Polarisations-OCT retinaler Erkrankungen

Die menschliche Retina besteht aus mehreren Schichten die verschiedene Aufgaben der komplexen Prozesse des Sehvorganges erfüllen. Pathologische Änderungen der retinalen Schichten können zu verschiedenen Netzhauterkrankungen, zu Visusverschlechterung und letztlich zur Erblindung führen. Diagnose und Verständnis von pathologischen Netzhautveränderungen haben durch moderne Abbildungstechniken enorme Fortschritte gemacht. Eine besondere Rolle spielt hierbei die optische Kohärenztomographie (OCT), die durch ihre Querschnittbilder neue Einsichten in morphologische Veränderungen mit bisher unerreichter Auflösung ermöglicht. Kommerziell erhältliche OCT-Geräte haben jedoch zwei Nachteile: einerseits sind sie mit ca. 1 Sekunde/2D- Tomogramm zu langsam für 3D-Abbildungen, andererseits liefern sie nur intensitätsbasierte Bilder. Zwei neuere Entwicklungen haben die OCT-Technologie wesentlich verbessert: (i) Spectral-Domain (SD) OCT hat die Empfindlichkeit und Bildaufzeichnungsgeschwindigkeit wesentlich gesteigert. (ii) Polarisationsempfindliche (PS) OCT liefert einen zusätzlichen Bildkontrast der es ermöglicht, Strukturen abzubilden, die in intensitätsbasierten Bildern kaum zu erkennen sind; darüber hinaus erlaubt die PS-OCT quantitative Messungen von Gewebeparametern wie z.B. der Doppelbrechung. Wir konnten kürzlich zeigen, dass man beide Methoden zur Spectral Domain PS-OCT kombinieren kann und damit 3D polarisations-Bilder der menschlichen Netzhaut aufzeichnen kann. In diesem Projekt soll die Eignung und Nützlichkeit der SD PS-OCT für die klinische Ophthalmologie untersucht werden. Zunächst soll ein verbessertes Gerät mit einem neuen Patienten-Interface gebaut werden, das einfache Justierung bei gleichzeitiger Dokumentation der gemessenen Netzhautareale ermöglichen soll. Mit diesem Gerät soll dann eine umfassende Übersicht der polarisationsoptischen Eigenschaften der gesunden Netzhaut gewonnen werden, besonders in den Bereichen der Makula und der Papille. Hierfür werden Messserien in einer repräsentativen Gruppe von gesunden Probanden verschiedenen Alters, Geschlechts und Rasse durchgeführt. Auf diese Weise soll eine Datenbank normaler PS-OCT Bilder erstellt werden, die zum Vergleich mit Bildern und Daten von Patienten dienen soll. Die Hauptaufgabe des Projektes besteht in der Evaluierung der SD PS-OCT zur Erkennung, Frühdiagnose und Verlaufskontrolle der wichtigsten Netzhauterkrankungen. Hierfür soll eine umfassende Aufzeichnung von PS-OCT Daten und Bildern von Patienten mit altersbezogener Makuladegeneration, anderer pigmentepithelbezogener oder exudativer retinaler Erkrankungen, Glaukom, etc., durchgeführt werden. Ein Vergleich mit der an gesunden Probanden gewonnenen Datenbasis soll die Eignung der PS-OCT für diagnostische Zwecke evaluieren. Längerfristig könnte dies zu einer Reduktion der Fälle schwerer Sehbehinderungen, insbesondere bei älteren Patienten, beitragen.

Projektziel war die Entwicklung eines neuen Instruments zur Abbildung und Diagnostik der menschlichen Netzhaut, der polarisationssensitiven optischen Kohärenztomographie (PS- OCT), sowie die Evaluation des Verfahrens an Patienten mit verschiedenen Erkrankungen. Die menschliche Retina besteht aus mehreren Schichten die verschiedene Aufgaben der komplexen Prozesse des Sehvorganges erfüllen. Pathologische Änderungen der retinalen Schichten können zu verschiedenen Netzhauterkrankungen bis zur Erblindung führen. Diagnose und Verständnis von pathologischen Netzhautveränderungen haben durch moderne Abbildungstechniken enorme Fortschritte gemacht. Eine besondere Rolle spielt hierbei die optische Kohärenztomographie (OCT), die durch ihre Querschnittbilder neue Einsichten in morphologische Veränderungen mit bisher unerreichter Auflösung ermöglicht. Zwei neuere Entwicklungen haben die OCT-Technologie wesentlich verbessert: (i) Spectral- Domain (SD) OCT hat die Empfindlichkeit und Bildaufzeichnungsgeschwindigkeit wesentlich gesteigert. (ii) PS-OCT liefert einen zusätzlichen gewebespezifischen Bildkontrast der es ermöglicht, Strukturen abzubilden, die in intensitätsbasierten Bildern kaum zu erkennen sind; darüber hinaus erlaubt die PS-OCT quantitative Messungen von Gewebeparametern wie z.B. Doppelbrechung und Depolarisation. Im Rahmen dieses Projektes wurde ein neues PS-OCT Gerät entwickelt das auf SD Technologie beruht. Es vereint ein stabiles Patienteninterface mit einer benutzerfreundlichen Bedienungs-Software. Mit dem Gerät wurden sowohl gesunde Probanden als auch Patienten mit verschiedenen Erkrankungen untersucht. Wir konnten zeigen, dass zwei Netzhautschichten, die in den häufigsten zu Erblindung führenden Erkrankungen eine entscheidende Rolle spielen, mit wesentlich verbessertem Bildkontrast dargestellt und vermessen werden können: das retinale Pigmentepithel, das in der altersbezogenen Makuladegeneration (AMD) geschädigt wird, sowie die retinale Nervenfaserschicht, die beim Glaukom beeinträchtigt wird. Zusätzlich konnten harte Exsudate, die bei der diabetischen Retinopathie (DR) auftreten, im Polarisationskontrast identifiziert werden. Auf diesen Ergebnissen aufbauend, wurden Algorithmen entwickelt, die Netzhautläsionen, die bei AMD und DR auftreten, automatisch detektieren und quantifizieren können. Ein Vergleich mit Ergebnissen manueller Segmentierung ergab eine exzellente Korrelation der Ergebnisse; die Streuung der automatischen Segmentierung beträgt wenige Prozent. Diese Ergebnisse konnten die zentrale Hypothese des Projekts eindeutig bestätigen: dass der gewebespezifische Kontrast der PS-OCT die automatische Detektion von Netzhautschäden weit verbreiteter Krankheiten wesentlich verbessert. Bis jetzt wurden mehrere hundert Patienten mit der PS-OCT untersucht. In mehreren derzeit laufenden klinischen Studien wird die Methode für Verlaufsstudien und Therapiekontrolle weiter verwendet.