014;17(2):120–5.

28. Murphy CJ, Howland HC. Owl eyes: accommodation, corneal curvature andrefractive state. J Comp Physiol. 1983;151(3):277–84.

29. Bracun A, Ellis AD, Hall C. A retinoscopic survey of 333 horses and ponies inthe UK. Vet Ophthalmol. 2014;17:90–6.

30. Moodie KL, Hashizume N, Houston DL, Hoopes PJ, Demidenko E, TremblyBS, Davidson MG. Postnatal development of corneal curvature and thicknessin the cat. Vet Ophthalmol. 2001;4(4):267–72.

31. Townsend WM, Wasserman N, Jacobi S. A pilot study on the cornealcurvatures and ocular dimensions of horses less than one year of age.Equine Vet J. 2013;45(2):256–8.

32. Mattoon JS, Nyland TG. Small animal diagnostic ultrasound. 2nd ed.Philadelphia: Saunders; 2002.

33. Hamidzada WA. Effect of preservation on the dimensions of ocularcomponents of the one-humped camel (Camelus dromedarius). Med SciRes. 1999;27(2):141–4.

34. Mettenleiter EM. Sonographic diagnosis (B-mode technique) for the eyes inhorses. 1. Methods and normal findings. Tierarztl Prax. 1995;23(5):481–8.

35. Görig C, Varghese T, Stiles T, van den Broek J, Zagzebski JA, Murphy CJ.Evaluation of acoustic wave propagation velocities in the ocular lensand vitreous tissues of pigs, dogs, and rabbits. Am J Vet Res. 2006;67(2):288–95.

36. Badial PR, Cisneros-Alvarez LE, Brandao CVS, Ranzani JJT, Tomaz M, MachadoVM, Borges AS. Ocular dimensions, corneal thickness, and corneal curvaturein quarter horses with hereditary equine regional dermal asthenia. VetOphthalmol. 2015;18(5):385–92.


Ergebnisse

27

37. Sanders D, Retzlaff J, Kraff M, Kratz R, Gills J, Levine R, Colvard M, Weisel J, Loyd T.Comparison of the accuracy of the Binkhorst, Colenbrander, and SRK implantpower prediction formulas. J Am Intraocul Implant Soc. 1981;7(4):337–40.

38. Retzlaff J. A new intraocular lens calculation formula. J Am Intraocul ImplantSoc. 1980;6(2):148–52.

39. Whitley RD, Meek LA. Cataract-surgery in horses. Compend Contin EducPract Vet. 1989;11(11):1396–401.

We accept pre-submission inquiries

Our selector tool helps you to find the most relevant journal

We provide round the clock customer support

Convenient online submission

Thorough peer review

Inclusion in PubMed and all major indexing services

Maximum visibility for your research

Submit your manuscript atwww.biomedcentral.com/submit

Submit your next manuscript to BioMed Central and we will help you at every step:

Meister et al. BMC Veterinary Research (2018) 14:123

Page 8 of 8

Übergreifende Diskussion

28

3. Übergreifende Diskussion

Im ersten Teil dieser Studie wurde die Ultraschallgeschwindigkeit in Kammerwasser, Linse

und Glaskörper aus Pferdeaugen bestimmt und der Einfluss von Alter, Temperatur, Ge-

schlecht und Dauer zwischen Enukleation und Untersuchung auf die Ultraschallgeschwindig-

keit ermittelt. Umrechnungsfaktoren, bezogen auf die entsprechenden Ultraschallgeschwin-

digkeiten im menschlichen Auge, wurden berechnet. Im zweiten Teil dieser Studie wurden

die Brechkraft des Auges mittels Retinoskopie, die Messung von intraokularen Längen mittels

A-Mode Ultraschall und der Radius der Kornea bzw. ihrer Brechkraft unter Verwendung ei-

nes Videokeratometers bestimmt. Der Einfluss von Rasse, Größe, Geschlecht und Alter auf

die ermittelten Werte sowie der Unterschied zwischen dem rechten und linken Auge wurden

untersucht. Die ermittelten Werte wurden genutzt, um die Intraokularlinsenstärke mit den

theoretischen Formeln nach Binkhorst und Retzlaff zu bestimmen. Die erwartete

Intraokularlinsenstärke wurde mit den Ergebnissen von Intraokularlinsenimplantationen bei

Pferden aus anderen Studien verglichen.

Die Diagnose von Augenerkrankungen beim Pferd erfolgt routinemäßig mit einer ophthalmo-

logischen Untersuchung. Diese beinhaltet neben der Untersuchung des äußeren Erschei-

nungsbildes des Auges und der Überprüfung der Augenreflexe auch die Untersuchung des

vorderen Augensegments (innere Strukturen bis einschließlich Linse) mit einer Spaltlampe

und des hinteren Segments (innere Strukturen, die hinter der Linse liegen) mit einem direkten

oder indirekten Ophthalmoskop. Ergänzend kann zur weiteren Diagnostik die Tonometrie, die

Elektroretinografie, die Skiaskopie und die Ultraschalluntersuchung (A- und B-Mode) einge-

setzt werden. Für biometrische Messungen an Augen werden die Hornhaut mittels

Keratometer und die intraokularen Strukturen mittels Ultraschallgerät gemessen, wobei der

A-Mode Ultraschall die Methode der Wahl ist [22]. Als ergänzende bildgebende Verfahren

nutzt man Röntgen-, CT- und MRT-Untersuchungen.


29

3.1. Ultraschallgeschwindigkeit in Kammerwasser, Linse und Glaskörperflüssigkeit

enukleierter Pferdeaugen

Für die axiale Längenmessung am Auge findet die A-Mode Ultraschalluntersuchung Anwen-

dung. Hierbei wird jedoch nicht die Länge der Strukturen an sich gemessen, sondern die Zeit,

welche die Ultraschallwelle braucht, um die Gewebe zu durchlaufen. Dafür muss die Ultra-

schallgeschwindigkeit in den Geweben bekannt sein. Es gilt: l=ct, wobei l die Länge der in-

traokularen Struktur, c die Ultraschallgeschwindigkeit und t die Laufzeit sind. Häufig werden

in der Veterinärmedizin Ultraschallgeräte eingesetzt, bei denen die humanen Ultraschallge-

schwindigkeiten bei 37°C für Kammerwasser (1532 m/s), Linse (1641 m/s) und Glaskörper

(1532 m/s) verwendet werden [23]. Die Ultraschallgeschwindigkeiten in den unterschiedli-

chen okularen Geweben bei verschiedenen Tierarten wurden untersucht [25-30]. Hierbei

konnte gezeigt werden, dass die Ultraschallgeschwindigkeit im Linsengewebe von Rindern,

Hunden, Kaninchen, Schweinen und Kamelen von der Ultraschallgeschwindigkeit im

menschlichen Linsengewebe abweicht. Dagegen stimmen die Ultraschallgeschwindigkeiten in

Kammerwasser und Glaskörper der verschiedenen Tierarten und beim Menschen überein und

ähneln dem Wert von destilliertem Wasser. Für Pferde wurden in der Vergangenheit noch

keine Untersuchungen bezüglich der Ultraschallgeschwindigkeit in den okularen Geweben

vorgenommen. In der vorliegenden Studie wurde festgestellt, dass die Ultraschallgeschwin-

digkeiten in Kammerwasser und Glaskörper von Pferden mit denen vom Menschen überein-

stimmen. Jedoch weicht die Ultraschallgeschwindigkeit in der Pferdelinse von der in der

menschlichen Linse ab. Um exakte Werte für die Längenmessungen am Pferdeauge zu erhal-

ten, muss bei der Verwendung von humanmedizinischen Geräten für die Linse ein Umrech-

nungsfaktor von 1,008 verwendet werden. Die für diese Studie verwendeten Pferdeaugen wurden am Schlachthof gewonnen und auf

Erkrankungen untersucht. Nur gesunde Augen wurden verwendet. Sofort nach der Untersu-

chung wurden die Augen in physiologische Kochsalzlösung gelegt und gekühlt transportiert.

