Titelaufnahme

Titel
The relation between retinal and optic nerve head parameters and circumpapillary retinal nerve fiber profile / submitted by Ivania Margarida Magalhaes Pereira
Weitere Titel
Die Beziehung zwischen Netzhaut- und Sehnervenkopf Parameter und zircumpapillären retinalen Nervenfaser Profil
Verfasser / VerfasserinMagalhaes Pereira, Ivania Margarida
Begutachter / BegutachterinVass, Clemens
ErschienenWien, 2016
UmfangXIX, 153 Blätter
HochschulschriftMedizinische Universität Wien, Dissertation, 2016
Anmerkung
Zusammenfassung in deutscher Sprache
Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)retinalen Nervenfaserschicht / Retinale Bildanalyse / interindividuelle Variabilität / automatische Gefäß Extraktion / Retinale Parameter
Schlagwörter (EN)retinal nerve fiber layer / retinal image analysis / intersubject variability / automatic vessel extraction / retinal parameters
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-7351 Persistent Identifier (URN)
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The relation between retinal and optic nerve head parameters and circumpapillary retinal nerve fiber profile [17.76 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Glaukom ist weltweit die zweithäufigste Erblindungsursache mit geschätzt 80 Millionen Menschen die 2020 an dieser Krankheit leiden werden. Die Krankheit ist durch progressiven Verlust von Axonen der retinalen Ganglienzellen charakterisiert, der zu einer Reduktion der retinalen Nervenfaserschicht (RNFS) führt. Die Diagnose kann zum Teil durch Messung der RNFS-Dicke mit bildgebenden Methoden wie der Optischen Cohärenztomographie (OCT) gestellt werden. Die individuellen RNFS Dickenwerte werden mit einer auf gesunden Probanden beruhenden Normdatenbank verglichen, und Dickenwerte unterhalb des Normbereiches werden als pathologisch klassifiziert. Die Normdatenbanken beinhalten allerdings eine große interindividuelle Variabilität, wodurch es der Diskrimination zwischen gesunden und erkrankten Personen an Genauigkeit mangelt. Es ist daher von entscheidender Bedeutung zu untersuchen, welche anatomische Faktoren einen Einfluss auf die RNFS Verteilung gesunder Personen ausüben, um die interindividuelle Variabilität zu verstehen und möglicherweise kompensieren zu können.

Der Annahme zufolge, dass die Anordnung der zirkumpapillären Gefäße einen Bezug zum RNFS Dickenprofil aufweisen könnte, wurde zunächst ein univariates Modell entwickelt, das den Einfluss der zirkumpapillären retinalen Gefäßdichte (RGD) auf die zirkumpapilläre RNFS Verteilung beschreibt. Dazu wurden 106 gesunde Probanden einer kompletten ophthalmologischen Untersuchung inclusive OCT unterzogen. Wir haben die Papillen-zentrierten Scanning Laser Ophthalmoskopie (SLO) Bilder des OCT Systems verwendet um die retinalen Gefäßdicken am Papillenrand und auf einem Kreis mit 3,46mm Diameter manuell zu messen. Diese Messungen wurden durch einen trainierten Untersucher mittels eigener Software durchgeführt. Durch Konvolution der retinalen Gefäßdickenwerte mit einem Gaussschen Fenster wurde ein RGD Profil errechnet. Die Beziehung zwischen dem RGD Profil und der zirkumpapillären RNFS wurde mit linearer Regression modelliert. Das Ergebnis war eine mäßig gute, statistisch signifikante Korrelation zwischen RGD und RNFS in 181 (von 256) Sektoren, mit einem mittleren R von 0,26. Diese Korrelation verbesserte sich wenn die Gefäßdicken am Kreis mit 3,46mm Diameter gemessen wurden (mittlerer R=0,423, 247 signifikante Sektoren). Die Resultate bestätigten den Einfluss der RGD auf das cirkumpapilläre RNFS Profil.

