[OCT Observations] Multimodale Bildgebung des trockenen Auges mittels OCT

Multimodale Bildgebung des trockenen Auges mittels OCTT

Die Ausbesserung des Hornhautepithels sowie seine kompensatorische Fähigkeit, ein biomechanisches Gleichgewicht der Hornhaut aufrechtzuerhalten, sind bekannt und seine Rolle ist wichtig für die Aufrechterhaltung einer hohen optischen Qualität. Die kontinuierliche Regeneration der Epithelzellen ist von grundlegender Bedeutung, um ihre Funktionen zu gewährleisten. Mehrere Faktoren wie der Tränenfilm, neuronale Innervation und reflexartiges Blinzeln tragen daherdazu bei, ein günstiges Umfeld für die Erneuerung des Hornhautepithels aufrechtzuerhalten.
In den verschiedenen Stadien des trockenen Auges weist die Morphologie des Hornhautepithels unterschiedliche Merkmale auf. Diese sind mit verschiedenen Analysekriterien verbunden, welche auf unseren Geräten verfügbar sind, wie z. B. die Beurteilung des Tränenmeniskus, oder die Meibographie. Sie bieten somit einen multimodalen Ansatz zur Untersuchung der Augenoberfläche mittels OCT.

Topographie des normalen Hornhautepithels bei OCT

D.Z. Reinstein et al. waren die ersten, die das Hornhautepithel analysierten, indem sie die gesamte Hornhautoberfläche mit einem sehr hochfrequenten Ultraschallgerät, dem Artemis, kartierten [1]. Ihrer Studie zufolge betrug die durchschnittliche Epitheldicke eines normalen Probanden, ohne die Tränenfilmdicke von etwa 4,79 ± 0,88 μm, 53,4 ± 4,6 μm. Ihre Arbeit zeigte, dass das Hornhautepithel im unteren Teil dicker ist als im oberen Teil normaler Hornhäute, wahrscheinlich aufgrund von Reibung, die sich aus der Dynamik des Blinzelns der Augenlider ergibt (Abbildung 1). In der Tat erzeugt die breitere Bewegung des oberen Augenlids mehr Reibung auf der Augenoberfläche und übt eine mechanische Wirkung auf die Epithelzellen aus, indem sie eine Verdünnung des Epithels induziert.

Abbildung 1. Epithelkarte eines normalen Auges mit gleichmäßiger Verteilung.

Jüngste Entwicklungen in der OCT, insbesondere in Bezug auf die axiale Auflösung, ermöglichen es uns, dank Segmentierungswerkzeugen, die Schicht des Hornhautepithels zu isolieren, indem der Tränenfilm und die Grenzfläche zwischen Epithel und Bowman-Schicht automatisch erkannt werden. Die Software ermöglicht es dann, eine Topographie des Hornhautepithels von 6 × 6 mm, 9 × 9 mm und jetzt sogar 10 × 10 mm zu generieren und bietet damit eine bessere Korrelation mit der Hornhauttopographie (Abbildung 1). Eines der effizientesten Geräte ist derzeit das SOLIX™ (Visionix, Fremont, USA), mit dem wir diese Arbeiten durchgeführt haben.

Bei der OCT umfasst die nicht-invasive Messung des Hornhautepithels den Tränenfilm, und die durchschnittliche Dicke nach Y. Li et al. [2 ] würde bei einem normalen Probanden 52,3 ± 3,6 μm in der Mitte, 49,6 ± 3,5 μm im oberen und 51,2 ± 3,4 μm im unteren Bereich liegen, was die mit Artemis durchgeführte Arbeit bestätigt (Abbildung 2).

Abbildung 2. Epithelkarten verschiedener Durchmesser desselben Patienten, die das klinische Interesse einer breiteren Kartierung hervorheben. In diesem Fall lässt sich die Hyperplasie des Hornhautepithels am besten in 10 mm mit einer beginnenden Verdünnung des Hornhautepithels im oberen Bereich darstellen.

Eine Studie, durchgeführt von A.J. Kanellopoulos und G. Asimellis [3] zeigte eine gewisse Genauigkeit der OCT-Messungen des Hornhautepithels mit einer Wiederholbarkeit der Messungen von 1 μm und einer Variabilität der topographischen Dicke in der Größenordnung von 0,25 μm. Diese Präzision ist wichtig, wenn wir die kleinen Variationen der Modifikationen des Hornhautepithels von wenigen Mikrometern kennen.