Ein Teil der Augen wurde gekühlt (8°C) gelagert und innerhalb von 12 Stunden nach der

Enukleation untersucht (Gruppe A). Ein zweiter Teil der Augen wurde bei 4°C gelagert und

innerhalb von 48 Stunden nach der Enukleation untersucht (Gruppe B) und ein dritter Teil der

Augen wurde bei -18°C gelagert und innerhalb von 72 Stunden nach der Enukleation unter-

sucht (Gruppe C). Es konnten innerhalb von 72 Stunden nach der Enukleation keine Unter-


30

schiede in den Ultraschallgeschwindigkeiten festgestellt werden. Jansson und Kock [24] fan-

den bei ihren Ultraschallgeschwindigkeitsmessungen an der menschlichen Linse und am

Glaskörper ebenfalls keine messbaren Unterschiede während der ersten Tage nach dem Tod.

Auch die verschiedenen Temperaturen (-18°C, 4°C, 8°C), bei denen die Augen bis zur Unter-

suchung aufbewahrt wurden, zeigten in der vorliegenden Studie keinen Einfluss auf die Ultra-

schallgeschwindigkeit. Somit ist davon auszugehen, dass die ermittelten Werte mit den Ge-

schwindigkeiten in vivo übereinstimmen. Ultraschallgeschwindigkeiten zeigen generell eine Abhängigkeit von der Frequenz, der Tem-

peratur und des Mediums, im Fall der Linse vom Protein- und Wassergehalt. Die aktuellen

Messungen wurden mit einem 4-MHz-Ultraschallwandler durchgeführt. In vergleichbaren

Studien zur Ultraschallgeschwindigkeitsmessung wurden ebenfalls 4-MHz-Wandler [24, 27,

30], aber auch Wandler mit anderen Frequenzen (10 oder 20 MHz) [25, 29, 31-33] verwendet.

Der Einfluss der Frequenz auf die Ultraschallgeschwindigkeit beträgt in diesen Bereichen

weniger als 1 Prozent [34]. Generell gilt, dass die Ultraschallgeschwindigkeit von der Tempe-

ratur des Mediums abhängig ist. Mit steigender Temperatur nimmt die Ultraschallgeschwin-

digkeit z. B. in Wasser zu. Diesen Zusammenhang konnten auch Jansson und Sundmark [30]

in ihrer Studie zur Ultraschallgeschwindigkeit in der Linse und im Glaskörper von Schweine-

augen zeigen. Ihre Regressionsformeln lauten: für den Glaskörper: v = 1468,95+1,81T

(in m/s) und für die Linse: v = 1642,61+1,00T (in m/s). Das bedeutet, dass in der Linse bei

einem Temperaturanstieg von 1°C die Geschwindigkeit um 1 m/s zunimmt. In der vorliegen-

den Studie konnte jedoch für die Linse keine Temperaturabhängigkeit ermittelt werden. Le-

diglich die Ultraschallgeschwindigkeiten im Kammerwasser und im Glaskörper stiegen mit

steigender Temperatur. Gleiches haben Görig et al. in ihrer Studie [25] über die Ultraschall-

geschwindigkeiten in Linsen und Glaskörpern von Schweinen, Hunden und Kaninchen fest-

gestellt. Auch sie konnten keine Temperaturabhängigkeit der Ultraschallgeschwindigkeit in

den Linsen feststellen. Als mögliche Ursache wird in dieser, wie auch in der vorliegenden

Studie die geringe Temperaturspanne (32°C - 40°C), in der gemessen wurde, angesehen. Im

Unterschied dazu verwendeten Jansson und Sundmark [30] eine fast doppelt so große Tempe-

raturspanne (23°C – 37°C). Da beim Menschen die Temperatur der Kornea um 2,2°C geringer

ist als die physiologische Körpertemperatur [35], gehen wir davon aus, dass beim Pferd die

Hornhauttemperatur zwischen 35,3°C und 36,0°C liegt. Somit liegt die Temperatur der Linse


31

zwischen der normalen Körpertemperatur der Pferde und der Temperatur der Kornea. Da in

der vorliegenden Studie keine Temperaturabhängigkeit bezüglich der Ultraschallgeschwin-

digkeit in der Linse in dem engen Temperaturfenster festgestellt wurde, können Linsen mit

der Ultraschallgeschwindigkeit bei 36°C gemessen werden. Die Ultraschallgeschwindigkeit in der Linse ist vom Wasser- bzw. Proteingehalt abhängig

[36]. Generell wird gesagt, dass die Linse zu 2/3 aus Wasser und zu 1/3 aus Proteinen besteht.

Der Anteil an Lipiden, welcher weniger als 2% beträgt, kann nach De Korte et al. bei der Er-

mittlung des Zusammenhanges von Ultraschallgeschwindigkeit und Proteingehalt vernachläs-

sigt werden [33]. Das Wasser in der Linse kommt in Form von sogenanntem freiem und ge-

bundenem Wasser vor, wobei letzteres an die Proteine gebunden und an dessen Formerhal-

tung beteiligt ist. Nucleus und Cortex der Linse (Nucleus, Cortex) haben unterschiedliche

Wassergehalte und verschiedene Anteile von gebundenem und freiem Wasser. Im Cortex von

Rinderlinsen konnte der größte Anteil an freiem Wasser und im Nukleus ein hoher Anteil an

proteingebundenen Wasser gefunden werden. Das bedeutet, dass die relative Menge an freiem

Wasser vom Kern zur Rinde zunimmt. Außerdem wurde ein Speziesunterschied beim totalen

Wasseranteil festgestellt. Schweinelinsen haben generell einen größeren Wasseranteil als

Rinder- und Menschenlinsen. Beim Menschen konnte ergänzend eine Abhängigkeit zwischen

Wasserverteilung und Alter ermittelt werden. Mit steigendem Alter steigt der Anteil an freiem

Wasser und gleichzeitig sinkt der Anteil an gebundenem Wasser [37]. Zusätzlich sinkt der

Proteingehalt und proportional steigt der totale Wassergehalt im Linsenkern mit steigendem

Alter [38]. In einer früheren Studie [33] wurde ein direkter Zusammenhang zwischen der Ult-

raschallgeschwindigkeit und dem Proteingehalt in der humanen Linse festgestellt. Bei 20°C gilt: c = 1500 + 3,2 x 10²P (in m/s), wobei c = die Ultraschallgeschwindigkeit und P

der Proteinanteil ist. Somit kann, wenn einer der beiden Parameter bekannt ist, der jeweils

andere berechnet werden. In der vorliegenden Studie wurde der Zusammenhang zwischen

