A Comparative Analysis of Methods for Calculating IOL Power: Combination of Three Corneal Power and Two Axial Length Measuring Techniques

Abstract

Background: At present time, cataract surgery is one of the most frequently performed and successful operations in the world. As cataract surgery technology and intraocular lens technology have improved remarkable and become safe, the patients have been expecting better postoperative refractive results, which are determined by the precise intraocular lens (IOL) power calculation. While there are multiple techniques and methods to measure corneal power and axial length necessary for different IOL calculation formulae, the question is how far different corneal power measurement devices in combination with axial length measurement devices can be considered interchangeable in calculation of IOL power; and if they are not interchangeable, how this affects the constants in IOL power calculation formula.

Purpose: The purpose of this study is to compare different devices for measuring of corneal power and axial length as well as to investigate retrospectively the effect of optimizing the A-constants for the SRK II IOL power calculation formula with respect to the refractive outcome of the patients. The results of IOL power calculation with optimized A-constant using the combination of three corneal power and two axial length measuring devices were assessed and compared to each other.

Patients and methods: 39 eyes of 35 patients with age-related cataract were scheduled for cataract surgery with IOL implantation. The age of the patients at the time of the cataract surgery ranged between 50 and 82 years (mean 69±8.5 yr.). Axial length was measured preoperatively with ultrasound biometry (A1) and IOLMaster (A2); corneal power was measured with manual keratometer (K1), IOLMaster (K2) and corneal topography (K3). Subjective refractive outcome was assessed 3 months postoperatively. A-constant optimization was used in calculation of theoretical IOL power to predict refractive error retrospectively for the combination of two axial length and three corneal power measuring techniques.

Results: The results of current study revealed that preoperatively IOLMaster biometry produces statistically significant larger axial length measurements (mean difference 0.31±0.32 mm, r=0.97, P<.001) and anterior chamber depth measurements (mean difference 0.18±0.36 mm, r=0.73, P<.01) than applanation ultrasound. The predicted refractive error in form of mean numerical error (MNE) was -0.07±1.14, 0.03±0.94, -0.05±0.91, -0.01±0.74, -0.05±0.97 and -0.02±0.81(SD) D for six device combinations A1K1, A2K1, A1K2, A2K2, A1K3 and A2K3 respectively, the mean absolute error (MAE) was 0.86±0.74, 0.70±0.62, 0.71±0.56, 0.61±0.41, 0.77±0.57 and 0.67±0.44(SD) D for six device combinations A1K1, A2K1, A1K2, A2K2, A1K3 and A2K3 respectively.

Conclusion: Best predicted refractive outcome for cataract patients (with no previous corneal surgery) was achieved by combination A2K2 – meaning both axial length and corneal power measured with IOLMaster, closely followed by the combination A2K3 - combination of axial length measured with IOL Master and corneal power measured with corneal topography; the difference between them is minimal and practically irrelevant clinically. The least accurate combination is A1K1 – combination of axial length measured with ultrasound and corneal power measured with manual keratometry. However, it confirms our understanding that the axial length measurement is critical for the precision of the IOL formula, being best with optical axial length measurements. Retrospective analysis of results showed that corneal power and axial length values for IOL power calculation, obtained by different devices, generate different refractive outcome in terms of mean absolute error even by optimizing of A-constant. The A-constant, integrating all occurring approximations, thus is not only specific for an IOL; it is also specific for the combination of measurement methods and devices used.

Hintergrund: Die Katarakt-Operation ist heute eine der weltweit am meisten durchgeführten und erfolgreichsten Operationen. Sowohl die Operationstechnik als auch die Fertigung der Intraokularlinsen hat Fortschritte gemacht. Somit hat sich der postoperative Refraktionszustand der Patienten verbessert, welcher auch maßgeblich durch die präzise Berechnung der Brechkraft der Intraokularlinse (IOL) bestimmt wird. Da es verschiedene Techniken und Methoden zur Messung der Hornhautbrechkraft und Augenlänge gibt, beides Größen welche für die Berechnung der IOL notwendig sind, stellt sich die Frage wie austauschbar die Messmethoden und Geräte bezüglich der Intraokularlinsenberechnung sind; und falls dies nicht der Fall ist, wie dies die Konstanten der Formeln zur Intraokularlinsenberechnung beeinflusst.

