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Die Diagnosestellung eines idiopathischen Parkinsonsyndroms (IPS) beruht weiterhin hauptsächlich auf Kriterien der motorischen Symptomatik. Gerade diese sind aber zu Beginn der Erkrankung sehr unspezifisch, sodass seit längerem nach geeigneten Biomarkern gesucht wird, um durch möglichst einfache Testverfahren valide Informationen zu Diagnostik und Verlauf der Erkrankung an einem IPS zu erhalten. Eine Möglichkeit ist dabei ein Scan mithilfe eines OCT-Geräts (Optischer Kohärenz-Tomograph), mit dem eine Degeneration der Retina erfasst werden kann. Da die Retina eine embryologische Ausstülpung des Großhirns ist und somit ein Teil des zentralen Nervensystems ist, spiegelt sie neurodegenerative Prozesse des Gehirns wider. Ein Zusammenhang von einer, über der Norm liegenden, retinalen Degeneration und einer Erkrankung an einem IPS konnten bereits festgestellt werden. Diese Studie untersuchte nun wie sich die Retina bei Patienten mit einem IPS langfristig entwickelt, und wählte deshalb ein Messintervall von ca. 6-7 Jahren. Die Patienten hatten somit zum Zeitpunkt der zweiten Messung eine durchschnittliche Erkrankungsdauer von 11,5 Jahren. Die Analyse der Daten dieser Studie ergab, dass die Messung der retinalen Parameter Dicke und Volumen in den Schichten retinal nerve fiber layer (RNFL), ganglion cell layer (GCL) und inner plexiform layer (IPL) signifikante Veränderungen erbrachte. In der RNFL kam es in der Regel zu einer Zunahme der Dicke, während es in den Schichten GCL und IPL zu einer Dickenreduktion kam. Bezüglich der Dickenreduktion von GCL und IPL bestätigt diese Studie vorherige Ergebnisse anderer Forschung. Die Zunahme der RNFL-Dicke war bisher noch nicht beobachtet worden. Eine Erklärung für diesen Umstand konnte nicht gefunden werden, eventuell findet sich die Erklärung in der fortgeschrittenen Erkrankungsdauer der Patienten. Auch konnte in dieser Studie eine deutliche Asymmetrie der retinalen Beteiligung festgestellt werden. Bei einer Mehrheit der Patienten war nur das Auge von einer Degeneration betroffen, welches kontralateral zu der klinisch stärker betroffenen Körperhälfte lag. Die Kontralateralität erklärt sich durch die physiologischen Kreuzungen der neuronalen Bahnen. Im Endeffekt ist diese Entdeckung im klinischen Alltag zu vernachlässigen, da auch ohne Aufteilung die retinale Veränderung signifikante Ergebnisse lieferte. Die Aufteilung in dominante und nicht- 57 dominate Augen zeigte nicht einmal höhere Signifikanzniveaus oder ein größeres Ausmaß an retinaler Veränderung. Das Ausmaß der retinalen Veränderung mit zusätzlich erhobenen Parametern (Sehschärfe, Erkrankungsdauer, MoCA-Score, UPDRS-III-Score) zeigte keine signifikante Korrelation. Einzig die Verschlechterung des Kontrastsehens zeigte einen Zusammenhang zu der gemessenen Veränderung der Retina. Die geringe Größe des Patientenkollektivs kostete die Studie einen Großteil ihrer statistischen Power. Um verlässlichere Aussagen treffen zu können wären deutlich mehr Patienten nötig gewesen, aber die Erfahrung dieser Studie zeigte, dass IPS-Patienten mit einer Erkrankungsdauer von 11,5 Jahren häufig klinisch zu schwer eingeschränkt sind, um eine OCT-Messung mitmachen zu können, oder in vielen Fällen dieser Studie vor dem zweiten Messzeitpunkt verstorben waren. Außerdem muss beachtet werden, dass der Untersucher am OCT-Gerät bei der ersten und zweiten Messung nicht derselbe war. Eine gewisse Untersucherabhängigkeit der Ergebnisse (hier v.a. das Postprocessing der Daten mit Fehlerkorrektur der automatisierten Messungen durch den Untersucher) kann nicht ausgeschlossen werden. Die Arbeit zeigt, dass gewisse Charakteristika der retinalen Pathologie bei IPS auch nach einem längeren Krankheitsverlauf noch nachweisbar sind. Einige unerwartete Änderungen sind jedoch aufgetreten und verlangen nach weiterer Untersuchung. Da sich die Schwere der Erkrankung nicht mit den gemessenen retinalen Parametern korrelieren ließ, konnte eine Eignung der OCT als Verlaufsparameter nicht gezeigt werden. Unter diagnostischen Gesichtspunkten könnten Veränderungen der RNFL, GCL und IPL sowohl bei de novo Erkrankten, als auch im längeren Krankheitsverlauf interessant sein, sobald es gelingt, eine noch stärkere Trennschärfe zwischen Patienten und Kontrollen z.B. durch eine Erhöhung der technischen Messgenauigkeit zu erreichen.

In dieser Studie wird das Auftreten von Läsionen der Arteria radialis mittels OCT detektiert und Aussagen zu Korrelationen getroffen. Bei 43 Patienten wurde nach an einer Koronarangiographie eine OCT-Aufnahme durchgeführt. Zehn Probanden wurden mittels Ultraschall nachuntersucht. In der Stichprobe wurden die Probanden mit zwei Schleusengrößen untersucht. Von den 15 Läsionen waren fünf Thromben, drei Dissektionen und sieben Aneurysmata. Insgesamt konnte keine Korrelation zwischen einem klinischen Parameter und den Läsionen festgestellt werden. Im Durchschnitt wurde bei den Probanden mit nachgewiesenen Läsionen fast ein Diagnostik- oder Führungskatheter mehr benutzt. Bei einem Cut-off Wert von 2,5 Katheterwechsel sind explorativ mehr Läsionen zu erwarten. Im Follow-up wurden keine Läsionen festgestellt. Häufige Katheterwechsel deuten auf eine mögliche Korrelation hin. Langzeitschäden sind selten und weisen darauf hin, dass die A. radialis als Bypassgraft verwendet werden kann.