In der zweiten Projektphase wurde eine eigene Software zur automatischen retinalen Gefäßsegmentation entwickelt und angewendet um auf Basis der Projektionsbilder aus den volumetrischen Datensätzen des OCT die RGD zu bestimmen. Zusammen mit Deskriptoren der Papillenform (Fläche, Ratio und Orientierung), Fovea-bezogenen Parametern (Distanz und Winkel relativ zur Papille), Alter und Refraktionsfehler, wurde die RGD in ein multivariates Modell der interindividuellen Variabilität der RNFS eingeschlossen. Dieses Modell wurde in zwei unabhängigen Stichproben von je 101 gesunden Probanden entwickelt bzw. validiert. Es zeigte sich eine beträchtliche Reduktion des Varianzkoeffizienten der RNFS, im Mittel um 18% und bis zu maximal 29% in der Validierungsstichprobe, wenn das multivariate Modell zur Kompensation der interindividuellen Varianz der acht inkludierten Faktoren verwendet wurde.

Diese Arbeit konnte erfolgreich den Einfluss von spezifischen individuellen anatomischen Parametern auf das zirkumpapilläre RNFS Dickenprofil zeigen. Ein multivariates Modell wurde entwickelt, umgesetzt und validiert, welches eine klinisch signifikante Reduktion der interindividuellen Variabilität der RNFS Dickenmessung erreichte. In Zukunft wird dieses Modell in klinischen Settings angewendet werden, wo es zu einer genaueren und früheren Diagnose von Glaukom beitragen kann.

Zusammenfassung (Englisch)

Glaucoma is the second most frequent cause of blindness, with an estimated number of people suffering from the disease reaching 80 million worldwide by 2020. Characterized by a progressive death of retinal ganglion cell axons that lead to a thinning of the retinal nerve fiber layer (RNFL), the diagnosis of this pathology can be partially derived from RNFL thickness measurements, accessed by imaging methods, such as optical coherence tomography (OCT). Individual RNFL thickness measurements are compared with a normative database derived from healthy subjects and thickness values below the normative range are classified as pathologic. However, the normative databases comprise a high interindividual variability, which means that the discrimination between healthy and pathologic cases can lack in accuracy. Therefore, it is crucial to understand and possibly compensate for the intersubject variability, by investigating which anatomical factors may influence the RNFL thickness distribution in healthy subjects.

Following the premise that circumpapillary location of retinal vessels may be related with RNFL thickness profile, the first approach of this project was to develop a univariate model of the influence of retinal vessel density (RVD) on circumpapillary RNFL thickness distribution. For this, a sample of 106 healthy subjects underwent a complete ophthalmic examination, including OCT. Using the individual scanning laser ophthalmoscope (SLO) fundus image, provided by OCT and centered at the optic disc (OD), retinal vessel thickness was manually determined for all measurable vessels found both in the vicinity of the OD and on a 3.46mm diameter circle measurement. These measurements were performed by a trained grader in each image, using proprietary software. RVD profile was determined for each subject by convolution of retinal vessel thickness measurements with a Gaussian window and the relationship between circumpapillary RNFL and RVD was modeled by linear regression. Results showed a moderate statistical significant correlation between RVD and RNFL across 181 (out of 256) sectors, with a mean R of 0.26. This correlation was improved when taking vessel thickness measurements in a 3.46 diameter circle (mean R=0.423, with 247 significant sectors), confirming the impact that RVD has on circumpapillary RNFL thickness profile.

In the second phase of this work, a proprietary software for automated retinal vessel segmentation was developed and used to determine RVD, based on the projection images derived from the volumetric data acquired with OCT. Together with OD shape descriptors (area, ratio and orientation), fovea-related parameters (distance and angle relative to OD), age and refractive error, RVD was included in a multivariate model of the intersubject variability of RNFL. This model was developed and validated in two independent samples of 101 healthy subjects each. Results showed a marked reduction in coefficient of variation (CoV) of RNFL, with a mean value of 18% and up to 29% in the validation sample, when the multivariate model was used to compensate for the interindividual variances of the eight contributing factors.

This work successfully demonstrated the impact that anatomical parameters, specific to each individual, have on circumpapillary RNFL thickness profile. A multivariate model was developed, implemented, and validated, achieving a clinically significant reduction in the intersubject variability of RNFL thickness measurements. In the future, the application of this model in clinical settings may contribute to a more accurate and earlier diagnosis of glaucoma.