Gezielte Augenspektroskopie wirft neues Licht auf die Netzhautgesundheit

By | January 2, 2024

In einer aktuellen Studie veröffentlicht in Zeitschrift für biomedizinische Optik, Forscher demonstrieren multimodale Funktionalität der gezielten Augenfluoreszenzspektroskopie in vitro Es ist auf Vivo.

Studieren: Gezielte Spektroskopie am Augenhintergrund. Bildnachweis: PeopleImages.com – Yuri A / Shutterstock.com

Unten

Aufgrund von Augenerkrankungen wie diabetischer Retinopathie (DR), altersbedingter Makuladegeneration (AMD) und Glaukom treten einige typische strukturelle und funktionelle Veränderungen an den Augen auf, insbesondere im Augenhintergrund. Neurologische Erkrankungen wie die Alzheimer-Krankheit (AD) und die Parkinson-Krankheit (PD) können ebenfalls zu Veränderungen der Netzhaut führen, wie etwa einer Ausdünnung der retinalen Nervenfaserschicht (RNFL) und Veränderungen der Hämodynamik.

Aufgrund der sehr heterogenen Eigenschaften und Zusammensetzung des Augenhintergrunds sind Biomarker weit über das gesamte Gewebe verteilt oder in bestimmten Regionen lokalisiert. Beispielsweise breiten sich β-Amyloid-Plaques in der Netzhaut von Patienten mit AD aus, während es bei Patienten mit DR zu lokalen Blutungen kommt.

Typische bildgebende Verfahren liefern im Vergleich zur gezielten okularen diffusen Reflexionsspektroskopie (DRS) keine ausreichenden Daten zu den durch diese Krankheiten verursachten Netzhautveränderungen. DRS-Okularmethoden ermöglichen die Spektralanalyse bestimmter Teile des Fundus, einschließlich der Papille, der peripheren Netzhaut und der Fovea, zwischen 500 und 800 Nanometern (nm).

Mit der diffusen Reflexions- und Fluoreszenzspektroskopie können auch die Auswirkungen von Faktoren wie der Akkumulation von Lipofuscin, strukturellen Veränderungen der RNFL, dem Blutabsorptionsspektrum und dem Melanin-Spektralprofil aufgeklärt werden, die sich alle auf die optischen Eigenschaften von Netzhautgeweben auswirken.

Über die Studie

In der aktuellen Studie identifizieren Forscher Schlüsselmerkmale der gezielten Augenspektroskopie-Technologie in vitro unter Verwendung eines Referenzziels und eines Modellauges. Das Referenzziel war ein ultrahochauflösender Bildschirm mit einem Raster aus acht verschiedenen Farben, vor dem die retinografische Kamera positioniert war und nur das vom Bildschirm emittierte Licht sammelte. Das OEMI-7-Augenmodell, eine 7-mm-Pupille, die das menschliche Auge genau simuliert, half bei der Validierung dieser DRS-Erfassungen.

Anschließend, auf Vivo Bildgebung und DRS wurden zur Beurteilung der Blutsauerstoffsättigung (StO) verwendetzwei) im Sehnervenkopf und in der Parafovea von acht gesunden Studienteilnehmern, die vor der Studie eine Einverständniserklärung abgegeben hatten. Diese Personen waren zwischen 27 und 35 Jahre alt, hatten keine systemischen Erkrankungen oder Medikamente und hatten nach augenärztlichen Untersuchungen normale Ergebnisse.

Die zeigende Leuchtdiode (LED) beleuchtete die genaue Position des tatsächlichen Spektralerfassungsbereichs (ROSA), sodass die Kamera ihren Standort erfassen konnte. Es wurde eine zweistufige Aufnahmesequenz verwendet, gefolgt von kombinierter Bildgebung und gezielter Spektroskopie.

Der Standort des DRS-Erfassungsbereichs wurde anhand der ROSA-Bildsegmentierung bestimmt. Spektren wurden erfasst, indem ROSA zur Spektralanalyse an sechs verschiedene Orte im Sichtfeld des Referenzziels bewegt wurde.