Sowohl die optische Kohärenztomografie (OCT), als auch der Serum-NfL-Wert sind sich etablierende Biomarker für die Krankheitsprogression der Multiplen Sklerose. In dieser Studie erhielten 66 RRMS-Patient*innen und 31 gesunde Kontrollen in einem longitudinalen Studiendesign zwei bis sieben OCT-Messungen. Bei 40 RRMS-Patient*innen wurde zusätzlich der Serum-NfL-Wert bestimmt. Die RRMS-Patient*innen wiesen im Vergleich zu den gesunden Kontrollen zum Zeitpunkt der Baseline-OCT-Messung eine signifikante Atrophie der pRNFL, TRT und mRNFL auf. Im longitudinalen Verlauf ergaben sich für die pRNFL (-0,57 µm/Jahr), die GCIPL (-0,02 mm3) und die INL (-0,003 mm3) signifikante Atrophien. Darüber hinaus korrelierte ein hoher Baseline-sNfL-Wert signifikant mit einer geringeren Schichtdicke der TRT und des RPE. Die pRNFL eignet sich somit potentiell als Biomarker für die Krankheitsprogression bei RRMS-Patient*innen, da sie auch im longitudinalen Verlauf eine signifikante Atrophierate aufwies., 1 Einleitung ..... 1 2 Hintergrund ..... 3 2.1 Multiple Sklerose ..... 3 2.2 Serum-Nfl bei Multipler Sklerose ..... 4 2.3 Aufbau der Retina ...... 5 2.3.1 Schichten der Retina ...... 5 2.3.2 Pathomechanismus der retinalen Atrophie ..... 8 2.4 Optische Kohärenztomografie (OCT) bei Multipler Sklerose ..... 8 2.4.1 Retinale Atrophie nach einer Optikusneuritis ..... 10 2.4.3 OCT-Befunde bei unterschiedlichen Formen der Multiplen Sklerose ..... 11 2.4.4 OCT-Befunde bei Krankheitsprogression gemessen am EDSS-Wert ..... 12 2.4.5 Korrelation zwischen OCT-Befunden und Serum-Nfl-Werten ..... 13 2.4.6 Korrelation zwischen OCT-Befunden und der Krankheitsdauer ..... 13 2.4.7 OCT-Befunde der Inner Nuclear layer (INl) und der äußeren Retinaschichten ..... 14 3 Zielsetzung ..... 16 4 Material und Methoden ..... 17 4.1 Studiendesign und Teilnehmende ..... 17 4.2 Methoden ..... 17 4.3 Grundlagen der Optischen Kohärenztomografie (OCT) ..... 18 4.3.1 OCT Geräte-Technik ..... 20 4.4 OCT-Schichtsegmentierung und Sektorenauswahl ..... 21 4.5 Statistische Auswertung ...... 23 5 Ergebnisse ...... 24 5.1 Klinische und demographische Daten zum Zeitpunkt der Baseline-OCT...... 24 5.2 Schichtdickenunterschiede zwischen RRMS-Patient*innen und gesunden Kontrollproband*innen zum Zeitpunkt der Baseline-OCT..... 27 5.3 Ergebnisse der OCT-Untersuchungen im longitudinalen Verlauf ..... 29 5.3.1 Schichtdickenunterschiede zwischen RRMS-Patient*innen und gesunden Kontrollen ............ 29 5.3.2 Zusammenhang der retinalen Atrophie mit dem EDSS-Wert ...... 31 5.3.3 Zusammenhang der retinalen Atrophie mit der Schubaktivität ........ 32 5.3.4 Einfluss der retinalen Atrophie auf die paraklinische Krankheitsaktivität gemessen anhand von MRT-Befunden ...... 33 5.4 Baseline Serum-Nfl-Werte als prädiktiver Biomarker für retinale Atrophie..... 34 5. Serum-Nfl-Werte im longitudinalen Verlauf ..... 35 5.5.1 Einfluss des Serum-Nfl-Wertes auf die retinale Atrophie ....... 35 5.5.2 Korrelation zwischen der sNfL-Rate und den retinalen Schichtdicken..... 36 5.5.3 Einfluss der Serum-NfL-Werte auf den EDSS-Wert.......... 37 5.5.4 Einfluss der Serum-NfL-Werte auf die Schubaktivität .... 37 6 Diskussion ...... 39 6.1 Schichtdickenunterschiede zwischen RRMS-Patient*innen und gesunden Kontrollproband*innen zum Zeitpunkt der Baseline-OCT-Untersuchung ...... 39 6.2 Schichtdickenunterschiede zwischen RRMS-Patient*innen und gesunden Kontrollproband*innen im longitudinalen Verlauf ......... 43 6.3 Einfluss der retinalen Atrophie auf den EDSS-Wert, die Schubaktivität und die paraklinische Krankheitsaktivität gemessen anhand von MRT-Befunden ....... 45 6.4 Einfluss der sNfL-Werte auf die retinale Atrophie ...... 47 6.5 Einfluss der sNfL-Werte auf den EDSS-Wert, die Schubaktivität und die paraklinische Krankheitsaktivität gemessen anhand von MRT-Befunden ...... 48 6.6 Methoden und Limitationen ........ 49 7 Zusammenfassung und Ausblick ..... 51 8 Literaturverzeichnis .... 52 9 Lebenslauf ......... 59 10 Danksagungen ..... 60 11 Anhang ....... I 11.1 Tabellenverzeichnis ...... I 11.2 Abbildungsverzeichnis ...... III 11.3 Genehmigung des Ethikantrags ....... IV

Die retinale in vivo Bildgebung gewann in den letzten 2 Jahrzehnten zunehmend an Bedeutung. Es fehlt aber häufig die Korrelation der in vivo erstellten quasi „histologischen“ Aufnahmen mit der tatsächlichen Histologie. An der Klinik und Poliklinik für Augenheilkunde des Universitätsklinikums Würzburg wurde ein standardisiertes System zur vergleichenden in vivo/ex vivo und histologischen retinalen Bildgebung des menschlichen Auges etabliert. In der vorliegenden „proof of concept study“ konnte der Arbeitsablauf erfolgreich gezeigt werden. Es wurden Abläufe geschaffen, die die ex vivo multimodale retinale Bildgebung analog zur in vivo Bildgebung an denselben Geräten ermöglichen. Die histologische Aufarbeitung des Gewebes erfolgt im Anschluss und ermöglicht die Korrelation von technisch gefundenen Veränderungen mit lichtmikroskopisch beschriebenen Auffälligkeiten. Diese histologischen Korrelate tragen zum besseren Verständnis von in vivo gefundenen Veränderungen bei. Gleichzeitig verbessern neu gefundene Auffälligkeiten in der in vivo Bildgebung das Verständnis und Früherkennung vieler retinaler Erkrankungen. Die Vorteile exzellent konservierter, aufbereiteter und histologisch untersuchter Proben wurde hier am Beispiel der CNTF-Expression dargestellt. Es konnte gezeigt werden, dass dieses Zytokin insbesondere bei neovaskulärer AMD in den Fotorezeptoraußensegmenten exprimiert wird., Retinal in vivo imaging has become increasingly important over the past two decades. However, there is often no correlation between the almost histological image quality made in vivo and the actual histology. A standardized system for comparing in vivo/ex vivo and histological retinal imaging of the human eye was established at the “Klinik und Poliklinik für Augenheilkunde des Universitätsklinikums Würzburg”. In this "proof of concept study" the workflow could be successfully demonstrated. Procedures were created that enable ex vivo multimodal retinal imaging analogous to in vivo imaging on the same devices. The histological processing of the tissue is then carried out and enables the correlation of technically found changes with abnormalities described by light microscopy. These histological correlations contribute to a better understanding of changes found in vivo. At the same time, newly found abnormalities in in vivo imaging improve the understanding and early detection of many retinal diseases. The advantages of excellently preserved, processed and histologically examined samples were presented here using CNTF expression as an example. It could be shown that this cytokine is expressed in the photoreceptor outer segments, particularly in neovascular AMD.

Die subkortikale vaskuläre Enzephalopathie (SVE) wird durch ein komplexes Krankheitsbild, bei deren Entstehung verschiedene möglicherweise interagierende Kriterien eine Rolle spielen, repräsentiert. Aufgrund der aktuellen Studienlage wird vermutet, dass Veränderungen der retinalen Gefäße, die embryologisch dem Gehirn entstammen, ein Surrogat für pathologische Veränderungen an den zerebralen Kleinstgefäßen darstellen können. Unsere Arbeit untersuchte an einer definierten Kohorte von 43 Patienten mittels optischer Kohärenztomographie (OCT), ob retinale Gefäße mit einer Verschlechterung des SVE-typischen kognitiven Leistungsprofils korrelieren und damit ein potenzieller Marker für die Schweregradeinteilung einer SVE sein könnten. Hierfür wurde die gut validierte neuropsychologische CERAD (Consortium to Establish a Registry for Alzheimer’s Disease) -Plus-Testbatterie in Zusammenhang mit den ermittelten Gefäßparametern: mittlere Wanddicke (MWT), Gefäßlumen (LD) und Gefäßwand-Lumen-Verhältnis (WTL) untersucht. Weiter sollte genauer betrachtet werden, ob die Liquormarker Chitinase-3-like Protein (CH3L1), saures Gliafaserprotein (GFAP), Betaamyloid 1-42 (Aβ42), Gesamt-Tau-Protein (T-Tau), Phospho-Tau-Protein (p-Tau), Neurofilament-Schwerketten (pNFH) und Zonula occludens (ZO-1) mit kognitiven Störungsmustern bei Patienten mit SVE einhergehen und somit ein Surrogat für die Schweregradeinteilung einer SVE darstellen. Außerdem sollten mögliche Korrelationen zwischen dem Volumen der White Matter Hyperintensities (WMH) und der Reduktion kognitiver Leistungen erfasst werden. Für die volumetrische Bestimmung der WMH verwendeten wir MR (Magnetresonanz) -tomographische T2-gewichtete Sequenzen. Wir fanden signifikante inverse Korrelationen zwischen MWT und „Wortliste Lernen“ (WL Lernen) und der „Diskriminabilität“ sowie zwischen WTL und den Subtests „Boston Naming Test“ (BNT), „WL Lernen“ und der „Diskriminabilität“. Darüber hinaus ergaben sich signifikante Korrelationen zwischen Aß42 und „verbale Flüssigkeit: Kategorie Tiere“ (Verb. Fl.), „Phonematische Flüssigkeit: S-Wörter“ (Phon. Fl.), „Wortliste Abrufen“ (WL Abrufen), „TMT A“, „TMT B“ sowie der „Diskriminabilität“. ZO-1 korrelierte mit dem „Mini-Mental Status-Test“ (MMST) und GFAP invers mit „TMT B“, das WMH-Volumen invers mit „Verb. Fl.“ und „Wortliste Wiedererkennen“ (WL Wiedererkennen). Inverse Korrelationen konnten auch zwischen WTL und CH3L1 sowie MWT und p-Tau nachgewiesen werden. Das Besondere an unserer Studie ist die separate Betrachtung von MWT, WTL und LD mittels der nicht invasiven OCT und deren Zusammenhang mit der Ausprägung des kognitiven Leistungsdefizits bei Patienten mit SVE. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass sowohl die mittlere Wanddicke und das Gefäßwand-Lumen-Verhältnis als auch ein Liquorbiomarker-Profil, unter Berücksichtigung von GFAP als aus unserer Sicht vielversprechendster Biomarker, im Zusammenhang mit kognitiven Störmustern möglicherweise zur Quantifizierung und Verlaufsbeurteilung einer SVE herangezogen werden könnten. Aufgrund der geringen Probengröße erscheinen weitere prospektive OCT-basierte Studien sinnvoll.

