Titelaufnahme

Titel
Polarization-sensitive optical coherence tomography in retinal disease / submitted by Christoph Schütze
Verfasser / VerfasserinSchütze, Christopher
Begutachter / BegutachterinSchmidt-Erfurth, Ursula
Erschienen2014
Umfang88 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Med. Univ., Diss., 2014
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Polarisationssensitive Optische Kohärenztomographie / Retinales Pigmentepithel / Altersbedingte Makuladegeneration / Retinale Teleangiektasien
Schlagwörter (EN)Polarization-sensitive Optical Coherence Tomography / Retinal Pigment Epithelium / Age-related Macular Degeneration / Retinal Telangiectasia
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-4554 Persistent Identifier (URN)
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Polarization-sensitive optical coherence tomography in retinal disease [15.42 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Die optische Kohärenztomographie (OCT) ist ein in der klinischen Praxis weit verbreitetes Bildgebungsverfahren, welches auf der von retinalen Strukturen rückgestreuten Lichtintensität basiert. Mithilfe dieser Technik wird die Netzhaut im Mikrometerbereich zwei- und dreidimensional dargestellt. Hochauflösende Spectral Domain (SD)-OCT Systeme bieten die Möglichkeit retinale Strukturen in hoher Auflösung darzustellen, und werden zur Diagnostik von Netzhauterkrankungen eingesetzt. Die polarisationssensitive (PS)-OCT ist in der Lage, zusätzlich zu Intensitätsdaten, auch einen gewebespezifischen Kontrast auf der Basis von polarisationsspezifischen Eigenschaften retinaler Strukturen darzustellen. Zusätzlich zu reflektiertem Licht werden Parameter wie die Depolarisation, optische Achsenorientierung, Phasenverzögerung und Doppelbrechung dargestellt. Untersuchtes Gewebe wird mit Licht in einem wohl definierten Polarisationszustand beleuchtet. Bestimmte melaninhaltige Strukturen des Auges, wie das Pigmentepithel der Iris oder das retinale Pigmentepithel (RPE), verursachen einen Depolarisationseffekt des Lichtes, der anhand von PS-OCT detektiert und visualisiert werden kann. Andere Strukturen der Netzhaut, wie beispielsweise die Photorezeptoren, sind nicht depolarisierend. Durch die PS-OCT Technik wird somit ein Gewebe-spezifischer Kontrast erreicht, in Verbindung mit der Möglichkeit Reflektivitätsdaten zu analysieren.

Diese Dissertation beschreibt einen PS-OCT Prototypen, der in der Lage ist, das RPE spezifisch zu segmentieren, sowie die potentielle klinische Einsetzbarkeit der PS-OCT bei Patienten mit retinalen Erkrankungen, in Hinblick auf Veränderungen des RPE. Die Anwendbarkeit der PS-OCT wird anhand von 2 Journal Papers bei Patienten mit fortgeschrittener trockener altersbedingter Makuladegeneration (AMD), und idiopathischen juxtafovealen Teleangiektasien (IJT) evaluiert. Im ersten Journal Paper wird die Reproduzierbarkeit eines automatischen Segmentierungsalgorithmus evaluiert, der in der Lage ist, Dimensionen von RPE Atrophien bei trockener AMD (geographischer Atrophie) quantitativ zu erfassen. Die potentielle klinische Einsetzbarkeit der PS-OCT wird beschrieben und diskutiert. Die Ergebnisse des automatischen Segmentierungsalgorithmus werden mit konventionellen Imaging Verfahren verglichen (Fundusautofluoreszenz, Scanning Laser Ophthalmoskopie-SLO und SD-OCT).

Das zweite Journal Paper beschäftigt sich mit idiopathischen juxtafovealen Teleangiektasien (IJT), und beschreibt spezifische RPE Veränderungen, welche mit diesem Krankheitsbild assoziiert sind, anhand von PS-OCT Bildern. Morphologische Netzhautveränderungen werden anhand von SD-OCT Daten analysiert, sowie mit PS-OCT Ergebnissen verglichen. Ein Einteilungssystem verschiedener Schweregrade von IJT wird anhand der erhobenen PS- und SD-OCT Daten vorgestellt.

Die Prinzipien der PS-OCT Technologie werden beschrieben. Neue Ergebnisse in Hinblick auf die potentielle klinische Anwendbarkeit der PS-OCT bei Patienten mit trockener AMD und IJT werden präsentiert und kritisch analysiert, mit speziellem Fokus auf Veränderungen des RPE.

Zusammenfassung (Englisch)

Optical coherence tomography (OCT) is an imaging method capable of visualizing retinal structures based on backscattered intensity, achieving a resolution in the micrometer range in a two- and three-dimensional fashion. Spectral domain (SD)-OCT devices are widely used in clinical practice and are established as routinely applied diagnostic modalities in patients, which are affected by retinal disease. With the recent introduction of polarization-sensitive (PS)-OCT, a novel imaging device has been introduced, which is not exclusively dependent on backscattered intensity like in SD-OCT imaging, but is in addition capable of visualizing the polarization contrast of backscattered light.

Thereby, a tissue-specific contrast is obtainable on the basis of the respective samples polarization properties. In PS-OCT the sample under investigation is illuminated with light, which is in a well-defined polarization state. Several melanin-containing anatomical structures of the eye cause depolarization of light (i.e. melanin contained in the iris or the retinal pigment epithelium-RPE), which is detected by a polarization-sensitive detection unit. Other retinal structures such as the photoreceptors do not depolarize and are therefore considered as polarization preserving. Based on these properties, the visualization of tissue-specific contrast is achieved by PS-OCT in addition to the ability of a cross-sectional analysis of retinal structures on an intensity basis. Besides optic axis orientation, polarization-specific information detected by PS-OCT, is further birefringence and phase retardation. This thesis describes a PS-OCT prototype capable of specifically imaging the RPE and the clinical applicability of the device in patients with retinal pathology. Two disease entities affecting the RPE, including advanced dry age-related macular degeneration (AMD) and retinal telangiectasia (IJT), are covered in two individual journal papers.

Special focus is put on RPE alterations specifically detected by PS-OCT.

The advantages of PS-OCT compared to standard intensity based SD-imaging are further described. The potential clinical applicability of PS-OCT in everyday ophthalmology is discussed. In the first journal paper, the reproducibility of an automated segmentation algorithm for analyzing RPE atrophy lesions in advanced dry AMD (geographic atrophy) is presented. The automated lesion size determination is further compared to conventional imaging techniques like fundus autofluorescence (FAF) and scanning laser ophthalmoscopy (SLO) imaging. Advantages of PS-OCT compared to these conventional imaging modalities, including SD-OCT imaging, are outlined. The second journal paper evaluates RPE specific characteristics using PS-OCT in IJT, not reported in literature previously. Morphological alterations observed by SD-OCT are analyzed and compared to PS-OCT findings. A grading system for IJT based on PS- and SD-OCT data is presented. Fundamental basics of PS-OCT technology are explained. Novel results regarding the potential clinical applicability of PS-OCT in patients with advanced dry AMD and IJT are presented, focusing on RPE alterations. The potential of PS-OCT in clinical practice is demonstrated and critically analyzed.