Umstrukturierung des Epithels und trockenes Auge

Die Messung des Hornhautepithels bei OCT bietet eine Projektion des Zustands der Augenoberfläche, nicht nur, weil sie den Tränenfilm einschließt [4], sondern auch, weil die epitheliale Pachymetrie je nach Zustand der Augenoberfläche variiert. Die Umstrukturierung des Hornhautepithels sowie seine kompensatorische Fähigkeit, ein biomechanisches Gleichgewicht der Hornhaut aufrechtzuerhalten, sind bekannt, und seine Rolle ist wichtig für die Aufrechterhaltung einer hohen optischen Qualität.

Im Anfangsstadium destrockenen Auges zeigt die epitheliale Pachymetrie eine Hyperplasie des Hornhautepithels mit einer Dominanz des Hornhautapex im unteren Bereich. Das Ausmaß der Hyperplasie scheint auch in engem Zusammenhang mit dem Grad der Meibom-Dysfunktion zu stehen. Es ist daher üblich, eine ausgeprägtere Hyperplasie am Auge mit fortgeschrittener Meibom-Dysfunktion zu finden (Abbildung 3). Die hyperplastische Zone des Epithels entspricht häufig den Hornhautarealen, bei denen sich während der Break-up-Time-Untersuchung die ersten Anzeichen eines Tränenfilmaufrisses beobachten lassen (Abbildung 4).

Abbildung 3. Patientin im Alter von 27 Jahren mit einer Blepharitis-Tabelle akkommodativen Ursprungs, die eine bilaterale epitheliale Hyperplasie im unteren Bereich des Apex aufweist, wobei das rechte Auge ausgeprägter ist und die Meibographie eine stärker ausgeprägte Dysfunktion der Meibom-Drüsen zeigt.

Diese Hyperplasie kann je nach Chronizität des trockenen Auges auch an anderen Stellen der Hornhaut auftreten (Abbildung 5). Immunfluoreszenzstudien an Mausmodellen mit induziertem trockenem Auge in einer kontrollierten Kammer haben dank des Nachweises des Ki-67-Proteins (Marker der Zellproliferation) eine Hyperplasie von Hornhautepithelzellen gezeigt [5]. Diese epitheliale Hyperplasie scheint reaktiven Ursprungs zu sein und mit induzierten Mikroläsionen in Verbindung zu stehen, sei es aufgrund von hyperosmolarem Stress oder der mikroabrasiven Wirkung des Blinzelns zur Aufrechterhaltung der Augenoberfläche bei mäßiger Trockenheit. Die Mechanismen sind noch nicht vollständig aufgeklärt, aber die wahrscheinlichste Hypothese ist, dass das trockene Auge die Ursache für eine neurogene Entzündung sein könnte und dass der Anstieg der proinflammatorischen Zytokine an der Zellproliferation und Keratinisierung beteiligt ist [6, 7].

Nach einer Behandlung, die Lidhygiene mit Wärmemaske und Tränenersatzmittel in 1. Intention kombiniert, kommt es zu einer nahezu vollständigen Resorption des Erscheinungsbildes einer epithelialen Hyperplasie durch Normalisierung der Augenoberfläche nach Besserung der Blepharitis (Abbildung 6, S. 72). Die Rückbildung der epithelialen Hyperplasie verdeutlicht, dass diese Veränderungen tatsächlich mit Erkrankungen der Augenoberfläche zusammenhängen, was auch den Einfluss von Erkrankungen der Augenoberfläche auf die Keratometrie, die Refraktion unserer Patienten und damit ihre visuelle Instabilität erklärt. Andererseits deutet diese Korrelationzwischen den Hyperplasiebereichen des Hornhautepithels und dem Bereich des ersten Tränenfilmaufrisses auf einen Mechanismus der Selbstregulation zwischen dem Hornhautepithel und dem Tränenfilm hin, um eine gewisse optische Qualität zu gewährleisten.

Die Hyperplasie des Hornhautepithels, die auf OCT-Epitheltopographien beim trockenen Auge beobachtet wurde, könnte zu Beginn der Erkrankung kompensatorisch sein; in der chronischen Phase der Erkrankung würde es dann zu einem trophischen Abbau kommen, wie die beobachtete Epithelverdünnung zeigt. In der Folge führt eine Abnahme der Tränenflüssigkeit zu einer Erhöhung der Blinzelfrequenz und zu einer stärkeren mechanischen Reibung und damit zu einer deutlicheren Ausdünnung der Spitze des Apex.

Abbildung 5. Reaktive epitheliale Hyperplasie, deren Lokalisation unregelmäßiger ist und eine größere Oberfläche aufweist, im Zusammenhang mit einer chronischen Blepharitis akkommodativen Ursprungs bei einer 50-jährigen Patientin, die ihre optische Korrektur nicht trägt.

