Avanceret billeddannelse til undersøgelse af glaukom (AIGS)

Grøn stær er en førende årsag til blindhed i USA. Traditionelle metoder til glaukomdiagnose og -overvågning mangler god sensitivitet og specificitet. Forsinkelser i påvisning af glaukomprogression kan føre til utilstrækkelig behandling og irreversibelt synstab. Vores mål er at forbedre grøn stærdiagnose ved at bruge nye billeddiagnostiske modaliteter, der kan afsløre ændringer i de retinale lag, der er påvirket af glaukom, og den tilhørende reduktion i nethindens blodgennemstrømning. Grøn stær beskadiger selektivt nethindens nervefibre, som stammer fra cellelegemer i ganglioncellelaget (GCL) og rejser til synsnerven via nervefiberlaget (NFL). Vi antager, at subtile skader i disse strukturer kan detekteres tidligere ved optisk kohærenstomografi (OCT) og andre avancerede billeddannelsesmodaliteter end med nuværende standardmetoder. OCT er baseret på infrarødt lysreflektometri. Det giver mikrometer-skala tværsnitsbilleder af nethindestrukturer, som ikke er mulige med andre ikke-invasive teknikker. Mere end 7.000 OCT-systemer bliver allerede brugt til diagnosticering af glaukom og nethindesygdomme. Fase I af Advanced Imaging for Glaucoma (AIG)-studiet viste, at peripapillær NFL-tykkelse målt med standard timedomain (TD) OCT-teknologien har højere grøn stær diagnostisk nøjagtighed end andre kvantitative diagnostiske teknologier såsom scanning laser polarimetri (SLP) og scanning laser tomografi ( SLT). Vi demonstrerede også, at mere avanceret diagnostisk software og hurtigere Fourier-domæne (FD) OCT-systemer kan opnå endnu bedre diagnostisk nøjagtighed og reproducerbarhed. I den foreslåede fase II af AIG-studiet vil vi fortsætte de mest lovende aspekter af forskningen for yderligere at forbedre både teknologi og klinisk praksis.

AIG-partnerskabets efterforskere ved Oregon Health & Science University (OHSU), Massachusetts Institute of Technology (MIT) og University of Pittsburgh (UP) inkluderer dem, der opfandt OCT og var banebrydende for dets applikationer til glaukom. OHSU, University of Southern California (USC), UP og University of Miami (UM) har også store glaukom-henvisningscentre.

Partnerskabet kombinerer ingeniører og klinikere, der har erfaringen og synergien til at udvikle nye teknologier, evaluere dem i en streng klinisk undersøgelse og overføre viden til industrien og medicin.

De specifikke mål for dette konkurrerende fornyelsesforslag er:

1. Udvikle billedbehandling og diagnostisk analyse for 3-dimensionelle OCT-data. AIG-undersøgelsen bruger i øjeblikket 26 kHz (aksial scanningsgentagelseshastighed) FD-OCT-teknologi, der er i stand til at scanne macula og synsnervehovedet på en brøkdel af et sekund. Vi har gennemført computeralgoritmer til kortlægning og analyse af det makulære gangliecellekompleks (mGCC) og den peripapillære NFL, som fører til en betydelig forbedring af diagnostisk nøjagtighed. Vi foreslår at fortsætte arbejdet med disc cupping-analyse, NFL-reflektivitetsanalyse og ekspertsystemkombination af flere anatomiske parametre for yderligere at forbedre diagnostisk nøjagtighed. Algoritmer til at detektere progression af glaukom over tid er også planlagt.
2. Udvikle ultrahurtige OCT-systemer til billeddannelse af makula og optisk nervehoved. Selvom den nuværende FD-OCT-teknologi ved 26 kHz repræsenterer et enormt fremskridt i forhold til standard 400 Hz TD-OCT (Zeiss Stratus), tager det stadig ~4 sekunder for en fuld 3-dimensionel (3D) rasterscanning af makulaen. Vores mål er at reducere denne tid til 0,1-0,2 sekund, så 3D-scanninger vil blive minimalt påvirket af øjenbevægelser. Dette kræver en ultrahurtig hastighed på 500-1000 kHz. Vi planlægger at tilpasse Fourier-domænet modelocked-laser (FDML) swept-source OCT, som allerede er blevet demonstreret ved 249 kHz på MIT. Vi vil yderligere forbedre dens hastighed til 500 kHz. Den korte integrationstid og fasestabilitet af FDML-OCT er ideel til Doppler-perfusionsmåling (se næste mål). For en endnu hurtigere hastighed vil der blive udviklet parallel line-scan FD-OCT ved 1 MHz. Line-scan OCT er ikke egnet til Doppler-flowmåling på grund af den relativt lange integrationstid, men er mere effektiv til ultrahurtig anatomisk billeddannelse. Det vil tillade fuld 8x8 mm makulær 3D-billeddannelse på 0,2 sekunder. Vi vil også fortsætte med at udvikle polarisationsfølsom (PS) OCT til NFL-dobbeltbrydningsmåling, som også vil blive stærkt forbedret af højere hastighed og større gennemsnit for at undertrykke støj.
3. Udvikl Doppler OCT til at måle nethindens perfusion. En af de væsentlige resultater af AIG-projektet er demonstrationen af ​​en reproducerbar metode til måling af total retinal blodgennemstrømning ved hjælp af Doppler FD-OCT. Reduceret flow blev fundet i glaukomøjne, hvilket åbner en vigtig ny tilgang til at måle sværhedsgraden af ​​glaukom og vurdere risikoen for yderligere progression. En automatiseret algoritme vil blive udviklet for at forbedre robustheden af ​​Doppler-flowmåling. Vi vil også undersøge Doppler OCT med det ultrahurtige FDML-OCT-system.
4. Evaluer OCT-teknologier i et longitudinelt klinisk studie. Der foreslås en forlængelse af det igangværende kliniske studie. Deltagere (1000 planlagt med 700+ allerede tilmeldt) i normal, glaukom-mistænkte og glaukom-grupper vil blive fulgt. OCT og andre billeddannelsesteknologier vil blive sammenlignet for diagnostisk nøjagtighed, påvisning af tidlig progression og forudsigelse af fremtidigt synsfelttab. Indvirkningen af ​​intraokulært tryk på nethindens blodgennemstrømning, og hvordan flow påvirker risikoen for glaukom, vil også blive undersøgt.

Kvantitative billeddannelsesteknologier såsom OCT har forbedret grøn stærbehandling ved at reducere afhængigheden af ​​ufølsomme tests såsom perimetri og subjektiv diskgradering. AIG-partnerskabet omfatter ingeniører og klinikere, der var med til at opfinde OCT. Vi foreslår at forbedre ydeevnen yderligere med højere hastighed, mere sofistikeret software og nye funktionelle målinger. Det endelige mål er at redde synet ved at basere beslutninger om behandling af glaukom på hurtige og pålidelige billeddiagnostiske tests.