Die retinalen Schichten mittels optischer Kohärenztomographie (OCT) zu untersuchen ist eine zunehmend angewendete Methode bei neurodegenerativen Erkrankungen. Grundlegend dabei ist, dass an der Retina als Teil des ZNS strukturelle Veränderungen erkennbar sind, die pathologische Prozesse im Gehirn widerspiegeln. Die vorliegende Studie zielt auf den möglichen Unterschied der retinalen Veränderungen von drei verschiedenen neurodegenerativen Parkinson-Entitäten gegenüber von gesunden Kontrollpersonen (HC) ab. Bei den Patienten handelt es sich um Personen, welche an der Parkinson-Krankheit (Parkinson´s disease = PD), der Multisystematrophie (MSA) oder der Progressiven Supranukleären Blickparese (PSP) leiden. Zentral dabei ist der Zusammenhang zwischen den Untersuchungen mittels optischer Kohärenztomographie sowie der potentielle Einfluss von Alter, Geschlecht, motorischem Anteil des Unified Parkinson´s Disease Rating Score (UPDRS) und dem Hoehn & Yahr Score. Eine deskriptive Statistik bezüglich Alter, Geschlecht, Erkrankungsdauer, nicht motorischen Symptomen gemäß dem Non motor Symptom Fragebogen, dem III Teil des UPDRS und dem Hoehn & Yahr Score wurde neben der statistischen Analyse erstellt. Dabei erfolgte eine zweigeteilte Varianzanalyse und eine Kruskal-Wallis-Test Analyse. Insgesamt nahmen 46 Patienten (29 PD, 9 MSA, 8 PSP) und 21 HC an der Studie teil. Die Makula lutea wurde in zwei Abschnitte unterteilt: periphere parafoveale und zentrale foveale Anteile. Es erfolgte zudem eine retinale Einzelschichtanalyse. Herausragend war die Erkenntnis über die äußerste retinale, und somit über die Nervenfaserschicht, welche in einigen Subanalysen signifikant ausgedehnter bei Parkinson-Syndrom Patienten war. Die äußere plexiforme Schicht (OPL) und die retinale Nervenfaserschicht (RNFL) waren innerhalb der Gruppe der erkrankten Patienten signifikant dünner. Signifikant verdickt war außerdem die RNFL bei MSA und verdünnt die OPL bei PD. Die anfängliche eigens erstellte Hypothese, die auf vorherigen Studien basiert, dass parafoveale Anteile der Makula lutea stärker verdünnt seien als peripher gelegene Abschnitte der Retina, konnte nicht untermauert werden. Es wurde keine signifikante Verdünnung der gesamten retinalen Schichtdicke, der Ganglienzellschicht zusammen mit der inneren plexiformen Schicht sowie der ONL bei Parkinson-Syndrom Patienten gefunden. Allerdings konnte eine inverse Korrelation zwischen UPDRS III und einzelnen OPL-Unterabschnitten gezeigt werden. Mit einer höheren Anzahl an Studienteilnehmern sowie einem longitudinalen Studienmodell könnte ein Mehrwert an prädiktiven Markern zur Früherkennung der Parkinson-Syndrome mittels OCT gewonnen werden.

A general algorithm for the rigorous computation of Optical Coherence Tomography (OCT) images based on Maxwell's equations is presented to calculate tomograms of various scattering structures. The impact of the microscopic structure of the scatterers on the tomograms is investigated and the main parameters of OCT imaging such as the central wavelength, the pinhole diameter and the width of the broadband light source are varied. The computed OCT data are rigorously compared to OCT data obtained elsewhere. It is shown that OCT images do not always reveal the underlying structure of the scatterers, and care must be taken when interpreting OCT images.

Wir untersuchten den therapeutischen Effekt einer Komplementsystemhemmung in einem experimentellen Autoimmunen Glaukommodell. Ratten wurden mit ONA immunisiert. In je ein Auge dieser Tiere wurde ein Antikörper gegen den Komplementfaktor C5 intravitreal injiziert. Es wurden zwei Konzentrationen verglichen (15 \(\mu\)mol, ONA+C5-I; 25 \(\mu\)mol, ONA+C5-II). Der Augeninnendruck (IOD) wurde wöchentlich gemessen. Nach sechs Wochen wurden weitere Untersuchungen gemacht: optische Kohärenztomographien der Retinae, Querschnitte der Retinae angefärbt, quantitative real-time-Polymerase-Kettenreaktion (RT-qPCR)-Analysen und Färbung mit Hämatoxylin und Eosin (H/E). Bei IOD und Retinadicke ließen sich keine Unterschiede nachweisen. ONA zeigte einen Verlust an RGZ. Es gab eine Herunterregulierung der \(\it Bax/Bcl2\) mRNA in den Retinae von ONA+C5-I. GFAP\(^{+}\) und Vimentin\(^{+}\) Signalen wies keine Veränderungen nach. Es gab eine Hochregulation von \(\it GFAP\) in allen ONA-Gruppen. ONA zeigte eine Zellinfiltration der Nervi optici.

Die diabetische Retinopathie (DR) ist eine der Haupterblindungsursachen weltweit. In ihrer Diagnostik wird seit langem die Fluoreszein Angiographie (FA) als bewährte Methode eingesetzt. Seit wenigen Jahren steht nun zusätzlich die Optische Kohärenztomographie Angiographie (OCTA) zur Verfügung, die in der Lage ist, das retinale Gefäßsystem dreidimensional zu rekonstruieren und in einzelnen zweidimensionalen Schichten darzustellen. In dieser Studie wurde ein Methodenvergleich zwischen der etablierten FA und der neuen, nicht-invasiven OCTA in Augen mit DR vorgenommen. Ziel war es, zu ermitteln, wie hoch die quantitative Übereinstimmung der Methoden bezüglich der Flächen der foveal-avaskulären Zone (FAZ) und der Neovaskularisationen (NV) sowie der Anzahl an Mikroaneurysmen (MA) ist, da dies für die DR relevante pathologische Befunde sind. Insgesamt konnten 60 Augen untersucht werden. Es wurden zunächst kongruente Ausschnitte der entsprechenden „region of interest“ desselben Auges von jeweils FA und OCTA für die Auswertungen erstellt. Zur Ermittlung der Flächen wurden die Grenzen der FAZ und der NV manuell nachgefahren und der Flächeninhalt mithilfe einer Software gemessen. Ebenso wurden die MA von zwei erfahrenen, unabhängigen Untersuchern markiert und gezählt. Die Ergebnisse wurden anschließend miteinander verglichen. Zur Einschätzung der Übereinstimmung wurde der Bland-Altman-Plot als statistische Methode der Wahl herangezogen. Zusätzlich zu dem quantitativen Vergleich führten die beiden Untersucher eine subjektive Bewertung der beiden Methoden hinsichtlich ihrer Beurteilbarkeit von jeweils FAZ und MA durch. Beim Vergleich der Flächen von FAZ und NV zeigte sich eine insgesamt sehr gute Übereinstimmung zwischen den Methoden. Aufgrund der äußerst detaillierten Darstellung der FAZ in der OCTA wurde diese zudem von beiden Untersuchern unabhängig voneinander für die Beurteilung der FAZ favorisiert. Auch die NV werden von der OCTA in größerer Genauigkeit als von der FA und ohne maskierende Leckage dargestellt. Für die MA ergab sich eine deutlich schlechtere Übereinstimmung zwischen FA und OCTA. Es fiel eine Abweichung in Anzahl und Lokalisation der MA auf. Obwohl die Interobserver Variabilität innerhalb beider Methoden hoch war, bevorzugten beide Untersucher unabhängig voneinander die FA zur Auswertung der MA, da diese sich in der FA sicherer identifizieren ließen. Insgesamt legen die Ergebnisse dieser Arbeit nahe, dass die OCTA mit ihrer detaillierten Darstellung der vaskulären Strukturen sehr gut dafür geeignet ist, Beschaffenheit und Größe von FAZ und NV zu beurteilen. Da auch eine Quantifizierung dieser und weiterer Parameter möglich ist, ist sie der FA in dieser Hinsicht überlegen und bietet für die Zukunft weitere Möglichkeiten für Diagnostik und Verlaufskontrolle der DR. Besonders als Screening Instrument weist die OCTA großes Potential auf. In Bezug auf die Detektion und Beurteilung von MA ergeben sich allerdings Defizite. Dort sind Verbesserungen nötig, um mehr Sicherheit in der Darstellung und Befundung der MA zu gewährleisten und die FA verbleibt hierfür als die geeignetere Methode. Der komplementäre Einsatz beider Verfahren stellt zum jetzigen Zeitpunkt den bestmöglichen diagnostischen Ansatz für Patienten mit DR dar.