Abbildung 6. Follow-up einer 45-jährigen Patientin mit Blepharitis, die mit einer reaktiven Hyperplasie des Hornhautepithels und einem bestimmten Volumen des basalen Tränenmeniskus einhergeht, der durch ein OCT-Schnittbild objektiviert wurde. Nach 6-monatiger Behandlung kommt es zu einer Quasi-Normalisierung der Epithelkarte und einer Verringerung des Tränenmeniskusvolumens mit einer Verbesserung der

In den schwereren Stadien kommt es insgesamt zu einer ausgeprägteren und diffuseren Epithelausdünnung (Abbildung 7) [8, 9]. In der Tat hat sich gezeigt, dass die abnorme Proliferation von Zellen des Bindehaut- und Hornhautepithels mit einer abnormen Produktion von Proteinen korreliert, die die Apoptose induzieren können. Eine übermäßige Apoptose oder mechanische Zerstörung des Hornhautepithels kann, wenn sie nicht durch eine schnelle Erneuerung kompensiert wird, bei schweren trockenen Augen zu einer allgemeinen Ausdünnung des Hornhautepithels führen.

Abbildung 7. Vorschlag zur Klassifizierung des trockenen Auges anhand von Epithelkarten.

N.A. Edorh et al. [10] zeigten eine statistisch signifikante Korrelation von Epithelkarten mit der Break-up-Zeit und dem Schirmer-Test und zeigten im Vergleich zu einer Kontrollgruppe, dass eine Ausdünnung des Hornhautepithels, insbesondere oberhalb des Apex, ein Faktor bei der Erkennung des trockenen Auges ist, wobei der Schwellenwert des Hornhautepithels bei 50 μm liegt. Eine Hyperplasie wurde in dieser Studie nicht nachgewiesen, da vermutlich Patienten aus einer Spezialsprechstunde für trockene Augen mit fortgeschrittenen Stadien des trockenen Auges rekrutiert wurde.

Das Epithel-Mapping entwickelt sich parallel zur klinischen Untersuchung zu einem interessanten Werkzeug, um die Qualität der Augenoberfläche sowohl in der Erstbeurteilung als auch in der Nachsorge von chronischen Augenoberflächenerkrankungen zu objektivieren und zu quantifizieren [11].

Meibographie und Beurteilung des Tränenvolumens

Die Meibographie ist zu einer wesentlichen Analyse für die Beurteilung der Meibom-Dysfunktion und ihres Schweregrads geworden. Einige OCT-Geräte verfügen jetzt über ein Modul zur Aufnahme dieser Bilder mit einer Infrarotkamera (Abbildung 8). Es ist auch möglich, meibographische Bilder mit jedem OCT-Gerät zu erhalten, indem die Verwendung der Infrarotkamera umgeleitet wird, wie in diesem Fall mit dem Mirante™ (Nidek, Japan) (Abbildung 9).

Abbildung 8. In die OCT Solix-Plattform™ eingebettete Meibographie, die eine Meibom-Dysfunktion der Stadien I-II zeigt.

Abbildung 9. Meibographie, die auf Umwegen mit der konfokalen Kamera des Mirante-Retinographen™ durchgeführt wird.

Die Querschnitts-OCT ermöglicht auch die Darstellung des unteren Tränenmeniskus mit der Messung seiner Höhe und Oberfläche, wodurch die Basalsekretion erfasst wird (Abbildung 10). Wir können auch das Ausmaß der Falten der inferioren Konjunktivochalasis objektivieren, deren Schweregrad mit dem Risiko eines trockenen Auges korreliert (Abbildung 11).

Abbildung 10. vertikale OCT B-Scan-Bildgebung (Solix™) des unteren Tränenmeniskus zur Quantifizierung der Höhe und Oberfläche des Basalsekrets.

Abbildung 11. OCT-B-Scan-Bildgebung des unteren Tränenmeniskus, wobei die Falten der Bindehaut hervorgehoben werden.

En Face OCT der Hornhaut und dem trockenen Auge

Das En Face OCT ist eine strukturelle Projektion, die sich aus vielen B-Scans zusammensetzt, deren Abstand je nach Dichte der Messpunkte variiert, was der kubischen Analyse dieser Aufnahme eine gewisse Auflösung verleiht. Diese Untersuchung hat bereits ihr Interesse an Netzhautpathologien gezeigt, aber im vorderen Augenabschnitt war ihre Verwendung aufgrund der geringen Dichte von B-Bildern begrenzt.

Die jüngste Steigerung der Aufnahmegeschwindigkeit mit den neuen Spectral-Domain-OCT-Geräten ermöglicht eine Dichte von 256 B-Scans und bietet eine schöne Projektion der Hornhaut und ihrer Anhänge.