Ultraschallgeschwindigkeit und Protein- bzw. Wassergehalt nicht ermittelt. Außerdem konn-

ten mit den verwendeten Geräten keine getrennten Untersuchungen für den Linsenkern und

die Rinde vorgenommen werden. Jedoch ist davon auszugehen, dass es auch beim Pferd un-

terschiedliche Ultraschallgeschwindigkeiten im Kern und in der Rinde geben wird. Zudem

konnte in dieser Studie keine Altersabhängigkeit bezüglich der Ultraschallgeschwindigkeit

festgestellt werden. Als Ursache wird die Altersspanne der untersuchten Pferde gesehen. Das


32

jüngste Pferd war 6 und das älteste war 22 Jahre alt, somit wurden ganz junge und ganz alte

Tiere nicht untersucht. Coleman et al. [39] ermittelten die Ultraschallgeschwindigkeit in hu-

manen Kataraktlinsen und stellten im Vergleich zu gesunden Linsen eine verlangsamte Ge-

schwindigkeit um maximal 51 m/s (im Durchschnitt 12 m/s) fest. Eine Katarakt entsteht durch

eine erhöhte Wasseraufnahme in das Linsengewebe, was die Ursache für die Ultraschallge-

schwindigkeitsänderung darstellt [5]. Beim Pferd mit einer Katarakt werden häufig Ultra-

schalluntersuchungen am Auge erst durchgeführt, wenn die Katarakt schon vorliegt. Da da-

von auszugehen ist, dass die Ultraschallgeschwindigkeit auch bei equinen Kataraktlinsen von

der bei gesunden Linsen abweicht, sollten weitere Studien zur Messung der Ultraschallge-

schwindigkeit in Pferdelinsen mit Katarakten durchgeführt werden. Bei einem Ultraschallge-

schwindigkeitsunterschied von 50 m/s in der Linse würde die IOL-Stärke um 0,5 D variieren

[40]. Nur mit den entsprechenden Ultraschallgeschwindigkeiten können genaue axiale Län-

genmessungen am Auge durchgeführt werden.

3.2. Retinoskopie

Die Retinoskopie, auch Skiaskopie genannt, ist das am häufigsten verwendete Verfahren zur

Messung der Refraktion bzw. der Brechkraft eines Auges [41]. Von Normalsichtigkeit wird

gesprochen, wenn parallel einfallendes Licht in einem Punkt auf der Netzhaut abgebildet

wird, ohne dass dafür eine Akkomodation notwendig ist. Als Ametropie (Fehlsichtigkeit)

kommen die Myopie (Kurzsichtigkeit) und die Hyperopie (Weitsichtigkeit) vor. Bei Erstge-

nannter wird der Punkt vor der Netzhaut und bei der Letztgenannten hinter der Netzhaut ab-

gebildet. Beide Fehlsichtigkeiten resultieren in verschwommenen Bildern [42]. Generell könnte man vermuten, dass Pferde mit einer Fehlsichtigkeit in ihrer Verwendung

z. B. als Springpferd beim Springen über Hindernisse oder als Westernpferd beim Treiben

von Kälbern eingeschränkt sind. Außerdem könnten sie ängstlicher und schreckhafter sein. In

früheren Untersuchungen [2] wurde festgestellt, dass es Pferde gibt, deren anormales Verhal-

ten auf Fehlsichtigkeiten zurückzuführen war. Diese Tiere zeigten in der ophthalmologischen

Untersuchung Normalbefunde und hatten ausschließlich Abweichungen bei der Skiaskopie.

Außerdem haben die gleichen Untersucher Pferde skiaskopiert, welche vermehrt scheuten,

sich auf einer Seite öfters erschreckten oder einen Widerwillen beim Springen zeigten. Die


33

meisten dieser Tiere waren normalsichtig. Jedoch konnte auch vereinzelt das unerwünschte

Verhalten der Pferde auf eine Fehlsichtigkeit zurückgeführt werden. Deshalb wird generell

empfohlen, Pferde, die mit Sehproblemen vorgestellt werden und bei denen die ophthalmolo-

gische Routineuntersuchung keine Befunde zeigt, auf Refraktionsfehler zu untersuchen. Au-

ßerdem wird empfohlen, die Skiaskopie bei Ankaufsuntersuchungen von Pferden durchzufüh-

ren. Den wahrscheinlich stärksten Refraktionsfehler von +8 bis +10,5 D haben aphake (ohne

Linse) Pferde, bei denen eine Kataraktoperation durchgeführt wurde. In der vorliegenden Studie wurden beide Augen der 49 Pferde jeweils in der horizontalen und

vertikalen Ebene skiaskopiert. Die Skiaskopie erfolgte 30 Minuten nach der Gabe von

Tropicamid-Augentropfen (0,5 %). Forscher einer anderen Studie [43] fanden heraus, dass

jegliche Abweichungen bei der Refraktionsbestimmung innerhalb der ersten 20 Minuten nach

der Gabe von Tropicamid-Augentropfen auftraten. Somit kann davon ausgegangen werden,

dass die Medikation die Brechkraft nicht beeinflusste. Von den untersuchten Augen waren

92,8 % emmetrop, 3,1 % hyperop und 4,1 % myop. Die Spanne, bei der man von Emmetropie

spricht, wurde, wie in einer anderen Studie [44], von -1D - +1D festgelegt. In anderen Studien

[21, 42] findet man ähnliche aber auch stark abweichende Verteilungen. Als Ursache dafür

wird der unterschiedliche Bereich, in dem man Emmetropie definierte, angesehen. So gilt für

Grinninger et al. [21] nur eine Refraktion von 0 D als emmetrop. In der vorliegenden Studie

gab es keinen signifikanten Unterschied zwischen den horizontalen und vertikalen Brechwer-

ten und zwischen der Brechkraft und der Rasse, dem Geschlecht, der Widerristhöhe, dem Al-

ter, dem Hornhautradius und der Axiallänge des Auges. 3.3. Keratometrie

Die Keratometrie dient der Bestimmung des Hornhautradius bzw. der Brechkraft der Horn-

haut, wobei gilt: K = Brechkraft der Hornhaut in Dioptrien N = effektiver Brechungsindex der Hornhaut = 1,336 [41] r = Hornhautradius in Meter. Schon in früheren Studien [16, 19, 21] wurde der Hornhautradius beim Pferd ermittelt.

McMullen et al. [19] bestimmten den Radius anhand von Ultraschallbildern der Hornhaut und


34

Grinninger et al. [21] nutzten für ihre Untersuchungen ein humanmedizinisches Keratometer.