Die Subkortikale Vaskuläre Enzephalopathie (SVE), in der internationalen Literatur auch Cerbral Small Vessel Disease (CSVD) genannt, ist eine häufige Ursache von Demenz und Schlaganfall. Ihr Pathomechanismus ist anhaltendes Thema aktueller Forschung. Es werden pathologische Prozesse an den zerebralen Kleingefäßen beschrieben, die zu zerebraler Ischämie mit daraus resultierendem Infarkt aufgrund verengter oder okkludierter Arterien führen. Es ist davon auszugehen, dass die kleinen Blutgefäße der Retina, welche entwicklungsbiologisch dem Gehirn entstammen, als ein „Spiegel“ für die kleinen Blutgefäße im Gehirn betrachtet werden können und bei der SVE ähnliche Veränderungen aufweisen. Deshalb wurde in der vorliegenden Arbeit mit der optischen Kohärenztomografie (OCT) untersucht, ob Veränderungen der retinalen Gefäße mit typischen Veränderungen der SVE in der Magnetresonanztomografie (MRT) korrelieren und somit ein Surrogat für die Schwere der SVE sind. Hierbei wurden die im OCT gemessenen retinalen Gefäßparameter im Zusammenhang mit den MRT-Charakteristika der SVE, nämlich Lakunen, erweiterte Virchow-Robin-Räume (VRs), Hippocampus-atrophie, zerebrale Mikroblutungen (MB) und White Matter Hyperintensities (WMH), prospektiv untersucht. Des Weiteren wurde in der vorliegenden Arbeit die Frage gestellt, ob die Liquor-Parameter der glialen Aktivierung (Chitinase-3-like Protein 1 (CH3L1) und saures Gliafaserprotein (GFAP)), der Neurodegeneration (phosphorylierte Neurofilament-Schwerketten (p-NF-H), Phospho-Tau-Protein (P-Tau), Gesamt-Tau-Protein (T-Tau) und Betaamyloid 1-42 (Aβ42)), sowie der vaskulären Integrität (Zonula occludens-1 (ZO-1)) die pathologischen Prozesse der SVE darstellen und mit den bildmorphologischen Charakteristika der SVE oder den OCT-Parametern korrelieren. Auch die retinalen Nervenfaserschichten als Marker der Neurodegeneration wurden diesbezüglich mittels OCT-basierter Messungen analysiert. Unsere Patientenstichprobe umfasste 24 Patienten mit kompletten Datensätzen für die Untersuchung der MRT-Parameter, der Liquor-Parameter und der retinalen Gefäßparameter im OCT und 21 Patienten mit kompletten Datensätzen für die Untersuchung der retinalen Nervenfaserschichtdicken im OCT. Die Patienten wiesen unterschiedliche Stadien der SVE auf. Die volumetrische Messung der WMH erfolgte in der T2-gewichteten Fluid Attenuated Inversion Recovery (FLAIR)-Sequenz mit der hausinternen Software „Tensor Imaging and Fibre Tracking“ mittels semiautomatischer Auswertung. Die OCT-basierten Messungen ermöglichten mit Hilfe eines Ringscans durch die retinalen Nervenfaserschichten eine Analyse der retinalen Arteriolen, so dass die Dicke der Gefäßwand (MWT) und der Durchmesser des Gefäßlumens (LD) erfasst werden konnten. Zur besseren Vergleichbarkeit wurde für die Gefäße das Gefäßwand-Lumen-Verhältnis (WTL) errechnet. Es wurde eine signifikante inverse Korrelation zwischen dem WTL retinaler Arteriolen und dem WMH-Volumen im MRT gezeigt. Eine Zunahme der zerebralen Läsionslast war mit einer Reduktion des WTL assoziiert. Darüber hinaus wurde keine Korrelation zwischen den weiteren MRT-Parametern und den retinalen Gefäßparametern nachgewiesen. Jedoch zeigten unsere Ergebnisse eine signifikante inverse Korrelation zwischen dem WTL mit CH3L1, ZO-1 und p-NF-H. Die MWT korrelierte invers signifikant mit der GFAP-Konzentration und mit den P-Tau- und T-Tau-Konzentrationen. Im Bezug auf die weiteren MRT-Marker der SVE korrelierten lediglich die Lakunen mit P-Tau. Des Weiteren zeigte sich ein signifikanter Zusammenhang zwischen der peripapillären retinalen Nervenfaserschichtdicke und dem Aβ42-Spiegel und zwischen dem p-NF-H-Spiegel und der äußeren plexiformen Schichtdicke (OPL) der Retina. Unseren Ergebnissen zufolge könnte die WTL, die mittels OCT gemessen wurde, einen Biomarker darstellen, der die Pathogenese der SVE in vivo erfassbar macht. Auch die Cerebrospinalflüssigkeit (CSF)-Biomarker, vor allem die Konzentrationen von CH3L1, ZO-1, p-NF-H und GFAP stellen in Kombination eine Möglichkeit dar, um auf die pathophysiologischen Prozesse der SVE zu schließen. Diese vielversprechenden Ergebnisse verdeutlichen die Bedeutung weiterer Forschung zur SVE mittels OCT-basierter Gefäßmessung in Kombination mit einem CSF-Biomarker-Profil.

For the present study, 34 patients (52.9% male and 47.1% female) suffering from ALS (amyotrophic lateral sclerosis) and 21 healthy controls (52.4% male and 47.6% female) were recruited between August 2015 and November 2016 to undergo OCT (optical coherence tomography) and DTI (diffusion tensor imaging) investigation in two visits, separated by 6 months. For the second visit, only 18 of the 34 patients (44.4% male and 55.6% female) and 18 of the 21 healthy controls (55.6% male and 44.4% female) were available. 23 of the 34 patients (60.9% male and 39.1% female) underwent DTI investigation around the same date as the OCT investigation for the first visit. At the second examination, only 9 out of the 23 patients (66.6% male and 33.4% female) were available. Optical coherence tomography images were obtained with the Heidelberg Spectralis HD-OCT device (Heidelberg Engineering GmbH, Heidelberg, Germany, software version 6.0.11.0) and DTI images were obtained on a 1.5 Tesla scanner with the Siemens Magnetom Symphony (Siemens Medical, Erlangen, Germany). The objectives of the study were first, to explore the theory, that retinal changes occur in ALS patients compared to controls, second, to observe if retinal thinning or thickening occurs at a faster rate in patients compared to controls, and third, to check for any association between white matter integrity and retinal thickness. A patient history was taken for every subject and those with any history of ocular disease were excluded from the study before acquiring images. A few important examples are glaucoma, increased intra-ocular pressure, PD (Parkinson’s Disease), multiple sclerosis, diabetes type 1 and 2, invasive surgery of the eye in the last 2 years and retinal detachment. The same exclusion criteria were applied for both the first and the second visit. After using a combined automatic and manual segmentation algorithm to analyze specific individual layers separately, statistical analysis using SPSS Statistics version 24.0.0.0 (IBM Corporation, Armonk, NY, USA) and SAS version 9.4 (SAS Institute, Chicago, Illinois, USA) was performed. Based on the results of this study, there seems to be no difference in retinal thickness between patients suffering from ALS and healthy controls in none of the specific retinal layers, the best achieved p-value being p = 0.220 for the INL (inner nuclear layer). Nevertheless, a trend of retinal thinning can be shown, where group comparison results show the same pattern at baseline and at follow up. Longitudinally speaking, no thinning of the retina can be observed across a period of 6 months, not even when compared to controls. In both the patient and the control group, comparison results point to no significant change and seem to be similarly random distributed over all individual retinal layers, the best achieved p-value being 0.202 for the RNFL (retinal fiber layer). These results suggest that retinal thinning, if any is existent, does not occur at a faster rate in the eye of an ALS patient than in the eye of a healthy individual. Moreover, retinal thickening should not be excluded. Additionally, no relationship between disease duration, visual acuity or contrast sensitivity and retinal thickness could be demonstrated. The only significant correlation that was observed was between retinal thickness in the INL and disease severity at follow up (Pearson’s r = -0.59, p = 0.01). In addition, no concrete relationship between white matter integrity and retinal thickness could be provided by this study, as the CST (corticospinal tract) did not correlate significantly with retinal thickness in any individual retinal layer. Further studies are needed to evaluate retinal thickness by OCT as well as to investigate possible links between retinal thickness and neurodegeneration in motor-neurons. A standardized and uniform examination protocol containing comprehensive ophthalmological examinations and bigger sample sizes is advisable for future studies, as well as for the clinical application of optical coherence tomography. This will significantly facilitate the comparability of the respective results and possibly provide deeper insight into the pathophysiology of the amyotrophic lateral sclerosis

