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Bibliographic Metadata

Title
Multi-functional optical coherence tomography for preclinical retinal imaging / submitted by Marco Augustin
Additional Titles
Multifunktionelle Optische Kohärenztomographie zur präklinischen Bildgebung im Kleintierauge
AuthorAugustin, Marco
Thesis advisorBaumann, Bernhard
Published2018
Descriptionxv, 110 Blatt : Illustrationen
Institutional NoteMedizinische Universität Wien, Diss., 2018
Annotation
Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
Date of SubmissionApril 2018
LanguageEnglish
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)Optische Kohärenztomographie / präklinische Bildgebung / polarisationsempfindliches OCT / Kleintier / Maus / Ratte / Angiographie
Keywords (EN)optical coherence tomography / functional imaging / polarization sensitive / small animals / angiography / mouse / rat
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-16997 Persistent Identifier (URN)
Restriction-Information
 The work is publicly available
Files
Multi-functional optical coherence tomography for preclinical retinal imaging [13.34 mb]
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Reference
Classification
Abstract (German)

Die optische Kohärenztomographie (OCT) ist ein nicht-invasives, bildgebendes Verfahren zur Untersuchung von transparenten und semi-transparenten Geweben. Die OCT basiert auf der Detektion von gestreutem Licht und ermöglicht Aufnahmen mit einer Auflösung im Mikrometer-Bereich, welche in Echtzeit dargestellt werden können. In der klinischen Augenheilkunde ist die Untersuchung mittels OCT bereits Routine. Hier führte die Einführung der OCT zur einer erheblichen Verbesserung der Diagnostik und ermöglichte eine präzise und individuelle Behandlung von Krankheiten wie der altersbedingten Makuladegeneration (AMD). Die präklinische Forschung hat sich in der Grundlagenforschung von Krankheiten bewährt und ist darüber hinaus besonders wertvoll für die Etablierung neuer Medikamente. Die Histologie liefert hierbei eine Auflösung auf subzellulärer Ebene und zahlreiche Färbeprotokolle ermöglichen eine spezifische Analyse der Netzhaut ex-vivo. Allerdings ist die Aufbereitung von histologischen Proben aufwändig und Langzeitstudien erfordern eine große Anzahl von Tieren. Die OCT wurde erfolgreich für das Kleintierauge adaptiert und einige Studien haben bereits das große Potenzial dieser Technologie für die präklinische Forschung aufgezeigt. Diese Arbeit präsentiert funktionelle Erweiterungen der OCT für das Kleintierauge. Die Kombination verschiedener Kontrastkanäle dient hierbei zur in-vivo "Färbung" unterschiedlicher Gewebetypen. In der ersten Phase dieser Arbeit wurde ein polarisationsempfindliches OCT-System adaptiert und um einen OCT-Angiographiekanal erweitert. Verschiedene Algorithmen wurden implementiert, um eine effiziente Nachbearbeitung der aufgenommenen Daten zu ermöglichen. Im ersten Manuskript wird die multi-funktionelle Methode sowie die Nachbearbeitung der Daten beschrieben. Hierbei werden auch Ergebnisse einer elfmonatigen Langzeitstudie am very low density lipoprotein receptor (VLDLR) Knockout-Mausmodell präsentiert. Die VLDLR Knockout-Mäuse entwickeln retinale und choroidale Neovaskularisationen (NV) und sind ein beliebtes Modell für die AMD. Basierend auf der ersten Studie wurde ein weiteres Experiment an den VLDLR Knockout-Mäusen durchgeführt. Hier war das frühe Stadium der spontanen NV-Entwicklung im Fokus, was eine detaillierte Beschreibung des Entstehungsprozesses der Neovaskularisationen ermöglichte. Darüber hinaus wurden die Augen mit Aflibercept behandelt, um die NV-Entwicklung zu hemmen. In einer dritten Studie wurde der akute Anstieg des Augeninnendrucks simuliert und die damit einhergehende Deformation am Rattenauge analysiert. Die Gewebeverformungen wurden anhand der Pulsatilität erfasst und konnten simultan mit der OCT-Angiographie dargestellt werden. Die Methoden und Experimente, welche im Rahmen dieser Arbeit konzipiert und durchgeführt wurden, zeigen die Vielseitigkeit und Eignung der OCT zur Untersuchung des Kleintierauges.

Abstract (English)

Optical coherence tomography (OCT) is a non-invasive imaging method suited for probing translucent and semi-transparent samples. Based on the light backscattered from a sample, micrometer resolution imaging of tissue can be achieved in real-time. OCT has become a standard tool in clinical ophthalmology. It has greatly improved diagnosis and enabled precise and individual treatment planning of sight-threatening diseases such as age-related macular degeneration (AMD). Preclinical research in ophthalmology is essential for the basic understanding of diseases and is precious for fostering the development of new drugs targeting visual impairment. Histology is widely used for investigating the retina of animal models in preclinical research. Examination by histology provides sub-cellular resolution and numerous staining protocols allow a detailed analysis of the retina ex-vivo. However, preparation of tissue is cumbersome and longitudinal studies require a large number of animals. OCT was adapted for the eye of small animals and various works in literature have demonstrated the great potential of this technology for preclinical research. This thesis deals with functional extensions of OCT, which offer new contrast channels for intrinsic in-vivo "staining" of different retinal structures. In the first part of this work, a polarization-sensitive OCT system was utilized and augmented with OCT angiography to serve a multi-functional OCT system for small animal retinal imaging. A post-processing framework was implemented allowing efficient analysis of longitudinal OCT image data. In the first manuscript arising from this thesis, the framework itself is described along with the results of a longitudinal study spanning eleven months on the very low density lipoprotein receptor (VLDLR) knockout mouse model. These mutant mice develop retinal and choroidal neovascularization (NV) and are a popular model for AMD. Based on this first study, an advanced experiment with VLDLR knockout mice was conducted focusing on the early stage of spontaneous NV development and hence allowed a detailed staging of NV formation. Furthermore, an interventional study, where the eyes of VLDLR knockout mice were treated with aflibercept to inhibit NV development, was included. In a third study, intra-ocular pressure (IOP) increase was experimentally induced in the rat eye to model an acute glaucoma attack. Hereby, the effect of increased IOP on the pulsatility of the posterior rat eye was studied. A method was developed to assess tissue deformations between the retina and the chorio-scleral complex and fundus pulsations were mapped simultaneously with OCT angiography. The results presented in this thesis clearly demonstrate the suitability and versatility of OCT for longitudinal imaging of the rodent eye in preclinical studies.

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