Mouney et al. [16] verglichen in ihrer Studie Hornhautradien, welche zum einen mit einem

speziellen Keratometer und zum anderen mit Ultraschall entsprechend der Methode von

McMullen bestimmt wurden. Hierbei wurden signifikante Unterschiede zwischen den Werten

der 2 Methoden festgestellt. In der vorliegenden Studie wurde ein speziell angefertigtes

Videokeratometer verwendet. Die damit ermittelten Hornhautradien stimmen mit denen von

Grinninger [21] überein, differieren jedoch von den Werten von Mouney [16] und McMullen

[19]. Somit ist davon auszugehen, dass die Untersuchungsmethode einen wesentlichen Ein-

fluss auf die Ermittlung des Hornhautradius hat. Um zukünftige Studien besser vergleichen zu

können, sollte ein einheitliches, geeignetes Verfahren bei Pferden etabliert werden. Der Auto-

rin sind bisher keine Studien bekannt, die den Einfluss einer Sedierung oder Narkose und die

Lagerung des Pferdes bzw. die Position des Pferdekopfes auf den Hornhautradius untersuch-

ten. In der vorliegenden Studie wurden die Untersuchungen an unsedierten Pferden durchge-

führt. Frühere Untersuchungen [16, 21] erfolgten jedoch narkotisiert und in Seitenlage oder

sediert mit hängendem Kopf. Nur McMullen et al. [19] untersuchte ebenfalls an unsedierten

Tieren. Die Werte der vorliegenden Studie gleichen denen von Grinninger [21] an sedierten

bzw. narkotisierten Pferden, sodass dieser Einfluss auf die Hornhautradien zum jetzigen Zeit-

punkt nicht abgeschätzt werden kann. In der vorliegenden Studie wurde festgestellt, dass der Hornhautradius von der Rasse, der

Wiederristhöhe und der Axiallänge des Auges beeinflusst wird. Je größer das Pferd und die

Axiallänge des Auges sind, desto flacher ist die Kornea. Die Rasse mit den kleineren Wider-

risthöhen (Shetland Ponys) hatte die kleineren Hornhautradien und die größeren Rassen

(Warmblut, Friesen) hatten die größeren Radien. Eine Altersabhängigkeit konnte nicht festge-

stellt werden, jedoch muss berücksichtigt werden, dass das jüngste untersuchte Pferd 2 Jahre

alt gewesen ist. Grinninger et al. [21] fanden einen positiven Zusammenhang zwischen dem

Radius und dem Alter, wobei deren erste Altersgruppe aus Pferden im Alter von 0 bis 2,5

Jahren bestand. Bei Katzen konnte ebenfalls eine Abhängigkeit zwischen Alter und Horn-

hautbrechkraft festgestellt werden. Moodie et al. [45] zeigten, dass bei Katzen ab der

9. Lebenswoche bis circa 1 Jahr die Brechkraft der Hornhaut mit steigendem Alter abnahm.

Bei älteren Katzen konnten sie keine Altersabhängigkeit mehr feststellen. Townsend et al.

[46] ermittelten im Vergleich zu Studien bei adulten Pferden bei Fohlen (jünger als 1 Jahr)


35

einen ähnlichen oder kleineren Hornhautradius. Allerdings unterscheiden sich die Methoden

und die Pferde bezüglich Rasse und Größe in den verschiedenen Untersuchungen, sodass eine

Altersabhängigkeit in jüngeren Jahren nur vermutet werden kann. Entsprechende zukünftige

Studien, in denen Fohlen verschiedener Rassen von der Geburt bis zu einem Alter von 1-2

Jahren untersucht werden, wären nützlich, um die Entwicklung der Hornhaut beim Pferd be-

stimmen zu können. Zwischen dem horizontalen und vertikalen Hornhautradius konnte ein

signifikanter Unterschied festgestellt werden. Der horizontale Radius war größer als der verti-

kale Radius. Dieser sogenannte Hornhaut-Astigmatismus ist beim Pferd physiologisch und

entsteht durch die elliptische Form der Hornhaut. Er verursacht keine wahrnehmbaren Sehstö-

rungen [47], sondern ermöglicht dem Pferd, wie auch den meisten anderen Huftieren, ein grö-

ßeres horizontales Sichtfeld. Dieses wird außerdem durch die laterale Anordnung der Augen

am Kopf ergänzt und scheint eine Anpassung an das Fressverhalten zu sein, womit ihnen ein

größerer Schutz vor Raubtieren geboten wird [48]. 3.4. Ultraschalllängenmessung

Die Ultraschalluntersuchung ist eine nichtinvasive, bildgebende Untersuchungsmethode, wel-

che für den geübten Untersucher einfach und sicher durchzuführen ist [49, 50]. Sie verursacht

beim Patienten wenig bis gar keinen Stress und kann am wachen oder sedierten Pferd durch-

geführt werden. [51, 52]. Ist eine ophthalmologische Untersuchung aufgrund von Lidschwel-

lungen oder Trübungen der Kornea, Linse oder des Glaskörpers erschwert oder nicht möglich,

so können mit Hilfe der Ultraschalluntersuchung wichtige Hinweise auf eine Erkrankung ge-

wonnen werden [53, 54]. Der B-Mode Ultraschall liefert ein zweidimensionales Bild und wird

vor allem zur Diagnose von Augenerkrankungen genutzt. Für biometrische Messungen ist er

nicht geeignet. Hamidzada und Osuobeni [22] stellten bei ihren Untersuchungen einen signi-

fikanten Unterschied zwischen den mit A-Mode und B-Mode ermittelten Werten für die Di-

cke der Kornea fest. Dieser Unterschied hat seine Ursache in der undeutlichen Abgrenzung

der Strukturen im B-Mode. Die Zacken im A-Mode ermöglichen eine schärfere Abgrenzung

der Strukturen untereinander. Daher ist für biometrische Messungen am Auge der A-Mode

Ultraschall die Methode der Wahl [55] und wird in der humanmedizinischen Kataraktchirur-

gie routinemäßig prä- und postoperativ angewendet [52].


36

Dadurch, dass sich die mit A-Mode Ultraschall ermittelte Distanz aus dem Produkt von Ultra-

schallgeschwindigkeit und Laufzeit ergibt, beeinflusst die Geschwindigkeit direkt die Grö-

ßenmessung der jeweiligen intraokulären Struktur. In früheren Studien [25-30] wurde festge-

stellt, dass es Unterschiede bezüglich der Geschwindigkeit im Linsengewebe bei verschiede-

nen Tierarten gibt. In der vorliegenden Studie wurde ein Ultraschallgerät verwendet, welches

mit den für den Menschen ermittelten Ultraschallgeschwindigkeiten arbeitet. Da im ersten

Teil dieser Studie festgestellt wurde, dass es einen signifikanten Unterschied zwischen den

Geschwindigkeiten in den Linsen von Pferden und Menschen gibt, wurden die Werte für die

Linsen um den Faktor 1,008 korrigiert. Wie schon in früheren Untersuchungen [16, 21, 56,

57] festgestellt, konnte auch in dieser Studie ein positiver Zusammenhang zwischen der Axi-

allänge und der vorderen Augenkammertiefe, der Linsendicke, der Glaskörperlänge, der Wi-

derristhöhe, dem Alter und dem Hornhautradius nachgewiesen werden. Zwischen den Werten

der linken und rechten Augen wurde kein signifikanter Unterschied festgestellt. 3.5. IOL-Berechnung

Zur Berechnung der Brechkraft von IOL gibt es in der Humanmedizin 2 verschiedene For-

melarten. Zum einen die theoretischen Formeln und zum anderen die empirischen Formeln.

Zu den theoretischen oder physikalisch-optischen Formeln gehören u. a. die von Fyodorov,

Colenbrander, van der Heijde, Binkhorst und Retzlaff [58]. Sie basieren auf geometrisch-

schematischen Modellen und wurden alle unabhängig voneinander entwickelt. Obwohl sie

sich in ihrer Form unterscheiden, lassen sie sich mit Hilfe der Algebra alle in die Retzlaff-

Formel umwandeln [58]. Retzlaff Formel: , wobei gilt: P = IOL-Stärke, N = Brechungsindex für Kammerwasser und Glaskörper,

L = Axiallänge, K = Brechkraft der Hornhaut und C = postoperative Vorderkammertiefe. So-

mit werden die theoretischen Formeln von diesen 4 Variablen beeinflusst [59]. Im Gegensatz dazu beruhen die empirischen Regressionsformeln auf der statistischen Analyse

von Refraktionsergebnissen nach IOL Implantationen [60]. Unter Verwendung von individu-

ellen Linsenkonstanten, wie z. B. die A-Konstante in der SRK-Formel oder der surgeon factor

in der Holladay Formel werden prä-, intra- und postoperative Einflussgrößen auf die IOL-


37

Stärke berücksichtigt [61]. In der Vergangenheit konnte gezeigt werden [58, 59], dass die

Regressionsformeln wesentlich genauere Ergebnisse lieferten als die theoretischen Formeln.

