Titelaufnahme

Titel
Reproducibility, validity and the application of retinal oxygen saturation measurements / Stefan Palkovits
Verfasser / VerfasserinPalkovits, Stefan
Begutachter / BegutachterinSchmetterer, Leopold
Erschienen2015
UmfangXII, 101 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Med. Univ., Diss., 2015
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)retinale Sauerstoffsättigung / retinale Sauerstoffextraktion / retinaler Blutfluss
Schlagwörter (EN)retinal oximetry / retinal oxygen extraction / retinal blood flow
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-4929 Persistent Identifier (URN)
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Reproducibility, validity and the application of retinal oxygen saturation measurements [4.9 mb]
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Das retinale Gewebe ist auf eine kontinuierliche Versorgung mit Sauerstoff und Nährstoffen angewiesen, um seine Funktion aufrechterhalten zu können. Aufgrund des hohen Sauerstoffbedarfs, ist der Blutfluss im retinalen und choroidalen Gefäßsystem streng reguliert, um eine ausreichende Oxygenierung des Gewebes zu gewährleisten.

Mit der Entwicklung der retinalen spektralen Oxymetrie wurde eine nicht-invasive Methode zur Bestimmung der retinalen Sauerstoffsättigung verfügbar. Das Ziel der vorliegenden Dissertation war die Bestimmung der Reproduzierbarkeit sowie der Validität der Messung der retinalen Sauerstoffsättigung mittels Retinal Vessel Analyzers.

Des Weiteren wurde mit der Bestimmung der retinalen Sauerstoffextraktion eine mögliche klinische Anwendung dieser Methode untersucht.

Der Fokus der Ersten von insgesamt fünf Studien, lag in der Untersuchung der Reproduzierbarkeit der Messung der retinalen Sauerstoffsättigung in gesunden Probanden.

Test-Retest-, Kurzeit- und Langzeitreproduzierbarkeit wurden dabei untersucht.

Hohe Intraklassen-Korrelationskoeffizienten konnten für alle drei Parameter, sowohl in retinalen Arterien, als auch Venen gefunden werden, welche eine hohe Reproduzierbarkeit der Methode nachwiesen. Die zweite Studie untersuchte die Validität der retinalen Oxymetrie. Hierfür wurde die retinale arterielle sowie die systemische Sauerstoffsättigung bei Patienten mit schwerer chronisch obstruktiver Lungenerkrankung gemessen. Die Ergebnisse zeigten eine gute Übereinstimmung zwischen beiden Parametern und somit eine hohe Validität. Die Bestimmung der retinalen Sauerstoffextraktion war Ziel der dritten sowie der vierten Studie. Durch Kombination der retinalen Sauerstoffsättigungsmessungen mit Blutflussmessungen konnte die Sauerstoffextraktion, zum einen während Hyperoxie und zum anderen während Hypoxie, bestimmt werden. Die Atmung von 100% Sauerstoff führte zu einer Reduzierung der Sauerstoffextraktion im Vergleich zur Raumluft.

Dieses Ergebnis weist auf eine vermehrte Oxygenierung der inneren Retinaschichten durch das choroidale Gefäßsystem hin. Im Gegensatz dazu konnte keine Änderung der Sauerstoffextraktion unter systemischer Hypoxie gefunden werden. Es scheint, dass durch die Erhöhung des retinalen Blutflusses, die erniedrigten Sauerstoffsättigungswerte im Blut kompensiert werden konnten. Die fünfte Studie der vorliegenden Dissertation untersuchte die modulatorischen Effekte von Sauerstoff auf die Gefäßreaktion während gleichzeitiger neuronaler Stimulation mittels Flackerlicht. Atmung von hyperoxischen Gasgemischen (100% O2 sowie 92% O2 + 8% CO2) führte zu erhöhten Flackerlicht-induzierten Gefäßantworten.

Die vorliegende Dissertation zeigt, dass die Bestimmung der retinalen Sauerstoffsättigung mittels Retinal Vessel Analyzers reproduzierbare und valide Ergebnisse liefert. Des Weiteren, ist die Messung der Sauerstoffsättigung, in Kombination mit der retinalen Blutflussmessung, ein wichtiger Bestandteil in der Bestimmung der retinalen Sauerstoffextraktion und damit in der Untersuchung der Oxygenierung der Retina.

Zusammenfassung (Englisch)

Continuous and stable ocular blood supply is essential for proper visual function of the human retina. As the retinal tissue has a high demand for oxygen and nutrients, the human eye comes with a complex vascular regulation system to meet metabolic requirements and to assure proper function of the visual system. Thus, the retinal as well as the choroidal circulation is highly regulated to adapt blood flow to local metabolic demands. As in other tissues, one of the key issues of these regulation processes is to maintain proper oxygenation for the supplied tissues. The recent development of new and sophisticated imaging methods allows now for the noninvasive measurement of oxygen saturation in the human retina. The focus of the current thesis was to gain more insight in the reproducibility and validity of the technique as well as to test possible clinical application of this approach.

As such, the present thesis includes five studies of which the first study was designed to investigate the reproducibility of the measurement of retinal oxygen saturation using the Retinal Vessel Analyzer in healthy volunteers. For this purpose test-retest, short-term and day-to-day reproducibility of the oxygen measurements were tested. The findings showed high intraclass correlation coefficients for all three parameters in retinal arteries as well as retinal veins indicating for an excellent reproducibility of the system. The second study addressed the validity of oxygen saturation measurements. To investigate this parameter patients suffering from severe chronic obstructive pulmonary disease were included and systemic and retinal arterial oxygen saturation values were measured. Good agreement between both variables indicated high validity of the method. The focus of the third and the fourth study was to assess the oxygen extraction of the ocular tissue during systemic hyperoxia and hypoxia, respectively. Via the combination of retinal blood flow and oxygen saturation measurements, oxygen extraction was calculated. The results of the hyperoxia study showed a decreased retinal oxygen extraction during 100% oxygen breathing as compared to ambient air breathing. This finding indicated that an increased amount of oxygen derived from the choroid reaches the inner retina. In contrast, while breathing gas mixtures with lower amount of oxygen (12% and 15% oxygen in nitrogen) no change in retinal oxygen extraction was observed in the hypoxia study. It was hypothesized that an increase in retinal blood flow counteracts decreased retinal vessel oxygen saturation values to keep retinal oxygenation stable.

To the best of our knowledge these measurements allow for the first time to calculate oxygen extraction of the human retina in-vivo. Finally, modulatory effects of oxygen on flicker induced vasodilation of retinal vessels were investigated in the fifth study. An increased flicker response during hyperoxia as well as during breathing an O2 and CO2 gas mixture was found in the study.

In summary, the data of the present thesis show that retinal oximetry based on retinal imaging is a highly reproducible and valid method to assess retinal oxygen saturation. Further, it has been shown that in combination with retinal blood flow measurements it is an important technique to evaluate retinal oxygenation in humans in vivo. This makes it to a promising tool for further research.