Bildgebung und Spectral Imaging an der Netzhaut

Bildgebung und Spectral Imaging
an der Netzhaut
Teil 1: Fluoreszenz Lifetime Imaging an der Netzhaut
Teil 2: Universelles Retina-Koordinatensystem
26. August 2009
Matthias Klemm
Seite 1
1. Motivation
gesund
Makula
Seite 2
trockene AMD
Papille
3
2. Grundlagen Fluoreszenz
internal
conversion
2
1
S2
Intersystem
crossing
0
3
2
1
0
3
2
1
0
V=3
radiationless
conversion
S1
T2
2
1
0
T1
V=2
V=1
S0
V=0
Absorption
Fluoreszenz Phosphoreszenz
Lifetime
Seite 3
[modifiziert nach Schweitzer]
3. Time-Correlated Single Photon Counting /1
Excitation
pulse laser
70 ps FWHM
80 MHz
Human
445 nm
Eye
Image Registration
Detection
IR reflection image
Images of time - resolved
auto - fluorescence
CW
IR laser
Scanning Laser
Ophthalmoscope
Frame
grabber
DM 1
500 – 560 nm
560 – 700 nm
BF
DM 2
Intensity
Image Generation
TCSPC
Photons
t
Seite 4
[modifiziert nach
Schweitzer]
t
3. Time-Correlated Single Photon Counting /2
Modell
N
1000
I1 (t )
= ∑ Ai ⋅ e
I0
i
t
−
Ti
Parameter:
+b
100
ƒ
Amplitude Ai
ƒ
Lifetime Ti
ƒ
Offset b, …
Messdaten
Modell
Exp 1
Exp 2
Exp 3
10
1
0
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2000
4000
6000
t in ps
8000
10000
12000
4. Beispiel: trockene AMD /1
Geographische Atrophie in AMD Kanal K1 (500-560 nm)
Papille
Amplitude A1
Makula
[modifiziert nach Schweitzer]
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Lifetime T2
Fluoreszenz
Angiogramm
4. Beispiel: trockene AMD /2
Lifetime-Histogramme T2 in Kanal K1 (500-560 nm)
2500
AMD T2 K1
Häufigkeit
2000
gesund T2 K1
Diabetes T2 K1
1500
1000
500
0
0
500
[modifiziert nach Schweitzer]
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1000
1500
Lifetime T2 in ps
2000
2500
3000
Intensität
Fundus Farbbild
150 ps
Tmean (490-560 nm)
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300 ps
[modifiziert nach Schweitzer]
Intensität
Kanal 2 (560-700 nm)
Kanal 1 (500-560 nm)
5. Arterieller Verschluss /1
Tmean (560-700 nm)
5. Arterieller Verschluss /2
Vergleich
versorgter und
unterversorgter
Fundusbereich
Histogramm
T2 in K2 (560-700 nm)
versorgt
unterversorgt
[modifiziert nach Schweitzer]
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5. Arterieller Verschluss /3
Vergleich
versorgter und
unterversorgter
Fundusbereich
Histogramm
T2 in K1 (500-560 nm)
versorgt
unterversorgt
[modifiziert nach Schweitzer]
Seite 10
6. Zusammenfassung + Ausblick
Zusammenfassung
ƒ
Etablierung von FLIM als neue Diagnose-Methode am Auge
ƒ
Kombination von spektralen und Lifetime Informationen:
Æ Unterscheidung gesund ÅÆ frühe AMD möglich
Ausblick
ƒ
umfangreiche Studie mit Diabetes-Patienten in naher Zukunft
ƒ
empfindlichere Detektoren
ƒ
16 statt 2 spektrale Kanäle
ƒ
sequentielle Anregung mit verschiedenen Wellenlängen
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Bildgebung und Spectral Imaging
an der Netzhaut
Teil 1: Fluoreszenz Lifetime Imaging an der Netzhaut
Teil 2: Universelles Retina-Koordinatensystem
26. August 2009
Alexander Dietzel
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1. Motivation
OCT
FK
GDx VCC
FLIM
Seite 13
HRT3
2. Grundlagen
Retina
Sklera
Linse
geometrische
Achse
Macula
Papille
optische Achse
Cornea
top-down-Sicht des rechten Auges
Achsenlänge: ~ 24 mm (20,5 mm bis 28,5 mm)
Vertikaler Durchmesser: ~ 23,5 mm
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3. Herausforderung
1. Gekrümmte Flächen werden
planar abgebildet!
• FK – 2D
• FLIM – 2D
• OCT – 2D/3D
KP1
• HRT3 – 2D/3D
• …
KP2
2. Unterschiedliche
Aufnahmeparameter
top-down-Sicht Auge
• Auflösung
(KP – Kammeraposition)
• Flächenabdeckung
• Aufnahmewinkel
• …
3. interindividuelle Unterschiede in der Geometrie
4. divergente Anforderungen zwischen Arzt und System
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3. Umsetzung
Basisdaten
Basisaufnahme
Fundus-Map
Merkmalsextraktion
(Papille, Gefäßbaum,
Makula)
Gefäßverzweigungen
segmentieren
Gefäßverzweigungen
parametrisieren
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Daten weiterer Modalitäten
Merkmalsdetektion
(Gefäßbaum)
Gefäßverzweigungen
segmentieren
Positionssuche in
Basisdaten
Gefäßverzweigungen
parametrisieren
Basisdaten um
3D-Informationen
Konkretisieren
UND/ODER
Daten
registrieren
3. Parametrisierung Gefäßverzweigung
Nr. Winkel Entfernung/Winkel
1
2
3
5
4
6
7
1
2
3
5
4
7
Seite 17
6
180º, 85º
(2) 37 Pixel/180°
175º, 80º
(3) 33 Pixel/175°
80º, 100º, 80º (5) 26 Pixel/85°
100º, 85º
(4) 41 Pixel/335°
130º, 90º
(6) 79 Pixel/45°
130º, 100º
(7) 15 Pixel/230°
…
4. Ergebnis - Überlagerung
Seite 18
4. Ergebnis - Krümmung
Seite 19
5. Zusammenfassung/Ausblick
Zusammenfassung
ƒ
Integration verschiedener Diagnosedaten möglich
ƒ
Annäherung an reale Augengeometrie (Achslänge, 3D-Daten)
Ausblick
ƒ
Erhebung weiterer Komplettdatensätze
ƒ
Umsetzung einer vollständig automatisierten Verarbeitung
ƒ
geeignete Präsentationsarten entwickeln
ƒ
robuste Gefäßsegmentierung für weitere Modalitäten
ƒ
Einsatzmöglichkeiten im Bereich Therapie
Seite 20
Danksagung
Danken möchten wir den Mitgliedern des
MIntEye-Teams, unseren Kooperationspartnern
Carl Zeiss Meditec AG, neuroConn GmbH,
Universitätsaugenklinik Jena, Augenarztpraxis
Dr. Nagel und dem Projektträger.
BMBF-Projekt: 03IP605
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