Da jedoch die in den Regressionsformeln verwendeten Konstanten spezifisch für humane IOL

sind, lassen sich diese nicht in der Tiermedizin anwenden. Deswegen wurden in der vorlie-

genden Studie die theoretischen Formeln nach Retzlaff und Binkhorst verwendet. Die in der

vorliegenden Studie ermittelten Werte für die Brechkraft von IOL bei den verschiedenen Ras-

sen liegen zwischen 18,03 und 19,55 D. Diese sind wesentlich geringer als Werte aus frühe-

ren Studien (29,91 D; 29,0 D; 22 – 23 D) [16, 19]. Die Ursache dafür wird in den verschiede-

nen Methoden zur Bestimmung der Brechkraft der Kornea, der Axiallängen und der postope-

rativen Vorderkammertiefe gesehen. McMullen et al. [11] fanden in ihren Untersuchungen

heraus, dass eine 18 D IOL am ehesten geeignet ist, um Emmetropie beim erwachsenen Pferd

herzustellen. Allerdings konnte in 2 weiteren Studien [46, 62] Emmetropie unter Verwendung

einer 14 D IOL erreicht werden. Aufgrund der aktuellen Ergebnisse und denen aus früheren

Studien [11, 46, 62, 63] sollte eine Standard-IOL für Pferde eine Brechkraft zwischen 14 und

18,5 D haben. Um sicherere Aussagen treffen zu können, welche IOL am geeignetsten für das

Pferd ist, müssen v. a. Refraktionsmessungen nach einer IOL-Implantation durchgeführt wer-

den. Außerdem wäre es für neue Studien von Vorteil, wenn standardisierte Methoden und

Geräte verwendet würden, damit die Ergebnisse besser vergleichbar sind.

Bei Patienten mit einer Katarakt ist eine Operation die einzige Behandlungsmöglichkeit, um

die Sehfähigkeit wiederherzustellen. Beim Pferd wurden solche Operationen auch schon er-

folgreich durchgeführt. Jedoch unterscheidet sich die Operation beim Pferd wesentlich von

der Kataraktoperation beim Kleintier oder beim Menschen. Hierfür müssen pferdespezifische

chirurgische Geräte und Instrumente vorhanden sein. Zusätzlich ist zu beachten, dass eine

solche Operation mit hohen Kosten für den Pferdbesitzer einhergeht. Häufig gibt es postope-

rative Komplikationen und nicht alle Pferde zeigen sich bei der langandauernden Behandlung

kooperativ und können dabei für den Besitzer gefährlich werden. Aus diesen Gründen sollte

eine praktische, kosteneffektive und vernünftige Therapie in Betracht gezogen werden [3].

Zusammenfassung

38

4. Zusammenfassung

Ulrike Meister: Biometrische Studien am Pferdeauge: Ultraschalluntersuchung, Keratometrie und Retinoskopie

Ziel dieser Studie war die Ermittlung der Ultraschallgeschwindigkeiten in Kammerwasser,

Linse und Glaskörper von Pferdeaugen und deren Beeinflussung durch das Alter, die Tempe-

ratur, das Geschlecht und die Zeitspanne nach der Enukleation. Entsprechende Umrechnungs-

faktoren wurden bestimmt. Außerdem wurden die Brechkraft des Auges, intraokuläre Längen

und der Hornhautradius bei Pferden ermittelt und der Einfluss von Rasse, Größe, Geschlecht

und Alter auf die ermittelten Werte sowie der Unterschied zwischen dem rechten und linken

Auge untersucht. Diese Werte wurden genutzt, um die Intraokularlinsenstärke mit den theore-

tischen Formeln nach Binkhorst und Retzlaff zu bestimmen.

Für die Ultraschallgeschwindigkeitsmessungen wurden Pferdeaugen vom Schlachthof ge-

wonnen. Nach der Enukleation wurde jedes Auge untersucht und nur gesunde Augen wurden

für die Messungen verwendet. Die ermittelten Ultraschallgeschwindigkeiten bei 36°C für

Kammerwasser, Linse und Glaskörper betragen 1529±10 m/s, 1654±29 m/s und 1527±16 m/s

und die entsprechenden Umrechnungsfaktoren sind 0,998±0,007, 1,008±0,018 und

0,997±0,010.

Es konnte kein signifikanter Unterschied zwischen den Ultraschallgeschwindigkeiten der ver-

schiedenen Gewebe und der Zeit zwischen der Enukleation und der Untersuchung bzw. der

Lagerung der Augen festgestellt werden. Im Gegensatz zur Ultraschallgeschwindigkeit im

Linsengewebe, welche im Temperaturbereich von 32°C – 40°C keinen Unterschied zeigte,

stiegen die Ultraschallgeschwindigkeiten in Kammerwasser und Glaskörper linear mit stei-

gender Temperatur. Das Geschlecht und das Alter hatten in der vorliegenden Studie keinen

Einfluss auf die Ultraschallgeschwindigkeiten. Hierzu muss jedoch erwähnt werden, dass die

untersuchten Pferde ein Alter von 6 bis 22 Jahren hatten und somit jüngere und ältere Pferde

nicht in der Auswertung berücksichtigt werden konnten.

Bei Längenmessungen am Pferdeauge werden überwiegend humanmedizinische Ultraschall-

geräte mit entsprechenden Geschwindigkeiten verwendet. Um hierbei genaue Werte ermitteln

zu können, ist es erforderlich, dass die Werte für die Linse um den ermittelten Umrechnungs-

Zusammenfassung

39

faktor korrigiert werden. Die Umrechnungsfaktoren für Kammerwasser und Glaskörper kön-

nen vernachlässigt werden.

Für die Retinoskopie und die biometrischen Messungen mittels A-Mode Ultraschall und

Videokeratometer wurden nur augengesunde Pferde verwendet. Die Retinoskopie wurde mit

einem Strich-Retinoskop und 2 Skiaskopieleisten durchgeführt. In der vorliegenden Studie

waren 92,8% der untersuchten Augen emmetrop (-1D – 1D). Myopie trat in 4,1% und

Hyperopie in 3,1% der untersuchten Augen auf. Anisometropie konnte bei 6 Pferden festge-

stellt werden. Die Bestimmung der Hornhautradien erfolgte mittels eines speziell angefertig-

ten Videokeratometers. Die ermittelten horizontalen und vertikalen Hornhautradien jedes Au-

ges wurden gemittelt.

Die Ultraschalllängenmessung erfolgte mit einem humanmedizinischen Ultraschallgerät. Die

Linsendicken wurden um den ermittelten Umrechnungsfaktor von 1,008 korrigiert. Rasseab-

hängig (Haflinger, Friese, Pony, Shetland Pony, Warmblut) wurden die Mittelwerte für die

Vorderkammertiefe, die Linsendicke, die Glaskörperlänge und die Axiallänge bestimmt. Au-

ßerdem wurde die postoperative Vorderkammertiefe mit der Formel berechnet.