Zielsetzung: In dieser Arbeit werden verschiedene Geräte zur Vermessung der Hornhautbrechkraft und Augenlänge verglichen und retrospektive untersucht, wie sich die Optimierung der A-Konstanten für die SRK II IOL Berechungsformel im Hinblick auf den Refraktionszustand des Patienten nach der Operation auswirkt. Die Ergebnisse der IOL Berechnung mit optimierten A-Konstanten für die Kombination von drei Geräten zur Vermessung der Hornhautbrechkraft und zwei Geräten zur Augenlängenmessung wurden untersucht und miteinander verglichen.

Patienten und Methoden: 39 Augen von 35 Patienten mit altersbedingtem Katarakt wurden einer Operation unterzogen. Das Alter der Patienten zum Zeitpunkt der Operation lag zwischen 50 and 82 Jahren (im Durchschnitt 69±8,5 Jahre). Die Augenlänge wurde präoperativ mit Ultraschall (A1) und dem IOLMaster (A2) gemessen; die Hornhautbrechkraft wurde mit einem manuellen Keratometer (K1), dem IOLMaster (K2) und einem Topographie-System (K3) gemessen. Der Refraktionszustand wurde subjektiv 3 Monate nach der Operation bestimmt. Retrospektive wurde eine Optimierung der A-Konstanten für die verschiedenen Kombinationen der zwei Methoden zur Längenmessung und der drei Methoden zur Hornhautbrechkraftmessung durchgeführt, und der theoretisch zu erwartende Refraktionszustand simuliert.

Ergebnisse: Statistisch signifikant höher waren die mit dem IOLMaster präoperativ ermittelten Werte im Vergleich zum Applanations-Ultraschall, sowohl für die Augenlänge (durchschnittliche Differenz 0,31±0,32 mm, r=0,97, P<,001), als auch für die Vorderkammertiefe (durchschnittliche Differenz 0,18±0,36 mm, r=0,73, P<,01). Der mittlere numerische Fehler (MNE) des vorhergesagten Refraktionszustands war -0,07±1,14, 0,03±0,94, -0,05±0,91, -0,01±0,74, -0,05±0,97 und -0,02±0,81(SD) D für die sechs Gerätekombinationen A1K1, A2K1, A1K2, A2K2, A1K3 and A2K3, während der mittlere absolute Fehler (MAE) 0,86±0,74, 0,70±0,62, 0,71±0,56, 0,61±0,41, 0,77±0,57 und 0,67±0.44(SD) D für die sechs Kombinationen A1K1, A2K1, A1K2, A2K2, A1K3 und A2K3 betrug.

Zusammenfassung: Der vorhergesagte Refraktionszustand war am besten mit der Kombination A2K2 – d.h. wenn sowohl die Augenlänge als auch die Hornhautbrechkraft mit dem IOLMaster gemessen wurden; nur etwas schlechter ist die Kombination A2K3 – die Kombination von Augenlängenmessung mit dem IOLMaster und Hornhaut mittels Topographie-System; der Unterschied ist minimal und klinisch praktisch unerheblich. Die am wenigsten präzise Kombination war A1K1 – die Kombination aus Augenlängenmessung mit Ultraschall und der manuellen Keratometrie. Zusammenfassend bestätigt dieses Ergebnis die Wichtigkeit der Augenlängenmessung für die Genauigkeit der Intraokularlinsenberechnung, insbesondere profitiert diese von der optischen Längenmessmethode. Die retrospektive Analyse zeigt, dass die Verwendung von verschiedenen Messgeräten für Hornhautbrechkraft und Augenlänge in der Intraokularlinsenberechnung bezogen auf den mittleren absoluten Fehler des erstrebten Refraktionszustandes zu unterschiedlichen Ergebnissen führen kann, selbst wenn die A-Konstanten zuvor optimiert wurden. Da die A-Konstante alle auftretenden Abweichungen kompensiert, ist nicht nur spezifisch für eine bestimmte IOL; sie hängt ebenfalls von der Kombination der verwendeten Messgeräte ab.