Diagnose von Augenerkrankungen auf der Basis eines neuartigen funktionellen parallelen Video-Ophthalmoskops.
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen dieses DFG-Projektes wurde ein binokulares Video-Ophthalmoskop entwickelt und aufgebaut. Das binokulare Video-Ophthalmoskop hat folgende Eigenschaften: Aufnahme von Videosequenzen der Netzhaut beider Augen gleichzeitig - Exakte Synchronisation der Sequenzen beider Augen (besser als 1 Millisekunde) - Schmalbandige LED Beleuchtung (575 nm, FWHM 20nm) für hohe Licht-Absorption durch Blut - Minimale Beleuchtungsstärke auf der Netzhaut (ca. 30 µW/cm2) für unbegrenzte Anwendungszeit - Aufnahmen ohne Mydriatikum möglich (in klinischen Messungen mit Mydriatikum eingesetzt) - Bildrate 25 Bilder pro Sekunde - Lineare Kennlinie der Kameras zur quantitativen Auswertung der Bilder - Interne OLED-Fixations-Displays zur Stabilisierung der Fixation während der Aufnahme - Schneller und problemloser klinischer Einsatz. Im klinischen Einsatz hat sich gezeigt, dass die Messungen mit diesem Gerät sehr schnell gehen (inklusiv Justierung auf die Augen weniger als 2 Minuten) und von den Probanden und Patienten sehr gut angenommen werden. Aus den aufgenommenen Video-Sequenzen (Aufnahmedauer 10 Sekunden) kann nach Vorverarbeitung (Bildregistrierung zur Kompensation von Augenbewegungen, Trendkorrektur zur Kompensation von Helligkeitsschwankungen durch Augenbewegungen, Normierung zur Kompensation von Unterschieden in der Beleuchtungshelligkeit) der zeitliche Verlauf der herzschlagbedingten pulsatilen Blutvolumenänderungen der Netzhaut bestimmt werden. Aus diesen Pulskurven können Pulsparameter wie z.B. Amplitude, Steilheit, aber auch Zeitverschiebungen zwischen beiden Seiten abgeleitet werden. Das entwickelte Gerät wurde im Rahmen des Erlanger Glaukom-Registers bei Probanden und Glaukompatienten klinisch eingesetzt. Es wurde der Nachweis einer Korrelation der Puls-Amplitude und der Puls-Steilheit mit der Dicke der retinalen Nervenfaser-Schicht (gemessen mit einem Spectralis OCT) erbracht. Die pulsatile Absorptions-Amplitude ist in Augen mit perimetrischem Glaukom gegenüber Augen ohne Erkrankungen signifikant reduziert. Bei einem Patienten mit einer Halsschlagader Stenose wurde der Nachweis einer Zeitverschiebung der pulsatilen Signale beider Seiten um ca. 40 ms erbracht. Bisher konnten keine signifikanten Unterschiede der Pulsparameter beider Seiten bei Patienten mit Glaukom-Erkrankungen unterschiedlicher Ausprägung zwischen beiden Augen nachgewiesen werden. Dabei ist zu beachten, dass alle bisher untersuchten Glaukom-Patienten behandelt worden sind, so dass keine großen Unterschied im Intraokulardruck auftraten. Ob in einer Screening-Situation unbehandelte Glaukompatienten erkannt werden können, soll in weiteren Untersuchungen außerhalb dieses DFG-Projektes geklärt werden. Die Arbeiten erfolgten in enger Kooperation mit Partner aus Tschechien (Radim Kolar und Jan Odstrcilik, Department of Biomedical Engineering, Faculty of Electrical Engineering and Communication, Brno University of Technology, Czech Republic). Weitere Untersuchungen werden über dieses Projekt hinaus durchgeführt. Es besteht ein großes Interesse bei anderen Institutionen an einer Anwendung der entwickelten Technik auch in anderen Bereichen (z.B. exakte retinabasierte Augenbewegungsmessungen in der Optometrie, Screening-Untersuchungen zur Früherkennung von Glaukomerkrankungen und Halsschlagaderstenosen, Gehirndruckmessungen), so dass die in diesem Projekt erzielten Erfahrungen und Ergebnisse in nachfolgenden Projekten zur weiteren Anwendung kommen werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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"Binocular video ophthalmoscope for simultaneous recording of sequences of the human retina to compare dynamic parameters," in Progress in Biomedical Optics and Imaging - Proceedings of SPIE (2017), Vol. 10413
R. P. Tornow, A. Milczarek, J. Odstrcilik, and R. Kolar
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"Binokulares Video-Ophthalmoskop," Der Augenspiegel 18–19 (2017)
R. P. Tornow
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"Detection of distorted frames in retinal video-sequences via machine learning," in Progress in Biomedical Optics and Imaging - Proceedings of SPIE (2017), Vol. 10413
R. Kolar, I. Liberdova, J. Odstrcilik, M. Hracho, and R. P. Tornow
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"Development of a binocular videoophthalmoscope to compare parameters of heart beat induced blood volume changes between both eyes.," Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 59, 5859 (2018) ARVO Abstract
R. P. Tornow, F. Horn, J. Odstrcilik, and R. Kolar
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"The spectral distribution of the heart beat induced pulsatile reflection amplitude of the human retina follows the absorption of blood.," in Imaging in the Eye Conference, J. G., W. Drexler, and J. S. S. Fujimoto, eds. (Association for Research in Vision and Ophthalmology, 2018), p. 2961652
R. P. Tornow, L. Khismatova, J. Odstrcilik, and R. Kolar
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"Time-resolved quantitative inter-eye comparison of cardiac cycle-induced blood volume changes in the human retina," Biomed. Opt. Express 9, 6237 (2018)
R. P. Tornow, J. Odstrcilik, and R. Kolar
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"Blind Source Separation of Different Retinal Pulsatile Patterns from Simultaneous Long-term Binocular Ophthalmoscopic Video-records," Proc. Annu. Int. Conf. IEEE Eng. Med. Biol. Soc. EMBS 4729–4732 (2019)
I. Labounkova, R. Labounek, J. Odstrcilik, M. Hracho, I. Nestrasil, R. P. Tornow, and R. Kolar
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"Imaging video plethysmography shows reduced signal amplitude in glaucoma patients in the area of the microvascular tissue of the optic nerve head," Graefe’s Arch. Clin. Exp. Ophthalmol. 259, 483–494 (2021)
R. P. Tornow, R. Kolar, J. Odstrcilik, I. Labounkova, and F. Horn