Mit den theoretischen Formeln von Binkhorst und Retzlaff wurde die IOL-Stärke berechnet.

Die Mittelwerte betragen 18,73 D mit der Binkhorst-Formel 18,54 D mit der Retzlaff-Formel.

Kataraktoperationen ohne IOL-Implantationen resultieren in einem weitsichtigen und visuell

beeinträchtigten Pferd. Solche Pferde können sich ungewöhnlich verhalten, sind schreckhafter

und können für den Reiter schwer einschätzbar sein.

Von den kommerziell erhältlichen scheint die 18 D IOL am geeignetsten zu sein, um

Emmetropie nach einer Linsenextraktion herzustellen.

Summary

40

5. Summary

Ulrike Meister: Ophthalmic biometric studies in horses: ultrasonographic, keratometric and retinoscopic evaluations The purpose of this study was to determine the velocity of ultrasound in equine aqueous hu-

mor, lens and vitreous body in relationship to the factors age, temperature, gender and elapsed

time after enucleation. Appropriate conversion factors have been calculated. Furthermore, the

degree of refraction, intraocular distances and corneal curvature of the horses` eyes were de-

tected and the effect of breed, height at the withers, gender, age and differences between the

left and right eyes were determined. These values were used to calculate the expected IOL

power with the Binkhorst and Retzlaff theoretical formulas.

For the measurements of the ultrasound velocities the equine eyes were obtained from several

slaughterhouses. After the enucleation every globe was examined and only healthy eyes were

used for the measurements. The determined values of ultrasound velocities at 36°C through

aqueous humor, lens and vitreous body were 1529±10 m/s, 1654±29 m/s and 1527±16 m/s

and the conversion factors were 0.998±0.007, 1.008±0.018 and 0.997±0,010.

There was no significant difference between the ultrasound velocities of the several optical

media and the elapsed time after enucleation till examination and storage of the eyes respec-

tively. In contrast the ultrasound velocity in lens tissue, which did not indicate a difference in

the temperature range of 32-40°C, the ultrasound velocities in aqueous humor and vitreous

body increased with increasing temperature. In the present study age and gender of the horses

did not influence the ultrasound velocities. However, it must be mentioned that the examined

horses had an age of 6 to 22 years. Hence very young and very old horses could not be con-

sidered in the evaluation. Measurements of equine intraocular distances were mainly obtained

by the use of human ultrasound devices with appropriate ultrasound velocities. To obtain ac-

curate lens values it is necessary to correct the lens values by the determined conversion fac-

tor. For aqueous humor and vitreous body, the conversion factors could be neglected. Only

horses with healthy eyes were used for retinoscopy and biometric measurements by use of A-

mode ultrasound and a videokeratometer. Streak retinoscopy was performed with a streak

retinoscope and two skiascopy bars. In the present study 92.8 % of the examined eyes were

Summary

41

emmetrop (-1D – 1D). Of the examined eyes 4.1 % were myopic and 3.1 % were hyperopic.

Anisometropia occurred in 6 horses. Determination of the corneal radii occurred by using a

custom-made video-keratometer. The determined horizontal and vertical corneal radii of each

eye were averaged.

A-mode ultrasonography was conducted using a human ultrasonographic device. Lens thick-

ness were corrected by the determined conversion factor of 1.008. Depending on the breed

(Haflinger, Friesian, Pony, Shetland pony, Warmblood) the mean anterior chamber depth,

lens thickness, vitreous body length and axial length of the globe were determined. Further-

more the postoperative anterior chamber depth were calculated by the use of the formula

.

For IOL power calculation the Binkhorst and Retzlaff theoretical formulas were used. Mean

predicted IOL power were 18.73 D with the Binkhorst formula and 18.54 D with the Retzlaff

formula.

Catarakt surgery without IOL implantation results in a hyperopic and visually compromised

horse. Such horses could show abnormal behavior and the rider faces an unpredictable, fright-

ened horse.

Of the commercially available the IOL with 18 D appears to be the most appropriate to

achieve emmetropia after lens extraction.

Literaturverzeichnis

42

6. Literaturverzeichnis

1. Brooks DE, Matthews AG: Equine Ophthalmology. In: Vet Ophthalmol. 4th edn. Edited by Gelatt KN. Ames, Iowa: Blackwell Pub; 2007: 1165–1274.

2. Miller PE, Murphy C: Equine vision. In: Equine ophthalmology. 2nd edn. Edited by Gilger BC. Maryland Heights: Elsevier/Saunders; 2010: 397-433.

3. Colitz CMH, McMullen RJ: Diseases and surgery of the lens. In: Equine ophthalmology. 2nd edn. Edited by Gilger BC. Maryland Heights: Elsevier/Saunders; 2010: 282-314.

4. Gilger BC: Equine Opthalmology. In: Vet Ophthalmol. 5th ed edn. Edited by Gelatt KN, Gilger BC, Kern TJ. Ames, Iowa: Blackwell Pub; 2013: 1560-1609.

5. Stades FC: Praktische Augenheilkunde für den Tierarzt, 3., überarb. und erw. Aufl. edn. Hannover: Schlüter; 2006: XII, 258 S.

6. Davidson MG, Nelms SR: Diseases of the Lens and Cataract Formation. In: Vet Ophthalmol. 5th ed edn. Edited by Gelatt KN, Gilger BC, Kern TJ. Ames, Iowa: Blackwell Pub; 2013: 1199-1233.

7. Ramsey DT, Ewart SL, Render JA, Cook CS, Latimer CA: Congenital ocular abnormalities of Rocky Mountain Horses. Vet Ophthalmol 1999, 2(1):47-59.

8. Whitley RD, Meek LA, Millichamp NJ, McRae EE, Priehs DR: Cataract surgery in the horse: a review of six cases. Equine Vet J 1990(10):85-90,Supplement.

9. Eule C: Linsentrübungen – diagnostische und therapeutische Möglichkeiten. Tierarztl Umsch 2008, 63(3):164-167.

10. Edelmann ML, McMullen R, Stoppini R, Clode A, Gilger BC: Retrospective evaluation of phacoemulsification and aspiration in 41 horses (46 eyes): visual outcomes vs. age, intraocular lens, and uveitis status. Vet Ophthalmol 2014, 17:160-167.

11. McMullen RJ, Davidson MG, Campbell NB, Salmon JH, Gilger BC: Evaluation of 30-and 25-diopter intraocular lens implants in equine eyes after surgical extraction of the lens. Am J Vet Res 2010, 71(7):809-816.

12. Millichamp NJ, Dziezyc J: Cataract phacofragmentation in horses. Vet Ophthalmol 2000, 3(2-3):157-164.

13. Dziezyc J, Millichamp NJ, Keller CB: Use of phacofragmentation for cataract removal in horses: 12 cases (1985-1989). J Am Vet Med Assoc 1991, 198(10):1774-1778.

14. Fife TM, Gemensky-Metzler AJ, Wilkie DA, Colitz CM, Bras ID, Klages DC: Clinical features and outcomes of phacoemulsification in 39 horses: a retrospective study (1993-2003). Vet Ophthalmol 2006, 9(5):361-368.

15. Farrall H, Handscombe MC: Follow-up report of a case of surgical aphakia with an analysis of equine visual function. Equine veterinary journal Supplement 1990(10):91-93.