Problem: Das Problem ist, dass beide intrakoronare Bilgebungsmodalitäten eine anatomische Beurteilung des Gefäßsystems anbieten, jedoch gibt es diverse technische Unterschiede zwischen den beiden Bildgebungsmodalitäten, die auch zu unterschiedlichen Outcomes für die Patientinnen/ Patienten führen. Daher wurden in dieser Bachelorarbeit die Unterschiede beider Bildgebungsmodalitäten erarbeitet und die Vor- und Nachteile im Rahmen einer perkutanen Koronarintervention dargestellt. Fragestellung: Welche Vor- und Nachteile ergeben sich unter Verwendung einer OCT im Rahmen einer PCI gegenüber einem IVUS? Methode: Um einen Überblick über die Technik und Unterschiede der IVUS- und OCT- gestützten koronaren Stentimplantation zu gewinnen, wurde im Rahmen einer Internetrecherche, mittels Studien und Fachartikeln aus diversen wissenschaftlichen Datenbanken wie Pubmed und Sciencedirect gearbeitet. Als Suchbegriffe wurden englische Schlagwörter verwendet, wie “OCT-guided coronary stent implantation“ und „IVUS-guided coronary stent implanation“. Die Methode dieser vorliegenden Arbeit beruht auf einer qualitativen Inhaltsanalyse von diversen wissenschaftlichen Arbeiten. Ergebnisse: Durch die qualitative Forschung der verwendeten Studien und Review Articles ergab sich, dass die OCT in einigen Bereichen Vorteile im Vergleich zum IVUS zeigt, jedoch auch Nachteile. Durch die 10 Mal höhere Auflösung ermöglicht die OCT eine genaue Visualisierung von Plaquezusammensetzungen. Jedoch ermöglicht die höhere Penetration des IVUS die Abbildung der gesamten Gefäßstruktur, die häufig mittels OCT nicht dargestellt werden kann. Weiteres wird bei der OCT für die Bildaufnahme eine höhere Menge an Kontrastmittel im Vergleich zum IVUS benötigt und somit kann sie bei Patientinnen/ Patienten mit einer Nierenfunktionsstörung ein Problem aufweisen. Dennoch kann die OCT einige Stentkomplikationen, die mit einem schlechten Outcome verbunden sind, im Vergleich zur Angiographie und zum IVUS darstellen und liefert somit ein besseres Outcome für die Untersuchung. Diskussion und Schlussfolgerung: Die intrakoronaren Bildgebungsmodalitäten liefern wertvolle Informationen, die klinisch verwendet werden können zur Optimierung der Stentimplantation und um stentbedingte Komplikationen zu minimieren. Aufgrund der hohen Auflösung und der schnellen Bildaufnahmezeit ermöglicht die OCT eine detaillierte Visualisierung der Plaquemorphologie, die auch für die Läsionsvorbereitung, wie zum Beispiel die Anwendung der Rotationsatherektomie vor der Stentimplantierung wichtig ist. Weiteres erfordert die OCT im Vergleich zum IVUS eine zusätzliche Kontrastmittelanwendung, damit das Blut aus dem Lumen vor der Bildaufnahme entfernt wird. Dies kann bei Patientinnen/ Patienten mit einer Nierenfunktionsstörung zu Probleme führen. Ein weiterer Vorteil vom IVUS ist das Eindringen von 5-6mm in die Gefäßwand, die im Vergleich zur OCT (1-2 mm) höher ist. Somit ermöglicht der IVUS eine einfachere Visualisierung der gesamten Gefäßstruktur, einschließlich Tunica media und Tunica externa adventitia, die häufig von der OCT übersehen werden. Beide Bildgebungsmodalitäten weisen Stärken und Schwächen auf, aber je nach Fragestellung, ist das eine oder andere Verfahren besser, um die Situation zu bewerten. Falls die Plaquemorphologie die primäre Fragestellung ist, dann kann mittels OCT diese bewertet werden. Hingegen wenn die Gefäßwandstruktur beurteilt werden möchte, dann ist der IVUS mit der hohen Penetration dafür angemessen. Des Weiteren erkennt die OCT im Vergleich zum IVUS Verfahrenskomplikationen wie Fehlappositionen, Gewebevorsprung, Stentkantendissektionen und verringert somit die Rate von MACE und Stentthrombosen. Keywords: Herzkatheter, Strahlenschutz, IVUS-gesteuerte PCI, OCT-gesteuerte PCI Problem: The problem is that both intracoronary imaging offer an anatomical assessment of the vascular system, but there are various technical differences between the two imaging modalities, which also lead to different outcomes for the patient. Therefore, the difference between the two imaging modalities were elaborated and the advantages and disadvantagesduring coronary stenting were worked out as part of this bachelor thesis. Research Question: What are the advantages and disadvantages of using an OCT during a PCI compared to an IVUS? Method: In order to gain an overview of the technology and differences between IVUS and OCT-guided coronary stent implantation, research was carried out on the Internet using studies and articles from various scientific databases such as Pubmed and Sciencedirect. English keywords were used as search terms, such as “OCT-guided coronary stent implantation” and “IVUS-guided coronary stent implantation”. The method of this thesis is based on a qualitative content analysis of various scientific papers. Results: The qualitative research of the studies and review articles showed that OCT has advantages in some areas compared to IVUS, but also disadvantages. Due to the 10 times higher resolution, OCT enables precise visualization of plaque compositions. However, the higher penetration of the IVUS enables the visualization of the entire vascular structure, which often cannot be visualized using OCT. Furthermore, with OCT, a higher amount of radiographic contrast is required for image acquisition in comparison to the IVUS and thus represents a problem in patients with compromised renal function. Nevertheless, OCT can visualize some stent complications, which are associated with a poor outcome compared to angiography and IVUS and therefore provides a better outcome. Discussion and Conclusion: The intracoronary imaging modalities provide valuable information that can be used clinically to optimize stent deployment and to minimize stent-related complications. Due to the higher resolution and the fast image acquisition time, OCT enables detailed visualization of plaque morphology, which is also important for the use of rotational atherectomy before stent deployment. Compared to IVUS, OCT requires additional use of radiographic contrast so that the blood is removed from the lumen prior to imaging. This can lead to problems in patients with compromised renal function. Another advantage of IVUS is the penetration depth of 5-6 mm into the vessel wall, which is higher compared to OCT (1-2 mm). Thus, the IVUS enables easier visualization of the entire vascular structure, including the tunica media and the tunica externa adventitia, which are often overseen by the OCT. Both imaging modalities have strengths and weaknesses, but depending on the issue, one or the other method is suitable for assessing the situation. If the plaque morphology is the primary issue, then it can be assessed using OCT. On the other hand, if the vascular wall structure needs to be assessed, then the IVUS with a high penetration is suitable in this situation. Furthermore, compared to IVUS, OCT detects procedural complications such as incorrect apposition, tissue protrusion, stent edge dissection and therefore reduces the rate of MACE and stent thrombosis. Mariam Shahin Bachelorarbeit Graz, Fachhochschule Joanneum 2020

The non-invasive imaging modality of optical coherence tomography angiography (OCT) is nowadays the gold standard for analysis of macular diseases. Standardized grading protocols are necessary to guarantee optimal treatment outcomes. As these acquired images are used for disease monitoring, a great amount of imaging data is being produced. To maximize the potential of information from these data the use of modern image analysis tools is necessary. Therefore the focus of this thesis is to analyze manual and automated image analysis tools in patients with retinal diseases. The first presented publication as first author was analyzing imaging quality in optical coherence tomography (OCT). OCT is a non-invasive, widely used imaging modality for retinal morphology analysis. The Spectralis OCT device (Heidelberg Engineering, Heidelberg, Germany) provides the examiner with multiple features to optimize image quality. One of these features is the averaging tool. By using the averaging function, multiple images are combined to produce one final image. The purpose of the study was to find the optimal averaging settings, giving the examiner the best image quality without losing detailed information due to averaging. The study was conducted in patients pre- and post-operatively of cataract surgery to account for a possible influence on image quality due to the lens opacity. In the second study the SAVE II protocol was used to assess morphological changes based on OCT and fluorescein angiography (FA). We were able to demonstrate a correlation between the morphological clusters defined by SAVE II. The atrophic edema type 4 showed lower visual acuity than patients with SAVE II edema type 2. The third study was a retrospective analysis of patients with retinal vein occlusion. Therefore patient data from a multicenter trial with a follow-up time of six months was used. We created automated retinal thickness maps and demonstrated that approximately 10 percent of patients showed focal macular neuroretinal atrophy. Eyes with retinal atrophy did not show poorer BCVA outcomes. In this thesis the possibilities of manual and automated images in patients with retinal diseases are presented.T wo of the three publications presented were written as a member of the interdisciplinary team OPTIMA (Ophthalmic Image Analysis). This is a multidisciplinary group of experts in retinology, computer science and medical physics. One study was conducted at the Department of Ophthalmology and Optometry at the Kepler University Clinic and was contributed equally by Matthias Bolz and Dominika Podkowinski. submitted by Dr. med. Dominika Podkowinski Dissertation Universität Linz 2020