Bandpassfilter isolieren die Anregungsbeleuchtung für die Bildgebung mit grüner Fluoreszenz. Im Vergleich dazu ermöglichten Langpassfilter eine einzigartige Bildgebung und spektrale Erfassung von fluoreszenzemittiertem Licht.

Die Spektralanalyse umfasste drei Verarbeitungsschritte, in denen die spektralen Beiträge des Umgebungslichts aus dem Spektrum entfernt und anschließend der Spektraleffekt der Lichtquelle bestimmt wurde. Das Lichtspektrum wurde dann normalisiert, um Unterschiede in der Signalintensität zu korrigieren.

Studienergebnisse

Das Modellauge erfasste Reflexionsspektren von Blutgefäßen, der Netzhaut in der Nähe des Sehnervenkopfes, dem Sehnervenkopf und der Netzhaut fern vom Sehnervenkopf (D). Die Blutgefäße und der Sehnerv zeigten deutlich unterschiedliche Reflexionsspektren. In ähnlicher Weise half das Modellauge bei der Durchführung einer Fluoreszenzanalyse für vier Regionen, wobei nur die Blutgefäße und der Sehnervenkopf Fluoreszenzsignale aussendeten.

Fünf-Sekunden-DRS-Aufnahmen entsprachen 13 erfassten Spektren und wurden bei allen acht Teilnehmern am Sehnervenkopf und an der Parafovea durchgeführt. Die durchschnittlichen Absorptionsspektren für beide Standorte zeigten interindividuelle Variabilität.

Alle bisherigen Methoden zur Beurteilung der Blutsauerstoffsättigung im Auge hatten eine begrenzte Empfindlichkeit und ermöglichten daher eine relative Beurteilung des StOzwei nur für große Blutgefäße im hinteren Augenbereich. In der vorliegenden Studie führten Messungen der Blutsauerstoffsättigung in verschiedenen Regionen zu unterschiedlichen StO-Werten.zwei.

Niedrigere Sauerstoffsättigung und größere interindividuelle Variabilität des StOzwei wurden in der Parafovea als im Sehnervenkopf beobachtet und lagen zwischen 30,4 und 58,4 % bzw. 62,1 und 69,7 %.

Für erfasste Spektren wurde ein Augenoximetrie-Algorithmus implementiert auf Vivo und demonstrierte das Potenzial, das Vorhandensein verschiedener Fluorophore/Chromophore zu beurteilen, die zur Diagnose verschiedener Netzhautpathologien verwendet werden können. Genauer gesagt zielte dieser Ansatz auf bestimmte interessierende Regionen ab, die durch Weitfeldfluoreszenz identifiziert wurden, und erfasste ein vollständiges Emissionsspektralprofil dieser Moleküle.

Schlussfolgerungen

Das in dieser Studie vorgestellte multimodale System ermöglichte die gleichzeitige und kontinuierliche Bildgebung und gezielte Spektroskopie im Augenhintergrund. Darüber hinaus zeichnete es sich durch eine hohe Empfindlichkeit, spektrale Auflösung und kurze Erfassungsgeschwindigkeit für die Erkennung von Netzhaut-Biomarkern aus. Dies ist bemerkenswert, da andere Systeme, wie beispielsweise die hyperspektrale Bildgebung, die spektrale Auflösung und die Erfassungsgeschwindigkeit beeinträchtigen.

Darüber hinaus wurden mit dieser Technologie in den verschiedenen getesteten Regionen unterschiedliche Spektralprofile ermittelt in vitro und während auf Vivo testen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die gezielte Augenspektroskopie im Laufe der Zeit neue Möglichkeiten zur Diagnose und Behandlung von Augenkrankheiten eröffnen könnte.

Tagebuchreferenz:

  • Lapointe, N., Akitegetse, C., Poirier, J., und andere. (2023). Gezielte Spektroskopie am Augenhintergrund. Zeitschrift für Biomedizinische Optik 28(12).doi:10.1117/1.JBO.28.12.126004

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