Titelaufnahme

Titel
Adaptive optics scanning laser ophthalmoscopy in combination with en-face optical coherence tomography / submitted by Franz Felberer
Verfasser / VerfasserinFelberer, Franz
Begutachter / BegutachterinPircher, Michael
Erschienen2014
UmfangXXIII, 59 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Med. Univ., Diss., 2014
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Adaptive Optik / Retina / Photorezeptor / OCT / SLO / AO
Schlagwörter (EN)Adaptive optics / retina / photoreceptor / OCT / SLO / AO
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-6601 Persistent Identifier (URN)
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Adaptive optics scanning laser ophthalmoscopy in combination with en-face optical coherence tomography [9.37 mb]
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Zusammenfassung (Englisch)

The human retina is a most important tissue and plays a fundamental role for the vision. Diseases of the eye affect the normal retinal function which, if untreated, may lead to vision loss or ultimately to blindness. Thus, in vivo diagnostic tools that provide detailed information on the retinal status are required in order to improve diagnosis and treatment. In recent years, several new optical imaging methods of the human retina have been developed and now represent the key part in a standard ophthalmic examination process. One of these technologies is optical coherence tomography (OCT), which provides images of the retina noninvasively and with a high axial resolution. However, imperfections of the eye's optics cause aberrations of the wavefront of the imaging light, thus limiting the transverse resolution of such systems. Improvements in the resolution of retinal images are necessary to resolve individual cells (e.g. photoreceptors) which may provide new opportunities in retinal diagnostics and therapy control. Adaptive optics (AO), a technology known from astronomy, may be used to increase image resolution. Aberrations of the imaging light are measured and corrected, resulting in an increase of lateral resolution up to the diffraction limit. Within this thesis, AO was combined with a scanning laser ophthalmoscope (SLO) that enables high resolution imaging of the retina. Measurements on healthy subjects demonstrated the ability of the system to resolve foveal cones (the smallest cone photoreceptors within the retina) and even rod photoreceptors. However, the depth resolution of the system remained limited compared to OCT instruments.

Thus, in a second step, the instrument was extended to a combined AO-SLO/OCT system. The OCT system is based on transversal scanning (TS)-OCT which records en-face images of the retina and incorporates a high-speed axial eye tracking device. Together with transverse motion correction based on the AO-SLO images, the system greatly reduces eye motion artifacts in the recorded volume scans. The capability of the AO-SLO/OCT system was tested with measurements in healthy volunteers:

the instrument allowed the visualization of the 3D architecture of foveal cones and rods with virtually no motion artifacts. The first chapter of this thesis provides a short overview on the state of the art in optical imaging methods. In the next two chapters, the two publications that arose during this thesis are presented. The first publication describes the AO-SLO system and presents corresponding imaging results. The second publication contains the realization of the combined AO-SLO/OCT instrument together with first images obtained with the instrument. The thesis concludes with a discussion of the advantages and features as well as possible improvements of the instrument together with recommendations for further investigations.

Zusammenfassung (Deutsch)

Die Retina ist ein sehr wesentliches Gewebe im menschliche Auge und spielt eine entscheidende Rolle beim Sehen. Erkrankungen des Auges können die normale Funktion der Retina stören und unbehandelt zu eingeschränktem Sehvermögen und letztendlich bis zu Blindheit führen. Um Diagnose und Behandlung solcher Erkrankungen zu verbessern bedarf es in vivo Methoden welche den Zustand der Retina erfassen. In den letzten Jahren sind mehrere neue optische Bildgebungsverfahren entwickelt worden die dies ermöglichen. Diese Verfahren haben sich mittlerweile rasch als klinischer Diagnosestandard etabliert. Die optische Kohärenztomographie (OCT) ist eines dieser Verfahren welches die Aufnahme von nicht-invasiven Querschnittsbildern der Retina mit hoher axialer Auflösung ermöglicht. Allerdings führen Abbildungsfehler der Optik des Auges dazu, dass die laterale Auflösung dieser Verfahren limitiert ist.

Um die Retina in vivo auf zellulärer Ebene zu untersuchen und einzelne Zellen (z.B. Photorezeptoren) sichtbar zu machen, bedarf es einer Verbesserung der lateralen Auflösung. Dadurch würden neue Diagnoseverfahren und Untersuchungen des Behandlungsverlaufs möglich.

Die Adaptive Optik (AO) ist eine Technologie aus der Astronomie und hat das Potential die laterale Auflösung am Auge zu verbessern.

Wellenfrontverzerrungen des Messstrahls werden gemessen und korrigiert wodurch die laterale Auflösung bis zum theoretischen Limit (Beugungslimit) verbessert werden kann. In dieser Doktorarbeit wurde die AO mit einem Scanning-Laser-Ophthalmoskop (SLO) kombiniert wodurch hochaufgelöste Bilder der Retina ermöglicht wurden. Messungen an gesunden Probanden haben gezeigt, dass foveale Zapfen (die kleinsten Zapfen im Auge) und sogar Stäbchen aufgelöst werden können. Allerdings hat das Instrument im Vergleich zur OCT eine limitierte axiale Auflösung. Darum wurde in einem zweiten Schritt das System zu einem kombinierten AO-SLO/OCT Instrument erweitert. Die OCT basiert auf einem transversal scannenden (TS)-OCT, welches en-face Bilder der Retina aufnimmt und über einer eingebauten axialen Augennachführung verfügt. In Kombination mit der transversalen Augenbewegungskorrektur die auf dem SLO-Kanal basiert lassen sich die Bewegungsartefakte in Volumensaufnahmen stark reduzieren. Das Instrument wurde an gesunden Probanden getestet und ermöglichte die 3D-Visualisierung von fovealen Zapfen und Stäbchen mit sehr geringen verbleibenden Bewegungsartefakten.

Im ersten Kapitel diese dieser Doktorarbeit wird ein Überblick über den aktuellen Stand der optischen Bildgebung am Auge gegeben. In den nächsten beiden Kapiteln werden die beiden Publikationen die während dieser Doktorarbeit entstanden sind vorgestellt. Die erste Arbeit beschreibt das AO-SLO Gerät und die Resultate an gesunden Probanden. Die zweite Arbeit beinhaltet das AO-SLO/OCT System mit ersten Resultaten des Geräts. Die vorliegende Doktorarbeit schließt mit einer Diskussion der Vorteile und Möglichkeiten des Instrumentes als auch möglicher Verbesserungen und Empfehlungen für weitere Schritte und mögliche weitere Untersuchungen.