Individuelle Struktur-Funktions-Karte via Nervenfaserverlauf

Inhalt des Antrags: Unser Hauptziel ist es, verbesserte Methoden zur Glaukom Früherkennung zu entwickeln. Bei Glaukom werden die retinalen Nervenfaserbündel (RNFB), die die durch visuelle Reize ausgelösten elektrischen Signale von den Netzhaut-Photorezeptoren ins Gehirn leiten, beschädigt. Daher kann man die Analyse der RNFB zur Glaukomdiagnostik verwenden. Eines der Hauptprobleme für eine genaue Frühdiagnose liegt in der interindividuellen Variabilität der Verläufe der RNFB innerhalb der retinalen Nervenfaserschicht (RNFS). Zur Lösung dieses Problems werden wir die RNFB mittels polarisationssensitiver optischer Kohärenztomgraphie (PS-OCT) entlang ihres Verlaufes verfolgen und dies zur Konstruktion eines individualisierten Struktur-Funktions-Modelles (iSFM) verwenden. Das iSFM wird die topographische Beziehung struktureller (RNFS Dicke +Polarisationseigenschaften) und funktioneller (Gesichtsfeld) Schäden beschreiben. Hypothesen: PS-OCT kann zur Vermessung der RNFB Verläufe bei Glaukompatienten verwendet werden; dies ermöglicht die Konstruktion eines hochauflösenden iSFM; und dies verbessert die diagnostische Genauigkeit. Zusätzlich wird die Eignung des PS-OCT für funktionelle Messungen untersucht. Methoden: Wir werden mit einem Prototyp PS-OCT Daten von 200 gesunden Probanden und 100 Glaukompatienten erheben und Gesichtsfelder (GF) Untersuchungen durchführen. Die Achseninformation des PS-OCT, zusammen mit lokalen Dickenvariationen wird zum Verfolgen der RNFB verwendet. Es wird dann ein individualisiertes theoretisches Modell der RNFB Verläufe entwickelt, welches die RNFB Verläufe mit Biomarkern der Netzhaut (Retina) verknüpft. Dieses Modell liefert dann Zusatzinformationen um die RNFB Verfolgung an Stellen dünner RNFS zu verbessern. Schließlich wird ein genaues, hochauflösendes iSFM entwickelt und dessen diagnostische Genauigkeit mit jener der Standardparameter von GF und OCT verglichen. Was ist das Neue daran? Wir werden als erste Arbeitsgruppe ein hochauflösendes iSFM entwickeln.. Wir bauen auf einer Pilotstudie unserer eigenen Gruppe auf, welche die Möglichkeit einer PS-OCT basierten RNFB Verfolgung bei gesunden Probanden aufgezeigt hat. Das aktuelle Projekt überwindet Schwierigkeiten der PS-OCT basierten RNFB Verfolgung in der erkrankten Retina, indem es die Messungen in ein individualisiertes theoretisches Modell der RNFB Verläufe integriert. Das daraus resultierende hochauflösende iSFM wird die Korrelation struktureller und funktionaler Schäden verbessern und dadurch die Glaukom-Frühdiagnostik verbessern. Wir werden auch erstmals ein funktionelles PS-OCT erproben und dabei die Kenntnis der genauen RNFB Verläufe ausnützen indem wir das PS-OCT Signal exakt entlang der gemessenen RNFB aufzeichnen. Es werden also Änderungen der Polarisationseigenschaften der RNFB in Folge von Reizen entlang der RNFB untersucht. In Zukunft könnte diese Technik einen objektiven GF Test ermöglichen.

In diesem Forschungsprojekt geht es um Methoden die zukünftig eine frühzeitige Diagnose von Glaukom verbessern könnten. Glaukom ist eine chronisch fortschreitende Erkrankung des Sehnerven und durch Verlust von Sehnervenfasern charakterisiert und kann bei ca. 25% in eine Sehbehinderung münden. Der Verlust an Sehnervenfasern kann indirekt gemessen werden indem man die Dicke der retinalen Nervenfaserschicht (RNFS; Retina=Netzhaut) mittels Optischer Kohärenztomographie (OCT) misst. Der Sehverlust hingegen wird bei Glaukom mit der subjektiven Gesichtsfelduntersuchung gemessen. Eines der größten Hindernisse am Weg zur frühen und doch genauen Glaukomdiagnose ist die große Schwankungsbreite im Erscheinungsbild des Sehnervenkopfes (SNK), aber auch in der Dicke der RNFS und ihrer Verteilung rund um den SNK unter Gesunden. Die zweite große Hürde ist die Neigung des subjektiven Gesichtsfeldtests zu falsch positiven und falsch negativen Fehlern. Wir haben eine automatisierte Methode der Verfolgung der retinalen Nervenfaserbündel (RNFB) mit Hilfe der polarisationssensitiven OCT (PS-OCT) entwickelt. Die dadurch erlangte Kenntnis der individuellen Verläufe der RNFB (d.h. ihres Weges den sie von der Netzhautperipherie bis zum SNK nehmen) sollte eine wesentlich präzisere Vereinigung der Informationen von Gesichtsfeld und RNFL ermöglichen. Dies sollte die Unterscheidung zwischen physiologischer Variation und Gesichtsfeldfehlern von wahrer Pathologie erleichtern. In Diesem Projekt haben wir 128 gesunde Augen und 51 an Glaukom erkrankte Augen komplett untersucht. Wir haben eine reproduzierbare automatisierte Methode der Verfolgung der RNFB mit Hilfe von PS-OCT Daten entwickelt. Wir konnten zeigen, dass diese automatische Methode der manuellen Verfolgung von RNFB in punkto Reproduzierbarkeit überlegen ist. Zusätzlich könnte nur eine automatische Methode später routinemäßig eingesetzt werden, da manuelles verfolgen der RNFB mit 30 bis 60 Minuten pro Auge viel zu zeitaufwändig ist. Als zusätzliches Ergebnis haben wir einen neuen Parameter identifiziert, von dem wir einen Zusammenhang mit Transportprozessen innerhalb der RNFS annehmen. Wir konnten zeigen, dass sich die Mikrostruktur der retinalen OCT Bilder in der RNFL viel schneller ändert als in anderen Netzhautschichten. Dies drückt sich in Zeitserien des OCT in einer viel größeren Geschwindigkeit der Signaldekorrelation innerhalb der RNFS im Vergleich mit tieferen retinalen Schichten aus. Dieser neue Parameter könnte zukünftig als Biomarker des Gesundheitszustandes der RNFS dienen, was heißt er könnte zur Überwachung des Krankheitsfortschrittes, aber potentiell auch von Therapieeffekten eingesetzt werden.