Für diese Arbeit wurden ALS Patienten und gesunde Kontrollpersonen mittels optischer Kohärenztomographie (OCT) und MRT-DTI untersucht. Bei ALS Patienten zeigte sich mithilfe der optischen Kohärenztomographie eine Retinadegeneration innerhalb der RNFL (retinalen Nervenfaserschicht) und innerhalb der INL (inneren Körnerschicht). Ein Zusammenhang zwischen Retinadegeneration und klinischen Daten, wie dem ALS-FRS-R Score und der Erkrankungsdauer konnte nicht gezeigt werden. Desweiteren konnte eine Korrelation zwischen der Retinadegeneration und den FA-Werten (MRT-DTI) innerhalb des kortikospinalen Trakt gezeigt werden.

Ergebnisse bildgebender Studien sowie Studien zur Funktion und Struktur des visuellen Systems bei Patienten mit Schizophenie legen pathophysiologische Parallelen zur „klassischen“ neurodegenerativen Erkrankungen nahe, sodass eine (neuro-)degenerative Komponente bei dieser psychiatrischen Erkrankung ebenfalls angenommen werden kann. Da die Retina als „Fenster zum Gehirn“ angesehen werden kann, wurde in vorliegender Studie unter der Annahme einer degenerativen Komponente bei der Genese der Schizophrenie eine strukturelle Evaluation der Retina mittels Optischer Kohärenztomographie durchgeführt. Für 26 Patienten mit der Diagnose einer Schizophrenie bzw. schizoaffektiven Störung und 23 nach Alter und Geschlecht gematchten gesunden Kontrollpersonen wurde eine Untersuchung der Retina mittels Optischer Kohärenztomographie durchgeführt. Ein Makulascan und eine semiautomatische Einzelschichtanalyse mit manueller Nachbearbeitung wurde abgeleitet, ebenso erfolgte eine Vermessung der peripapillären Nervenfaserschicht. Psychiatrische Patienten wiesen im Vergleich zur Kontrollgruppe signifikant verminderte Messwerte für Parameter des Makulavolumens und der Makuladicke auf. Die in bisherigen Studien beobachteten Verminderungen der peripapillären retinalen Nervenfaserschichtdicke konnten nicht repliziert werden. In der Einzelschichtanalyse konnten statistisch signifikant niedrigere Messwerte für die Dicke und das Volumen der retinalen Nervenfaserschicht, die Dicke der äußeren Körnerschicht und das Volumen der inneren Körnerschicht der Patienten ermittelt werden. Letztere Schicht enthält unter anderem dopaminerge Nervenzellen, sodass diskutiert werden kann, ob die dopaminerge Dysbalance im Gehirn von Patienten mit Schizophrenie ebenfalls in der Retina eine Rolle spielt. In Anbetracht einer potentiellen degenerativen Komponente bei der Pathophysiologie schizophrener Erkrankungen und der Rolle der Retina als „Fenster zum Gehirn“ weisen diese Ergebnisse auf Alterationen der neuroretinalen Strukturen bei betroffenen Patienten hin. Ob diese Veränderungen pathologische Vorgänge im Gehirn widerspiegeln und was das anatomische Korrelat der beobachteten strukturellen Alterationen auf Zellebene darstellt, muss in weiteren Studien herausgearbeitet werden.

Es wurden 25 Basalzellkarzinome mit der hochauflösenden optischen Kohärenztomographie (HD-OCT) im horizontalen (En-Face-Modus) und vertikalen Bildmodus (Slice-Modus) untersucht und die Bilder mit histologischen Kontrollschnitten korreliert. Als signifikante Merkmale konnten im Slice-Modus eine Zerstörung der normalen schichtförmigen Hautarchitektur, im En-Face-Modus lobulierte Knötchen, ein peritumoraler Randsaum, eine epidermale Unordnung und variabel refraktiles Stroma nachgewiesen werden. Bei der Korrelation beider Bildmodi konnte zwischen den dunklen, ovalen Strukturen und lobulierten Knötchen und dem peritumoralen Randsaum ein signifikantes Ergebnis erreicht werden. Zudem konnte gezeigt werden, dass der peritumorale Randsaum histologisch peritumoralen Muzinablagerungen zuzuordnen ist. Für eine Unterscheidung verschiedener Subtypen des BCC konnten keine signifikanten Merkmale ermittelt werden. Die HD-OCT bietet insgesamt großes Potenzial in der nichtinvasiven Diagnostik.

In der vorliegenden Untersuchung sollte überprüft werden ob eine Minderung der mittleren retinalen Nervenphaserschichtdicke (RNFLM) eine axonale Degeneration widerspiegelt. Sollte dies so sein, wäre der Weg geebnet die RNFLM als Biomarker für eine axonale Degeneration zu etablieren. Zur Überprüfung dieses Zusammenhangs wurde eine retrospektive Untersuchung an 43 repräsentativen Patienten mit Optikusneuritis (ON) durchgeführt. Bei allen wurde eine Optische Kohärenztomographie (OCT), eine Magnetresonanztomographie (MRT) des Neurokraniums sowie eine Lumbalpunktion in der akuten Phase der Erkrankung durchgeführt. Um eine verminderte RNFLM mit einer axonalen Degeneration in Verbindung zu bringen, wurde diese mit einem anerkannten Biomarker für eine axonale Degeneration – der Neurofilament-Schwerkette (Nf-H) – korreliert. Dabei galt folgende These: Je niedriger der RNFLM Wert, desto höher der Nf-H Spiegel im Liquor. Zudem wurden die MRT-Bilder der Patienten ausgewertet und die T2-Läsionen mit Nf-H korreliert, um diese Läsionen als mögliche Störgröße der Untersuchung zu detektieren, da diese ebenfalls zu einem Nf-H Anstieg führen können. Auch bei den in dieser Arbeit untersuchten Patienten, zeigte sich eine Korrelation zwischen T2-Läsionen und Nf-H. Somit stellen die Läsionen in dieser Arbeit einen Störfaktor dar und müssen bei der Interpretation der Ergebnisse berücksichtigt werden. Da sich zu Beginn einer ON ein Ödem am betroffenen Auge zeigt und dieses die RNFLM- Werte erhöht und weil der Zeitpunkt der durchgeführten OCT Untersuchungen an den eingeschlossenen Patienten weit gestreut war, wurden die Patienten in zwei Gruppen eingeteilt. Gruppe 1 erhielt ihr OCT innerhalb der ersten vier Wochen (≤ 28 Tage) nach Erkrankungsbeginn. Gruppe 2 über vier Wochen (> 28 Tage) nach Beginn der ON. Für die hier untersuchten Patienten konnte gezeigt werden, dass sich wider Erwarten eine signifikante Korrelation zwischen RNFLM und Nf-H nur für die nicht betroffenen Augen der Patienten aus Gruppe 1 (OCT < 4 Wochen nach ON) zeigt. Wie erwartet konnte keine Korrelation für das erkrankte Auge in Gruppe 1 gezeigt werden, höchstwahrscheinlich wegen des initial auftretenden Ödems. In Gruppe 2 (OCT > 4 Wochen nach ON) zeigt sich lediglich eine optische Tendenz im Diagramm, wenn man die Regressionsgerade beurteilt. Diese lässt weiterhin einen Zusammenhang zwischen Nf-H und RNFLM vermuten. Eine Signifikanz konnte jedoch Seite 58 nicht nachgewiesen werden. Dies liegt möglicherweise an der großen zeitlichen Diskrepanz zwischen OCT Untersuchung in Gruppe 2 und Liquorgewinnung in der Akutphase der Erkrankung. Zudem sind die OCT Untersuchungen in Gruppe 2 über einen weiten Zeitraum gestreut. Viele Arbeiten beschreiben eine voranschreitende generalisierte axonale Degeneration bei chronisch entzündlichen Erkrankungen des zentralen Nervensystems (ZNS). Diese ist zudem hauptverantwortlich für bleibende Behinderung und sollte deshalb bestmöglich kontrolliert und unterdrückt werden. Leider ist nicht bekannt, wie der dynamische Verlauf des Nf-H Spiegels bei chronisch entzündlichen ZNS-Erkrankungen ist. Es gibt jedoch viele Hinweise dafür, dass es zu einem raschen Anstieg von Nf-H in der akuten Entzündungsphase kommt, wie lange Nf-H im Liquor persistiert ist unbekannt. Eine weitere Arbeit zeigte eine Korrelation von RNFLM und dem Hirnparenchymvolumen, welches mit der Formel für die Hirnparenchymfraktion ermittelt wurde. Diese gilt als aussagekräftiger Biomarker für eine Hirnathrophie. Damit lassen sich aus den vorhergehenden Arbeiten und den Ergebnissen der vorliegenden Untersuchung drei Hauptschlussfolgerungen ziehen: 1. Zum Einen lässt die Korrelation zwischen RNFLM des gesunden Auges zu Beginn der Erkrankung und Nf-H vermuten, dass es wahrscheinlich zu einer subakuten bis akuten generalisierten axonalen Schädigung des Gehirns kommt – auch wenn sich klinisch „nur“ eine ON zeigt. Hierfür spricht zusätzlich das Ergebnis, dass die RNFLM Werte der gesunden Augen in Gruppe 1 geringer sind, als die durchschnittliche RNFLM gesunder Probanden. 2. Dies wiederum spricht dafür, dass die OCT Untersuchung mit RNFLM als Biomarker dazu dienen kann, eine subakute bis akute generalisierte subklinische axonale Schädigung anzuzeigen. 3. Durch dieses Ergebnis kann zukünftig vielleicht vor Auftreten von Symptomen leichter über eine Phasenprophylaxe entschieden werden, sollte sich beim jeweiligen Patienten eine ausgeprägte subklinische axonale Degeneration zeigen. Somit wäre die Selektion der Patienten in Hinsicht auf eine frühzeitige neuroprotektive Therapie erleichtert.