16. Mouney MC, Townsend WM, Moore GE: Association of height, body weight, age, and corneal diameter with calculated intraocular lens strength of adult horses. Am J Vet Res 2012, 73(12):1977-1982.

17. Gaiddon J, Rosolen SG, Steru L, Cook CS, Peiffer R: Use of biometry and keratometry for determining optimal power for intraocular-lens implants in dogs. Am J Vet Res 1991, 52(5):781-783.


43

18. Gilger BC, Davidson MG, Howard PB: Keratometry, ultrasonic biometry, and prediction of intraocular lens power in the feline eye. Am J Vet Res 1998, 59(2):131-134.

19. McMullen RJ, Gilger BC: Keratometry, biometry and prediction of intraocular lens power in the equine eye. Vet Ophthalmol 2006, 9(5):357-360.

20. Plummer CE, Ramsey DT, Hauptman JG: Assessment of corneal thickness, intraocular pressure optical corneal diameter, and axial globe dimensions in Miniature Horses. Am J Vet Res 2003, 64(6):661-665.

21. Grinninger P, Skalicky M, Nell B: Evaluation of healthy equine eyes by use of retinoscopy, keratometry, and ultrasonographic biometry. Am J Vet Res 2010, 71(6):677-681.

22. Hamidzada WA: Effect of preservation on the dimensions of ocular components of the one-humped camel (Camelus dromedarius). Med Sci Res 1999, 27(2):141-144.

23. Coleman DJ, Lizzi FL, Jack RL: Ultrasonography of the eye and orbit. Philadelphia: Lea & Febiger; 1977: XIV, 376 S.

24. Jansson F, Kock E: Determination of velocity of ultrasound in humman lens and vitreous. Acta Ophthalmol 1962, 40(4):420-&.

25. Görig C, Varghese T, Stiles T, van den Broek J, Zagzebski JA, Murphy CJ: Evaluation of acoustic wave propagation velocities in the ocular lens and vitreous tissues of pigs, dogs, and rabbits. Am J Vet Res 2006, 67(2):288-295.

26. Osuobeni EP, Hamidzada WA: Determination of sound velocity in the lens of the one-humped camel (Camelus dromedarius). Med Sci Res 1998, 26(4):267-269.

27. Oksala A, Lehtinen A: Measurement of the velocity of sound in some parts of the eye. Acta Ophthalmol 1958, 36((4)):633-639.

28. Hamidzada WA, Osuobeni EP: Ultrasound velocity in the aqueous and vitreous humours of the one-humped camel (Camelus Dromedarius). Clin Exp Optom 1998, 81(5):222-227.

29. Schiffer SP, Rantanen NW, Leary GA, Bryan GM: Biometric study of the canine eye, using a-mode ultrasonography. Am J Vet Res 1982, 43(5):826-830.

30. Jansson F, Sundmark E: Determination of velocity of ultrasound in ocular tissues at different temperatures. Acta Ophthalmol 1961, 39(5):899-&.

31. Hamidzada WA: Determination of sound velocity in the preserved lens of the one-humped camel (Camelus dromedarius). Med Sci Res 1998, 26(6):429-430.

32. Osuobeni EP: The effect of preservation on the velocity of sound through the ocular fluids of the one-humped camel (Camelus dromedarius). Med Sci Res 1998, 26(7):503-504.

33. Dekorte CL, Vandersteen AFW, Thijssen JM, Duindam JJ, Otto C, Puppels GJ: Relation between local acoustic parameters and protein distribution in human and porcine eye lenses. Exp Eye Res 1994, 59(5):617-627.

34. Hedrick WR, Hykes DL, Starchman DE: Ultrasound physics and instrumentation, 3. ed edn. St. Louis [u.a.]: Mosby; 1995.

35. Rosenbluth RF, Fatt I: Temperature-measurements in eye. Exp Eye Res 1977, 25(4):325-341.

36. Thijssen JM, DeKorte CL, VanderSteen AFW, Duindam JJ, Otto C, Puppels GJ: Acoustic characteristics of the eye lens, vol. 61. Dordrecht: Kluwer Academic Publ; 1997: 483-496


44

37. Shaw EM, Williams TR, Koenig JL: Structure and regional water-content of bovine, porcine, and human lenses examined with proton nuclear-magnetic-resonance imaging. Ophthalmic Res 1995, 27(5):268-276.

38. Siebinga I, Vrensen G, Demul FFM, Greve J: Age-related changes in local water and protein content of human eye lenses measured by raman microspectroscopy. Exp Eye Res 1991, 53(2):233-239.

39. Coleman DJ, Lizzi FL, Franzen LA, Abramson DH: Determination of velocity of ultrasound in cataractous lenses. Biblio Ophthalmol 1975(83):246-251.

40. Vanderheijde GL, Weber J: Accommodation used to determine ultrasound velocity in the human lens. Optom Vis Sci 1989, 66(12):830-833.

41. Ofri R: Optics and physiology of vision. In: Vet Ophthalmol. 4th edn. Edited by Gelatt KN. Ames, Iowa: Blackwell Pub; 2007: 183-219.

42. Bracun A, Ellis AD, Hall C: A retinoscopic survey of 333 horses and ponies in the UK. Vet Ophthalmol 2014, 17:90-96.

43. McMullen RJ, Davidson MG, Gilger BC: The effect of 1% tropicamide-induced mydriasis and cycloplegia on spherical refraction of the adult horse. Vet Ophthalmol 2014, 17(2):120-125.

44. Murphy CJ, Howland HC: Owl eyes: Accommodation, corneal curvature and refractive state. J Comp Physiol 1983, 151(3):277-284.

45. Moodie KL, Hashizume N, Houston DL, Hoopes PJ, Demidenko E, Trembly BS, Davidson MG: Postnatal development of corneal curvature and thickness in the cat. Vet Ophthalmol 2001, 4(4):267-272.

46. Townsend WM, Jacobi S, Bartoe JT: Phacoemulsification and implantation of foldable +14 diopter intraocular lenses in five mature horses. Equine Vet J 2012, 44(2):238-243.

47. Tóth J, Hollerrieder J, Sótonyi PT: Augenheilkunde beim Pferd. Lehrbuch und Atlas. Stuttgart: Schattauer; 2010: XI, 292 S.

48. Samuelson DA: Ophthalmic Anatomy. In: Vet Ophthalmol. 4th edn. Edited by Gelatt KN. Ames, Iowa: Blackwell Pub; 2007: 37-148.

49. Scotty NC, Cutler TJ, Brooks DE, Ferrell E: Diagnostic ultrasonography of equine lens and posterior segment abnormalities. Vet Ophthalmol 2004, 7(2):127-139.

50. Hallowell GD, Bowen IM: Practical ultrasonography of the equine eye. Equine Vet Educ 2007, 19(11):600-605.

51. Eisenberg HM: Ultrasonography of the eye and orbit. The Veterinary clinics of North America Small animal practice 1985, 15(6):1263-1274.

52. Mettenleiter EM: Sonographic diagnosis (B-mode technique) for the eyes in horses. 1. Methods and normal findings. Tierarztl Prax 1995, 23(5):481-488.

53. Mettenleiter EM: Sonographic diagnosis (B-mode techniques) for the eyes of horses. 2. Pathological cases. Tierarztl Prax 1995, 23(6):588-595.

54. Hamidzada WA, Osuobeni EP: Agreement between a-mode and b-mode ultrasonography in the measurement of ocular distances. Vet Radiol Ultrasound 1999, 40(5):502-507.

