Zeitlich aufgelöste 3-D-Quantifizierung des retinalen Blutflusses mittels erweiterter Bewegungskorrektur und Signalrekonstruktion in der optischen Kohärenztomographie-Angiographie

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Andreas Maier
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik ; Augenheilkunde ; Bild- und Sprachverarbeitung, Computergraphik und Visualisierung, Human Computer Interaction, Ubiquitous und Wearable Computing
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 508075009

Die optische Kohärenztomographie (OCT) erzeugt volumetrische 3-D-Bilder von Gewebe mit Mikrometerauflösung, indem sie einen Laserstrahl zum Scannen verwendet und die Amplitude und Zeitverzögerung von zurückgestreutem Licht misst. Die OCT hat einen starken Einfluss auf die Augenheilkunde und wurde zu einer Standard-Bildgebungsmodalität für die Diagnose, die Überwachung des Krankheitsverlaufs und das Ansprechen auf die Behandlung sowie für die Untersuchung der Pathogenese von Krankheiten wie diabetischer Retinopathie, altersbedingter Makuladegeneration und Glaukom. Die jüngste Entwicklung der OCT-Angiographie (OCTA) hat die grundlegende und klinische Forschung dramatisch beschleunigt. OCTA führt eine tiefenaufgelöste (3-D) Bildgebung der retinalen Mikrovaskulatur durch, indem es wiederholt die gleiche Netzhautposition abbildet und den Bewegungskontrast von sich bewegenden Blutzellen erkennt. Im Vergleich zu herkömmlichen Ansätzen, die auf injizierten Kontrastmitteln basieren, hat OCTA den Vorteil, dass es nicht invasiv ist, sodass die Bildgebung bei jedem Patientenbesuch durchgeführt werden kann, was Längsschnittstudien ermöglicht. Allerdings hat OCTA auch einige Einschränkungen. Da eine wiederholte Bildgebung erforderlich ist, um den Blutfluss zu erkennen, sind die Aufnahmezeiten lang und die Daten können durch Augenbewegungen und Bildartefakte verzerrt werden, was eine quantitative Längsschnittanalyse erschwert. OCTA-Algorithmen können das Vorhandensein eines Blutflusses erkennen, sind jedoch nur begrenzt in der Lage, subtile Veränderungen des Flusses aufzulösen, die frühe Anzeichen einer Krankheit sein können. Zeitliche Schwankungen des Flusses, die durch den Herzzyklus oder die funktionelle Reaktion der Netzhaut verursacht werden, sind schwer zu untersuchen. Wir schlagen vor, ein neues Framework für OCTA zu entwickeln, das eine Bewegungskorrektur auf Kapillarebene ermöglicht, Blutflussgeschwindigkeiten differenziert und eine Analyse auf mehreren Zeitskalen ermöglicht (4-D OCTA). Die Fähigkeit, über die Visualisierung der Mikrovaskulatur hinauszugehen und den Fluss und seine zeitlichen Schwankungen zu beurteilen, ermöglicht die Beurteilung subtiler Beeinträchtigungen der mikrovaskulären Perfusion sowie des Herzzyklus und der Reaktion auf funktionelle Stimulation. In Kombination mit der vaskulären strukturellen Bildgebung versprechen diese Fortschritte, neue Krankheitsmarker in früheren Stadien bereitzustellen, eine genauere Messung des Krankheitsverlaufs und des Ansprechens auf die Therapie in pharmazeutischen Studien zu ermöglichen und zur Aufklärung der Pathogenese bei Netzhauterkrankungen beizutragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor James G. Fujimoto, Ph.D.; Professorin Nadia Waheed, Ph.D.