Titelaufnahme

Titel
Polarization sensitive optical coherence tomography at 1060 nm for retinal imaging / submitted by Teresa Torzicky
VerfasserTorzicky, Teresa
Begutachter / BegutachterinHitzenberger, Christoph
Erschienen2014
Umfang98 S. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Med. Univ., Diss., 2014
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Optische Kohärenztomographie / polarisationssensitiv / Retina / Choroidea / Choroiddicke / automatische Segmentierung / in-vivo / nm
Schlagwörter (EN)Optical coherence tomography / polarization sensitive / retina / choroid / choroidal thickness / automated segmentation / in-vivo / nm
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-7015 Persistent Identifier (URN)
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Polarization sensitive optical coherence tomography at 1060 nm for retinal imaging [21.62 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Ziel dieser Dissertation war es ein polarisationssensitives optisches Kohärenztomographie Gerät (PS-OCT), das bei einer zentralen Wellenlänge von 1 m arbeitet und für die diagnostische Anwendung am Auge optimiert ist, zu entwickeln und an gesunden Probanden und Patienten zu testen.

PS-OCT Geräte, die bei einer zentralen Wellenlänge von 840 nm arbeiten, wurden in der Vergangenheit in verschiedenen klinischen Studien eingesetzt. Dabei konnte gezeigt werden, dass bei der Segmentierung des depolarisierenden Retinalen Pigmentepithels (RPE) bei Patienten mit altersbedingter Makuladegeneration (AMD) bessere Resultate erzielt werden, basierend auf Daten von PS-OCT Systemen, als basierend auf Daten von kommerziell erhältlichen OCT Geräten.

OCT Geräte, die bei einer zentralen Wellenlänge um 1 m herum arbeiten, finden in den letzten Jahren vermehrt Einsatz in der Augendiagnostik, weil sie eine bessere Visualisierung der Schichten hinter der Netzhaut (Choroidea und Sklera) ermöglichen. Der Grund hierfür ist das Licht mit größeren Wellenlängen im RPE weniger stark gestreut und absorbiert wird.

Außerdem hat Wasser, der Hauptbestandteil des Glaskörpers, ein lokales Absorptionsminimum bei 1060 nm, wodurch der Wellenlängenbereiche nochmals zusätzlich vorteilhaft wird. Erste Untersuchungen mit OCT Geräten, die in diesem Wellenlängenbereich arbeiten, haben außerdem gezeigt, dass bei Patienten mit Katarakt und Trübungen in der Kornea eine bessere Bildqualität erzielt wird.

Mit den im Zuge dieser Dissertation entwickelten 1 m PS-OCT Systemen werden die Vorteile von PS-OCT mit den Vorteilen des 1 m Wellenlängenbereichs kombiniert, um so die Polarisationscharakteristik von Choroidea und Sklera besser untersuchen zu können.

Insgesamt wurden 3 verschiedene 1 m PS-OCT Systeme entwickelt, an gesunden Probanden getestet und die Systemparameter mit Fokus auf Eignung für Patientenmessungen evaluiert. Das geeignetste System für Patientenmessungen wurde dann für weitere Arbeiten herangezogen.

Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war es einen automatisierten Algorithmus zur Bestimmung der Choroideadicke basierend auf PS-OCT Daten zu entwickeln. Dazu wurden bereits bestehende Algorithmen zur Segmentierung des RPEs adaptiert und ein neuer Algorithmus zur Segmentierung der CSI (Choroidea-Sklera-Interface) entwickelt. Dieser Algorithmus macht sich zunutze, dass die Choroidea größtenteils polarisationserhaltend ist, während die Sklera doppelbrechende Eigenschaften zeigt, wodurch es möglich ist, diese beiden Schichten anhand ihrer Polarisationseigenschaften zu unterscheiden. Eine Pilotstudie zum Thema Choroideadicke in gesunden Probanden wurde durchgeführt, wo die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse des neue Algorithmus getestet wurde.

Weiters wurde eine Pilotstudie mit dem entwickelten PS-OCT Gerät an Patienten mit unterschiedlichen Augenerkrankungen durchgeführt, um erste Aufschlüsse zu erhalten, bei welchen Erkrankungen das neue System Vorteile gegenüber anderen OCT Systemen zeigt.

Zusammenfassung (Englisch)

The aim of this thesis was to develop a Polarization Sensitive Optical Coherence Tomography (PS-OCT) device for ocular imaging in the 1 m wavelength range and to explore its capabilities to image healthy subjects and patients with various retinal disorders.

PS-OCT set-ups working in the 840 nm range have been used in several clinical studies, for examining different retinal pathologies.

Especially the segmentation of the retinal pigment epithelium (RPE) based on PS-OCT data shows advantages in cases of age related macular degeneration (AMD) in comparison to segmentation based on intensity images from commercial OCT systems.

OCT imaging in the 1 m wavelength region has recently gained popularity for ophthalmic applications due to the fact that it is perfectly suitable for enhanced visualization of choroid and sclera. This is due to decreased scattering and absorption in the RPE with increasing wavelength and due to the local absorption minimum of water (the vitreous of the eye consists mainly of water) for wavelengths around 1060 nm. An additional advantage is that a higher imaging quality in patients with corneal haze or cataract can be achieved when using OCT systems working at 1 m.

In this work we combine the advantages of PS-OCT imaging with the enhanced penetration depth of the 1 m wavelength range for acquiring intensity, retardation, axis orientation and degree of polarization uniformity (DOPU) images of choroid and sclera.

As a first step different PS-OCT set-ups working at 1060 nm were developed and a comparison regarding set-up parameters and imaging performance was accomplished. The two different set-ups that were built and investigated were a spectrometer based Fourier Domain OCT set-up and a swept source Fourier Domain OCT set-up. The swept source set-up was tested with two different light sources, a commercially available swept source laser (A-Scan rate of 100 kHz) and a prototype of a Fourier Domain Mode Locked (FDML) laser (A-Scan rate of 350 kHz). All three configurations were used for test imaging in healthy human volunteers and the set-up with best performance for clinical imaging was developed further. A further goal of this work was to develop a novel algorithm for automated segmentation of the choroidal thickness based on PS-OCT data.

For that purpose already existing algorithms for segmenting the RPE based on DOPU values were used for defining the anterior border of the choroid while a novel algorithm was developed for defining the choroid-sclera interface based on birefringence data. A small study in healthy human volunteers was performed, where the reproducibility of the thickness measurements based on PS-OCT data was tested. In a last step the suitability of the developed set-up for imaging in patients with different retinal diseases was examined.