Bei Progressiver supranukleärer Blickparese (PSP), Multisystematrophie (MSA) und idiopathischem Parkinsonsyndrom (IPS) tritt im Verlauf eine Neurodegeneration auf, die einem Muster folgend verschiedene Regionen des Nervensystems erfasst. Zur Prüfung der These, dass hierbei Änderungen der Retina, embryologisch eine Ausstülpung des Gehirns, in vivo detektierbar sind, wurden bei 19 PSP-, elf MSA-, 71 IPS-Patienten und 41 gesunden Kontrollen mittels optischer Kohärenztomographie (Zeiss Cirrus HD-OCT 4000) Retinaschnittbilder gefertigt und einzelne Schichten mittels einer eigens entwickelten, experimentellen, halb-manuellen Methode ausgewertet. Weiter wurden klinische Scores und Krankheitsdauern bestimmt. Retinale Nervenfaserschicht (RNFL) und Ganglienzell- plus innere plexiforme Schicht (GCL+IPL) zeigten keine signifikanten Differenzen zwischen den Gruppen. Die innere nukleäre Schicht (INL) erschien bei PSP gegenüber Kontrollen signifikant dünner. Die äußere plexiforme Schicht (OPL) stellte sich bei MSA signifikant dünner gegenüber den restlichen Gruppen dar, die äußere nukleäre Schicht (ONL) signifikant dicker ausschließlich gegenüber PSP. Kontrollen und PSP unterschieden sich signifikant in der GRD. Der Quotient ONL/OPL ergab eine hochspezifische und -sensitive Differenzierung zwischen MSA und PSP. Eine signifikante Korrelation von Schichtdicke und Lebensalter zeigte sich bei PSP nicht, bei MSA für RNFL und GRD, bei IPS für GCL+IPL und GRD, bei Gesunden ausschließlich für GCL+IPL. Krankheitsdauer und Schichtdicken korrelierten in keiner der Gruppen signifikant. Mit Ausnahme der GCL+IPL, bei der eine (positive) Korrelation mit dem Hoehn & Yahr Score bestand, war keine signifikante Korrelation zwischen klinische Scores und einem OCT-Messwert feststellbar. Die bisherige Anwendung der ophthalmologischen OCT-Protokolle bei Parkinsonsyndromen (PS) führte zu heterogenen Ergebnissen, der Großteil der Arbeiten zeigte signifikante Substanzverluste im Macula- oder peripapillären Bereich. Die Zahl an Arbeiten zur retinalen Einzelschichtanalyse ist noch gering, die Ergebnisse nicht eindeutig. Die vorliegende Arbeit zeigte einen nicht-signifikanten Substanzverlust bei IPS, welcher einen Teil der existierenden Literatur bestätigt. Hier konnte histologisch bereits eine dem zerebralen neurodegenerativen Prozess analoge alpha-Synukleinopathie gezeigt werden. Die geringeren Änderungen verglichen mit atypischen PS spiegeln hier in gewisser Weise Magnetresonanztomographie (MRT)-Befunde in der Literatur wider, wo sich das Ausmaß der zerebralen Atrophie bei IPS ebenfalls geringer darstellt. Studien mit longitudinalem Design sind bei IPS noch ausstehend, bei MSA gelang hier schon der Nachweis einer fortschreitenden Degeneration. Literatur zu OCT bei PSP ist rar, die beschriebene, auffällige Zunahme der OPL wird in der vorliegenden Arbeit bestätigt. Erklärungsansätze für die Zunahme sind spekulativ, die Ursache ist bei noch nicht beschriebenem histologischem Korrelat derzeit unklar. Für MSA stellt die Abnahme der ONL einen neuen Befund dar, entsprechende histologische Arbeiten sind noch nicht verfügbar. Erstmals erlaubt die Berechnung des Quotienten ONL/OPL eine hochsensitive und -spezifische Trennung dieser beiden atypischen PS. Im klinischen Alltag sollte hier eine weitere Beobachtung erfolgen. Die fehlende signifikante Korrelation von Alter und Schichtdicke bei Gesunden steht im Widerspruch zu verfügbaren Normativdaten, eine Schwäche der Arbeit. Die vorhandene Korrelation bei MSA und IPS könnte durch einen kompensierenden Effekt der Zunahme der ONL bzw. eine generell mildere Degeneration bedingt sein. Bezüglich Schichtdicken und Erkrankungsdauer besteht im Großteil der Literatur keine signifikante Korrelation, was sich in der vorliegenden Arbeit bestätigt. Zur Korrelation von klinischen Scores mit OCT-Messwerten besteht kein Konsens, abgesehen von einer einzelnen Signifikanz bestätigen die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit den negativen Teil der verfügbaren Literatur. Die Fallzahlen in Studien zu atypischen PS sind immer noch sehr gering, zudem besteht eine eingeschränkte Vergleichbarkeit aufgrund studienspezifischer Methoden. Größere Patientenzahlen und longitudinale Studiendesigns, vorzugsweise in multizentrisch angelegten Untersuchungen, werden notwendig sein um die OCT in den Stand eines nützlichen Neurodegenerationsmarkers bei PS zu heben.