55. Mattoon JS, Nyland TG: Small animal diagnostic ultrasound, 2nd edn. Philadelphia: Saunders; 2002: XV, 461 S.

56. Badial PR, Cisneros-Alvarez LE, Brandao CVS, Ranzani JJT, Tomaz M, Machado VM, Borges AS: Ocular dimensions, corneal thickness, and corneal curvature in


45

quarter horses with hereditary equine regional dermal asthenia. Vet Ophthalmol 2015, 18(5):385-392.

57. Herbig LE, Eule JC: Central corneal thickness measurements and ultrasonographic study of the growing equine eye. Vet Ophthalmol 2015, 18(6):462-471.

58. Retzlaff J: A new intraocular lens calculation formula. J Am Intraocul Implant Soc 1980, 6(2):148-152.

59. Sanders D, Retzlaff J, Kraff M, Kratz R, Gills J, Levine R, Colvard M, Weisel J, Loyd T: Comparison of the accuracy of the Binkhorst, Colenbrander, and SRK implant power prediction formulas. J Am Intraocul Implant Soc 1981, 7(4):337-340.

60. Hoffer KJ: Intraocular lens implant power calculation, selection, and ocular biometry. In: Cataract surgery techniques, complications, and management. 2nd. ed. edn. Edited by Steinert RF. Philadelphia: Saunders; 2004: 31-41.

61. Holladay JT: Standardizing constants for ultrasonic biometry, keratometry, and intraocular lens power calculations. J Cataract Refract Surg 1997, 23(9):1356-1370.

62. Harrington JT, McMullen RJ, Clode AB, Gilger BC: Phacoemulsification and +14 diopter intraocular lens placement in a Saddlebred foal. Vet Ophthalmol 2013, 16(2):140-148.

63. McMullen RJ, Jr., Utter ME: Current developments in equine cataract surgery. Equine Vet J 2010(37):38-45, Supplement.

Danksagung

46

7. Danksagung

Mein ganz besonderer Dank geht an Prof. Dr. Michael Boevé und Prof. Dr. Bernhard Ohne-

sorge für die Übernahme der wissenschaftlichen Betreuung dieser Dissertation, die schnelle

und unkomplizierte Beantwortung von Fragen, Ihrer Motivation durchzuhalten und Ihrer Ge-

duld. Ohne Sie wäre die Durchführung dieser Arbeit nicht möglich gewesen.

Ich möchte mich herzlich bei Dr. Christiane Görig bedanken für die vielen Stunden bei der

Versuchsdurchführung und der Einarbeitung in die Thematik. Vielen Dank für die gewährten

Möglichkeiten und die schöne, interessante und lehrreiche Zeit.

Dr. Daniel Körner möchte ich ganz herzlich danken für seine Hilfsbereitschaft, den wissen-

schaftlichen Austausch und die Unterstützung bei den Experimenten und der statistischen

Auswertung. Vielen Dank für die vielen schönen Stunden.

Dr. Hubertus Haan gebührt ein großer Dank für seine unermüdliche Unterstützung bei allen

Fragestellungen bezüglich der Keratometrie. Vielen Dank für Ihre Hilfestellung bei Proble-

men, Denkanstößen, netten Gesprächen und Ihr anhaltendes Interesse.

Dr. Christopher Murphy danke ich für die Bereitstellung des Keratometers und seiner Mitwir-

kung an der Publikation.

Ich danke Linda Maack von ganzem Herzen für die vielen Abende und die Unterstützung bei

der Literaturrecherche und –bearbeitung.

Ich danke allen Pferdebesitzern für die Unterstützung bei der Durchführung der Messungen.

Maxi Schönefeldt danke ich für die konstruktiven und unkomplizierten Korrekturen.

Danksagung

47

Der Firma Acri.Tec.AG, vertreten durch Ingeborg Fromberg, danke ich für die Bereitstellung

der Geräte.

Ich danke meinen Eltern Fred und Angelika Meister und meiner Schwester Kathrin Meister

für die moralische Unterstützung.

Ganz herzlich möchte ich mich bei meinen Freundinnen Ines Weber, Nancy Tischler, Katja

Loßner und Julia Nestler für Eure Freundschaft, die schönen gemeinsamen Momente und Eu-

re Unterstützung bedanken.

Meinem Freund Heiner Mertins danke ich von ganzem Herzen für all seine Liebe, seine Un-

terstützung und sein Vertrauen.

Unseren großartigen Kindern Charlotte und Hans danke ich für Euer Verständnis, dass die

Mama noch was „lernen“ muss, Eurer Lebensfreude, mit der ihr unermüdlich an das Wesent-

liche im Leben erinnert und Eurer bedingungslosen Liebe.

Jede Trübung der Augenlinse, bezeichnet als Katarakt, führt zu einer mehr oder weniger ausge-prägten Visusbeeinträchtigung. Meist sind die in ihrem Sehvermögen eingeschränkten Pferde für bestimmte Nutzungsrichtungen nicht mehr geeignet. Aufgrund des Risikos für Selbstverletzungen und der bestehenden Wertminderung werden daher beidseitig erblindete Pferde häufig eutha-nasiert. Zur Behandlung einer Katarakt ist eine sog. Kataraktoperation erforderlich, bei der die ge-trübte Linse entfernt wird. Früher wurden die Pferde dabei häufig aphak, d.h. ohne Linse, gelassen, so dass postoperativ eine starke Weitsichtigkeit die Folge war. Um diese Fehlsichtigkeit auszuglei-chen, sind heutzutage Intraokularlinsen für Pferde verfügbar. Messdaten zur Bestimmung einer optimalen Intraokularlinsenstärke fehlten allerdings bisher für das Pferd. In der vorliegenden Studie wurden diese biometrische Messdaten ermittelt, nämlich an enukleierten Pferdeaugen die Ultraschallgeschwindigkeiten in Kammerwasser, Linse und Glasköper sowie an gesunden Pferden die Brechkraft, Axiallänge, Vorderkammertiefe, Linsendicke, Glaskörperlänge und der Hornhaut-radius. Mit Hilfe der theoretischen Formeln nach Retzlaff und Binkhorst wurde auf der Grundlage dieser Messdaten eine optimale Intraokluarlinsenstärke für eine Einheitslinse für Pferde berech-net. So ergab sich, dass eine Emmetropie beim Pferd nach einer Linsenextraktion vorzugsweise mit der kommerziell erhältlichen Intraokularlinse der Stärke 18D erzielt werden kann.

Wissenschaftliche Reihe der Klinik für PferdeForschung ist die Grundlage des Gewinns neuer Erkenntnisse. Die Herausgeber be-schäftigen sich seit vielen Jahren mit der wissenschaftlichen Bearbeitung von un-terschiedlichen Aspekten der Pferdemedizin. Diese wissenschaftliche Reihe verfolgt das Ziel, Ergebnisse, die im Rahmen von Dissertationen an der Klinik für Pferde der Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover erarbeitet wurden, anderen Wis-senschaftlern und einer interessierten Öffentlichkeit zugänglich zu machen. Damit wird kontinuierlich eine umfassende Darstellung aktueller wissenschaftlicher The-men veröffentlicht.

ISSN 2194-6647

Documents

Biometrische Studien am Pferdeauge ...uveitis (ERU) oder auch Mondblindheit genannt [3, 8]. Zu den Katarakt auslösenden Faktoren Einleitung 8 gehören weiterhin systemische oder metabolische