Geschwindigkeitsprofile in retinalen Arterien und Venen

Retinale Gefäßverschlüsse können sowohl Arterien als auch Venen betreffen und repräsentieren eine häufige Ursache von Sehverlust. Größere Astvenenverschlüsse (BRVO) haben eine Prävalenz von ungefähr 1% und ereignen sich an arteriovenösen Kreuzungen. Die pathophysiologischen Prozesse die zu BRVOs führen beinhalten drei Hauptmechanismen: Kompression der Vene an der arteriovenösen Kreuzung, degenerative Veränderungen der Gefäßwand und abnormale hämatologische Faktoren. Obwohl Risikofaktoren für die Erkrankung identifiziert wurden gibt es derzeit keine Methode, die Patienten mit einem erhöhten Risiko für BRVO identifizieren kann. In den letzten Jahren hat sich unsere Forschung auf optische Doppler Tomographie (ODT) konzentriert, eine funktionelle Erweiterung der optischen Kohärenztomographie (OCT), die die Messung retinaler Blutflussgeschwindigkeiten erlaubt. In vorbereitenden Experimenten konnten wir zeigen, dass die Technik auch verwendet werden kann um Geschwindigkeitsprofile an retinalen Gefäßen zu untersuchen. Dabei waren wir in der Lage zu zeigen, dass an venösen Bifurkationen aber auch an arterio-venösen Kreuzungen nicht-parabolische Geschwindigkeitsprofile auftreten. Im vorliegenden Antrag werden Pilotstudien geplant, um dieses Phänomen mehr im Detail zu untersuchen. Einerseits werden Geschwindigkeitsprofile bei gesunden Probanden sowohl an arteriellen als auch an venösen Kreuzungen untersucht. Modellrechnungen sind geplant, um Blutflussregulation und Abweichungen von parabolischen Geschwindigkeitsprofilen besser zu verstehen. Weitere Experimente, die im Rahmen dieses Projekts geplant werden fokussieren auf Geschwindigkeitsprofilen an arterio-venösen Kreuzungen. Dabei wird die Hypothese getestet, dass Geschwindigkeitsprofile an Partneraugen von Patienten mit BRVO aber auch an Patienten mit hypertensiver Retinopathie der Grade 3 und 4 signifikante Abweichungen vom parabolischen Verlauf zeigen. Dies ist von Bedeutung, da beide Konditionen signifikante Risikofaktoren für die Entwicklung einer BRVO darstellen. Das Langzeitziel dabei ist es, die Messung von Geschwindigkeitsprofilen als Technik zu etablieren, um Patienten mit hohem Risiko für eine BRVO, zu identifizieren. Zusätzlich, wird in der untersuchten Patientengruppen der retinale Blutfluss gemessen, um den Grad der Ischämie bei Patienten mit BRVO zu quantifizieren.

Ziel des Projekts Geschwindigkeitsprofile in retinalen Arterien und Venen war die Entwicklung von Methoden zur Extraktion von Blutflussprofilen in Netzhautgefäßen des menschlichen Auges aus Daten die mit Hilfe eines zweistrahligen Doppler OCT, einer nichtinvasiven kontaktlosen optischen Messmethode, gewonnen wurden. Diese Algorithmen sollten auf Messungen sowohl gesunder Probanden als auch von Patienten mit retinalen Astvenenverschlüssen, Patienten mit Bluthochdruck und Patienten mit hypertensiver Retinopathie angewandt werden. Die im Rahmen des Projekts entwickelten und in einem internationalen Topjournal veröffentlichten Methoden und Algorithmen erlauben die präzise Simulation und Modellierung von Blutflussprofilen in geometrischen Gefäßanordnungen. Desweiteren ermöglichen diese die Rekonstruktion von tatsächlichen Flussprofilen aus OCT Daten. Außerdem wurden Methoden zur Aufnahme, Registrierung und Nachbearbeitung von DopplerOCT Daten entwickelt, die in jedes bestehende OCT System implementiert werden können und die Verarbeitung der großen anfallenden Datenmengen vereinfachen. Eine wesentliche Erkenntnis, die aus den Versuchen gewonnen werden konnte ist die unumgängliche Verwendung von mindestens zwei OCT Detektionsarmen um definitive Rückschlüsse auf die tatsächliche Geschwindigkeitsprofile ziehen zu können. Es konnte gezeigt werden, dass bei Verwendung von nur einem Arm eine eindeutige Bestimmung des Flussprofiles nicht möglich ist. Die Messung des Blutflusses in Patienten mit Bluthochdruck ergab eine Verringerung des Gesamtflusses im Vergleich zu einer Kontrollgruppe. Desweiteren konnte basierend auf den OCT Messungen eine Gefäßwandverdickung in der Patientengruppe detektiert werden. Die Messung von Geschwindigkeitsprofilen an lokal begrenzten Gefäßabschnitten wie Verzweigungen oder arteriovenösen Kreuzungen erfordert ein hohes Maß an Kooperation von Seiten des Patienten. Aufgrund von unwillkürlichen Augenbewegungen und Problemen der Patienten mit retinalen Astvenenverschlüssen, Bluthochdruck bzw. hypertensiver Retinopathie den Blick für die Messung auf einen vorgegebenen Punkt zu richten, war die Qualität der Messungen oftmals nicht ausreichend um eine Auswertung der Geschwindigkeitsprofile durchzuführen. Durch die angeführten Faktoren wurde auch die Bestimmung der Veränderungen der Flussprofile im Vergleich zu einer Kontrollgruppe deutlich erschwert. Aufgrund der oben angeführten Einschränkungen wurde von uns eine alternative Forschungsausrichtung parallel zur ursprünglichen verfolgt: Die Untersuchung der neurovaskulären Kopplung in der Retina basierend auf der Messung der Blutflussveränderung nach Stimulation mit Flackerlicht. Bei der hierbei durchgeführten Studie konnte - unter Zuhilfenahme der oben beschriebenen im Rahmen dieses Projektes entwickelten Algorithmen - das Potential des zweistrahligen Doppler OCT Systems Veränderungen in der neurovaskulären Kopplung zu untersuchen, demonstriert werden. Diese Messungen sind sehr erfolgsversprechend und werden mittlerweile zur Untersuchung diverser neurodegenerativer Erkrankungen, z.B. Alzheimer und diabetische Retinopathie angewandt.