Darstellung von Blutfluss und Pulsation in retinalen Gefäßen mit Full-Field-Swept-Source-OCT

Zusammenfassung

Optische Kohärenztomografie (OCT) nutzt Interferenz für hochaufgelöste Schnitt- oder Volumenbilddarstellungen der Retina. Neue technologische Ansätze haben es in den letzten 25 Jahren immer wieder ermöglicht, die Bildgebungsgeschwindigkeit der OCT zu erhöhen. Hierdurch konnten Bewegungsartefakte verringert und Bildfelder vergrößert werden. Die bisher in der Klinik eingesetzten Systeme sind jedoch wegen möglicher Schädigung der Netzhaut durch den fokussierten Strahl und der zur Ablenkung des Strahls notwendigen Mechanik in Geschwindigkeit und räumlicher Präzision der Bildgebung beschränkt. Full-Field-Swept-Source (FF-SS)-OCT parallelisiert die Bildgebung mittels einer Kamera, verzichtet auf bewegte Teile und erlaubt dadurch die Nutzung einer höheren Lichtleistung. Hier zeigen wir, dass FF-SS-OCT die durch den Herzschlag verursachte Pulsation der Retina mit hoher zeitlicher Auflösung darstellen und vermessen kann. Mit FF-SS-OCT wurden Serien von OCT-Volumen mit 1,8 × 0,7 mm lateraler Ausdehnung über mehrere Herzzyklen an jungen Probanden aufgenommen. Neben der Morphologie wurden Gefäßdarstellungen, der Blutfluss und durch die Druckpulsation ausgelöste Gewebebewegungen gemessen. In den Volumensequenzen waren die wesentlichen Strukturen der neuronalen Retina mit gutem Kontrast und ohne Artefakte durch Augenbewegungen darstellbar. OCT-Angiografie zeigte die retinalen Gefäße und Kapillaren. Neben der Morphologie des Gefäßnetzwerks wurden anhand von nur einer einzigen FF-SS-OCT-Messung insgesamt 3 dynamische Prozesse des retinalen Gefäßnetzwerks untersucht: In den größeren Gefäßen konnte die pulsierende Fließgeschwindigkeit des Blutes mit einer Zeitauflösung im Millisekundenbereich bestimmt werden. Außerdem wurde eine axiale Bewegung der Retina beobachtet, deren zeitlicher Verlauf dem Pulsschlag ähnelt. Diese wird vermutlich durch die Pulsation des Choroids hervorgerufen. Die pulsierenden Druckschwankungen, die sich durch die retinalen Gefäße ausbreiten, ändern die axiale Ausdehnung der sie umgebenden Retina periodisch um bis zu 2 µm. Hierdurch konnte der Zeitverlauf der Druckänderungen in venösen und arteriellen Gefäßen bestimmt werden. Die Verzögerung zwischen der choroidalen und der arteriellen bzw. venösen Pulsation betrug 75 bzw. 110 ms. FF-SS-OCT ermöglicht erstmals die gemeinsame Darstellung dieser schnellen dynamischen Prozesse der Retina.

Abstract

Optical coherence tomography (OCT) uses interference to image the retina with high axial resolution. In the last 25 years, new technologies have permitted a steady increase in imaging speed, which made it possible to enlarge the imaged field and to avoid motion artefacts. The speed and precision of retinal imaging is now limited by photodamage of the retina caused by the focused OCT beam and by the speed of the scanning mechanics. Full-field swept-source (FF-SS)-OCT decreases irradiance on the retina and dispenses moving parts by using a camera to acquire the full volume of the retina in parallel. Here we show that FF-SS-OCT is rapid and precise enough to image pulsation in the retina induced by the heart beat. Series of OCT volumes 1.8 × 0.7 mm wide and 1.8 mm deep were recorded in young volunteers over a few cycles of the heart beat. Morphology of the retinal vessels, blood flow and tissue motion as caused by vessel pulsation were calculated from the OCT data. FF-SS-OCT was able to visualise the main structures of the neuronal retina, including vessels and small capillaries and without any motion artefacts. Information on three different dynamic processes was obtained from only one recorded series of OCT volumes: pulsation of blood flow and blood pressure in retinal vessels as well as pulsation of the choroid. Delays between arterial and venous pulse and delay between pulsation in retinal and choroidal vessels were calculated. With a time resolution of 0.5 ms, FF-SS-OCT is able to visualise previously unmeasurably fast changes in the retina, including the propagation of pulse waves.

Schlüsselwörter

Anatomie - Retina - Chorioidea - Gefäße - OCT

Key words

anatomy - retina - choroid - vessel - OCT

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