The number of patients suffering from the glaucoma disease will increase in the future. A further automation of parts of the diagnostic routine is inevitable to use limited examination times more efficiently. Optical coherence tomography (OCT) technology has become a widespread tool for glaucoma diagnosis, and data collections in the clinics have been built up in recent years that now allow for data mining and pattern recognition approaches to be applied to the diagnostic challenge. A complete pattern recognition pipeline to automatically discriminate glaucomatous from normal eyes with OCT data is proposed, implemented and evaluated. A data collection of 1024 Spectralis HRA+OCT circular scans around the optic nerve head from 565 subjects build the basis for this work. The data collection is labeled with 4 diagnoses: 453 healthy (H), 179 ocular hypertension (OHT), 168 preperimetric glaucoma (PPG), and 224 perimetric glaucoma (PG) eyes. In a first step, 6 retinal layer boundaries are automatically segmented by edge detection and the minimization of a custom energy functional, which was established in preceeding work by the author. The segmentation algorithm is evaluated on a subset consisting of 120 scans. The automatically segmented layer boundaries are compared to a gold standard (GS) created from manual corrections to the automated results by 5 observers. The mean absolute difference of the automated segmentation to the GS for the outer nerve fiber layer boundary is 2.84mum. The other layers have less or almost no segmentation error. No significant correlation between the segmentation error and scans of bad quality or glaucomatous eyes could be found for any layer boundary. The difference of the automated segmentation to the GS is not much worse than the single observer’s manual correction difference to the GS. In a second step, the thickness profiles generated by the segmentation are used in a classification system: In total, 762 features are generated, including novel ratio and principal component analysis features. “Forward selection and backward elimination” selects the best performing features with respect to the classwise averaged classification rate (CR) on the training data. The segmentations of the complete dataset were manually corrected so that the classification experiments could either be run on manually corrected or purely automated segmentations. Three classifiers were compared. The support vector machine classifier (SVM) performed best in a 10-fold cross-validation and differentiated non-glaucomatous (H and OHT) from glaucomatous (PPG and PG) eyes with a CR of 0.859 on manually corrected data. The classification system adapts to the less reliable purely automated segmentations by choosing features of a more global scale. Training with manually corrected and testing with purely automated data and vice versa shows that it is of advance to use manually corrected data for training, no matter what the type of test data is. The distance of the feature vectors to the SVM decision boundary is used as a basis for a novel glaucoma probability score based on OCT data, the OCT-GPS. Eine steigende Anzahl von Glaukompatienten wird es unabdingbar machen Teile der diagnostischen Routine weiter zu automatisieren. Die optische Kohärenztomographie (OCT) ist inzwischen ein fester Bestandteil der Glaukomdiagnose geworden und die Kliniken haben Datensammlungen aufgebaut, die Datenbankauswertungen und Mustererkennungsansätze für die diagnostischen Herausforderungen erlauben: Augen mit Glaukom sollen anhand von OCT automatisch von gesunden Augen unterschieden werden. Hierfür wird eine vollständige Mustererkennungskette vorgeschlagen, implementiert und evaluiert. Die Arbeit basiert auf einem Datensatz aus 1024 kreisförmigen Scans um den optischen Nervenkopf von 565 Personen, die mit einem Spectralis HRA+OCT aufgenommen wurden. Die Daten stammen von Augen mit 4 verschiedenen Diagnosen: 453 gesunde Augen (H), 179 Augen mit erhöhtem Augeninnendruck (OHT), 168 Augen mit präperimetrischem Glaukom (PPG) und 224 Augen mit perimetrischem Glaukom (PG). In einem ersten Schritt werden sechs Retinaschichtgrenzen mit Kantendetektion und der Minimierung eines Energiefunktionals, das in vorrangegangenen Arbeiten eingeführt wurde, segmentiert. Der Segmentierungsalgorithmus wird mit Hilfe eines Goldstandards evaluiert, der aus manuellen Korrekturen am automatischen Ergebnis von fünf unabhängigen Beobachtern abgeleitet wurde. Die automatische Segmentierung der äußeren Begrenzung der Nervenfaserschicht weicht im Mittel 2,84mum vom Goldstandard ab. Die Segmentierungsfehler bei den anderen Schichtgrenzen sind geringer oder kaum vorhanden. Es wurde keine signifikante Korrelation zwischen den Segmentierungsfehlern und Scans von schlechter Qualität oder der Glaukomdiagnose festgestellt. Das Ergebnis der automatischen Segmentierung unterscheidet sich vom Goldstandard nicht deutlich mehr als die manuellen Korrekturen der einzelnen Beobachter von Goldstandard. In einem zweiten Schritt werden die aus der Segmentierung gewonnenen Retinaschichtdickenprofile als Eingabe eines Klassifikationssystems verwendet: Es werden 762 Merkmale generiert, u.a. neuartige Verhältnis- und Hauptachsenmerkmale. “Alternierende Merkmalshinzufügung und Ausschluss” wählt die besten Merkmale automatisch aus. Die automatischen Segmentierungen des ganzen Datensatzes wurden manuell korrigiert, um Klassifikationsexperimente sowohl auf manuell korrigierten, als auch auf komplett automatisch erzeugten Segmentierungen durchführen zu können. Drei Klassifikatoren werden verglichen, wobei die Support Vektor Maschine (SVM) das beste Ergebnis in einer 10-fachen Kreuzvalidierung liefert. Es werden Nicht-Glaukom (H und OHT) von Glaukomaugen (PPG und PG) mit einer klassenweise gemittelten Klassifikationsrate von 0,859 auf manuell korrigierten Daten unterschieden. Das Klassifikationssystem adaptiert sich an die weniger zuverlässigen, komplett automatischen Segmentierungen, indem aus größeren Regionen berechnete Merkmale ausgewählt werden. Wenn das Training auf manuell korrigierten Daten und der Test mit komplett automatisch generierten Daten und umgekehrt durchgeführt werden, zeigt sich, dass es von Vorteil ist, immer manuell korrigierte Daten zum Training zu verwenden, unabhängig vom Datentyp der Testdaten. Die Distanz eines Merkmals zur SVM Entscheidungsgrenze wird abschließend benutzt, um einen neuartigen Glaukomwahrscheinlichkeitsindex für OCT zu konstruieren, den OCT-GPS.

Bei Tumorresektion im Kopf-Hals-Bereich ist es geboten, eine R0-Resektion mittels Schnellschnitten zu sichern. Die optische Kohärenz-Tomographie (OCT) ist ein Bildgebungsverfahren, das intraoperative, nicht invasive und kontaktlose Untersuchungen von Gewebe mit einer hohen Auflösung ermöglicht.

Hintergrund: Neuere Studien zur Pathophysiologie der Major Depression (MD) deuten darauf hin, dass degenerative und entzündliche Prozesse eine Rolle spielen können. Dieser Befund wird durch MR-basierte Untersuchungen unterstützt, die Volumenreduktionen in umschriebenen Hirnarealen bei Patienten mit MD zeigen. Mit Hilfe der optischen Kohärenztomographie (OCT) konnten retinale Veränderungen bei neurodegenerativen Erkrankungen nachgewiesen werden. In Zusammenhang einer degenerativen Komponente der MD und visuellen Defiziten, die depressive Patienten in elektroretinographischen Untersuchungen zeigen, wurde untersucht ob Patienten mit MD retinale Veränderungen aufweisen. Methoden: 28 Patienten mit MD und 20 alters- und geschlechtsangepasste gesunde Kontrollpersonen wurden mit Hilfe der optischen Kohärenztomographie untersucht. Es wurde eine semiautomatische Einzelschichtanalyse aller darstellbaren retinalen Schichten sowie eine volumetrische Messung durchgeführt. Ergebnisse: Der explorative intraindividuelle Gruppenvergleich der beiden Augen zeigte nur bei Patienten mit MD einen kleinen, aber signifikanten Unterschied im retinalen Gesamtvolumen (rechts = 8,69mm3; links = 8,72mm3; p = 0,03). Es gab keine weiteren signifikanten Unterschiede zwischen den Patienten mit MD und den gesunden Kontrollen in Bezug auf die OCT-Messungen. Limitationen: Die geringe Gruppengröße sowie das Fehlen einer Korrektur für multiples Testen aufgrund des explorativen Designs der Studie sollten als Einschränkungen betrachtet werden. Fazit: Es fand sich kein Anhalt für retinale Veränderungen bei Patienten mit MD.

The two techniques, optical coherence tomography (OCT) and Raman spectroscopy allow visualization of structural changes of biological samples via cross-sectional images and corresponding spectral responses that represent chemical constituents, respectively. By combining the two modalities, the medical practitioner would be able to obtain a fast OCT scan followed by Raman spectroscopy point measurements as an identification step. This method not only promotes early diagnosis but also is a prelude to a point-of-care medical system. The combined microscopic OCT-Raman device was systematically characterized to assess performance and suitability for investigating non-melanoma skin cancer samples and atherosclerotic plaques. A pilot non-melanoma skin cancer study was conducted within the boundaries of the standard clinical workflow. This limited the total measurement time of ex vivo biopsies to 12- 15 minutes per sample which was sufficient for both modalities. By correlating the results from all sources i.e. microscopic, OCT, Raman spectroscopy, and histopathologic images, it was concluded that the combined device was able to differentiate between diseased and healthy tissue. OCT results correlated well with the gold standard and a general Raman spectral shape for basal cell carcinoma type of skin cancers was concluded. In terms of atherosclerotic plaques early as well as advanced plaques were investigated from ex vivo rabbit and human aorta samples, respectively. Early plaques were represented as bright spots by OCT and Raman spectroscopy revealed their constituents to be triglyceride rich regions. Plaques at a later stage were visualized as arterial blockages with bright inclusions of crystalline calcium deposits which were confirmed by Raman spectroscopy. An attempt to test the miniaturized application of the system, using separate fiber based systems under in vivo conditions on a rabbit model, early plaques were investigated.

Author Prince Khurana Abstract in englischer Sprache Universität Linz, Univ., Masterarbeit, 2016

Ill., graph. Darst.

Ill., graph. Darst.

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