High resolution polarization sensitive optical coherence tomography for ocular imaging in small animals

Die Optische Kohärenztomographie (optical coherence tomography, OCT) feiert heuer ihren 25. Geburtstag. In dieser kurzen Zeit hat sie sich als klinisches Standarddiagnoseverfahren in der Augenheilkunde etabliert und auch ihren Weg in andere medizinische und nicht-medizinische Anwendungsfelder gefunden. Im Laufe der Jahre sind mehrere Generationen von OCT-Verfahren wie auch funktionale Erweiterungen entwickelt worden. Die polarisationssensitive OCT (PS-OCT) ist eine davon. In Tierexperimenten ist es wichtig, schonende Methoden zu verwenden und die Tierzahl so gering wie möglich zu halten. Nicht-invasiven Verfahren sollte daher wenn möglich der Vorzug vor invasiven gegeben werden. Für die Untersuchung des Augengewebes bietet sich dabei die PS-OCT an. Im Rahmen dieser Arbeit wurde daher ein neuer hochauflösender PSOCT-Prototyp entwickelt und zur Bildgebung im Kleintierauge verwendet. Verschiedene häufig in der präklinischen Forschung verwendete Ratten- und Mausstämme (Long Evans, Brown Norway, Spraque Dawley und C57BL/6) wurden untersucht. Um zu demonstrieren, dass der Prototyp für die Bildgebung von Augengeweben verwendet werden kann, wurden im ersten Teil der Dissertation Aufnahmen von gesunden Tieren gemacht. Dabei wurden einerseits die depolarisierenden Eigenschaften des retinalen Pigmentepithels und der Choroidea und andererseits die Doppelbrechung der retinalen Nervenfaserschicht untersucht. Für unterschiedliche Tierstämme zeigten sich verschiedene Polarisationseigenschaften. Im zweiten Teil der Dissertation wurde das PS-OCT-Gerät für ein Rattenmodell mit kurzzeitig erhöhtem Augendruck verwendet. Von den untersuchten Messgröen (Phasenverzgerung der Nervenfaserschicht, relative Reflektivität Nervenfaserschicht/ Retina, Doppelbrechung der Sklera) korrelierte die sklerale Doppelbrechung am stärksten mit dem Augendruck und könnte daher ein interessanter Parameter für weitere Studien sein. Daher sollte in Zukunft die PS-OCT neue Einblicke in in vivo Glaukommodelle ermöglichen.Optical coherence tomography (OCT) celebrates its 25th anniversary this year. In this short period of time, OCT was able to become a standard in clinical ophthalmology and found a way also into other medical and non-medical fields. Over the years, several generations of OCT systems were developed and multiple functional extensions were formulated. Polarization sensitive optical coherence tomography (PS-OCT) is one of them. In animal research, it is important to use the most gentle ways to obtain results and reduce the number of needed animals. One solution is to use non-invasive methods instead of invasive methods where possible. PS-OCT can offer such a choice for examining the ocular structures. Therefore in this work, the focus was put on building a new high resolution PS-OCT system and to use it in small animal imaging. Rodent strains commonly used in research (Long Evans rat, Brown Norway rat, Spraque Dawley rat and C57BL/6 mouse) were studied. In the first part, healthy animals were imaged to demonstrate that the system can be used for investigating ocular structures. Depolarizing properties of retinal pigment epithelium and choroid were investigated together with birefringence of retinal nerve fiber layer (RNFL). Differences in polarization parameters were found for different strains. In the second part, the system was used in an animal model of a short term elevated intraocular pressure. Among all evaluated parameters (RNFL retardation, relative RNFL/retina reflectivity and scleral birefringence) birefringence showed the strongest correlation with the IOP. Our initial results show that scleral birefringence can be an important parameter to be evaluated in such studies. Therefore PS-OCT may provide valuable insight with new information from in vivo animal models of glaucoma.submitted by Stanislava FialováZusammenfassung in deutscher SpracheAbweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersMedizinische Universität, Dissertation, 2016OeB