Das En Face OCT ermöglicht es uns, die Instabilität der Lipidschicht des Tränenfilms durch Nuancen der Reflektivität des Tränenfilms hervorzuheben (Abbildung 12). Einige Hornhautpathologien, die mit Störungen der Augenoberfläche einhergehen, können mit der OCT beobachtet werden, wie z. B. die Cogan-Dystrophie mit ihren pathognomonischen Falten der Basalmembran (Abbildung 13) oder die Adenovirus-Keratitis (Abbildung 14), deren Verlauf in Verbindung mit einem Epithel-Mapping verfolgt werden kann. Diese Projektion ist eine ergänzende Visualisierung in einem multimodalen Ansatz für das trockene Auge mittels OCT.

Abbildung 12. En Face OCT des Tränenfilms (Würfel 8 × 8 mm, Solix™) mit Visualisierung der Lipidschicht und ihrer Instabilität durch verschiedene klinische Fälle.

SD-OCT: 120 000 A-scan/sec.
Axial Resolution: 5μm
OCT EN FACE: 256 Bcans

Abbildung 13. En Face OCT der Hornhaut (Würfel 8 × 8 mm, Solix™) im Zusammenhang der Cogan-Dystrophie mit ihren Falten der Basalmembran des Hornhautepithels, die am rechten Auge stärker ausgeprägt sind.

Abbildung 14. Follow-up einer Patientin mit Adenovirus-Keratitis mit nummulären Trübungen im anterioren Stroma, die mit En Face OCT gut quantifiziert werden können (Würfel 8 × 8 mm, Solix™). Das Epithel-Mapping verdeutlicht durch die Verdünnung des Epithels die damit verbundenen Störungen der Augenoberfläche. Nach der Behandlung mit Ciclosporin zeigt die Multimodalität bei der OCT die Verbesserung der Oberfläche durch eine erneute Verdickung des Epithels und einen allmählichen Rückgang der Trübungen.

Klinisch-diagnostische Perspektiven

Die Veränderungen des Epithels bei der Erstbeurteilung und Überwachung des trockenen Auges liefern quantitative Daten, die nicht vom Anwender abhängen und es ermöglichen, bestimmte vom Patienten empfundene Veränderungen zu beurteilen, die jedoch nicht immer gut durch die Untersuchung der vom Anwender abhängigen Break-up-Zeit, aber auch durch die Menge des eingeträufelten Fluoresceins erfasst werden.

Die Multimodalität, die auf OCT-Plattformen verfügbar ist, einschließlich der Meibographie, der Messung des unteren Tränenmeniskus und der Analyse des Hornhautepithelprofils, wird es ermöglichen, die Erstbeurteilung des trockenen Auges parallel zur klinischen Untersuchung vorzunehmen und die Entwicklung des Patienten während seiner Behandlung objektiv zu überwachen (Abbildung 15).

Auf der Suche nach einer gewissen biometrischen Präzision in der sogenannten "Premium"-Chirurgie, sei es bei multifokalen oder torischen Implantaten oder in der Hornhautchirurgie, ist der Vergleich zwischen Epitheltopographie und Hornhauttopographie unerlässlich, um die Messung keratometrischer Werte zu optimieren [12].

Die Korrelation zwischen Hornhauttopographie und Epithel-Mapping zeigt, dass epitheliale Veränderungen, Veränderungen der Hornhautkrümmung mit einer Abschwächung der Keratometrie in Bereichen induzieren, in denen eine epitheliale Hyperplasie vorliegt (Abbildung 16).

Abbildung 15.
a. Follow-up einer 66-jährigen Patientin mit einer Blepharitis-Tabelle, die eine Sklerashow mit zahlreichen Falten der Konjunktivochalasis und einer signifikanten Meibom-Dysfunktion mit ausgeprägterem Erscheinungsbild auf dem linken Auge kombinierte. Nach einer Behandlung mit Lidpflege, Tränenersatzmittel und Lidschlagtraining kommt es zu einer Verbesserung des Epithelprofils mit einer erneuten Verdickung des Hornhautepithels und einer verlängerten Aufreißzeit.
b. Die Analyse des unteren Tränenmeniskus des Patienten zeigt nach der Behandlung eine Abnahme der Bindehautfalten, die für eine Füllung des Meniskus mit Tränen verantwortlich ist und das Wiedererscheinen eines bestimmten Basalvolumens ermöglicht.

Abbildung 16. Junge Frau im Alter von 27 Jahren mit einer Hausstaubmilbenallergie in der Vorgeschichte, Kandidatin für eine refraktive Chirurgie und mit einer verdächtigen unregelmäßigen Hornhauttopographie. Die Korrelation mit dem Epithel-Mapping zeigt eine bilaterale Hyperplasie des Epithels des unteren Apex, die mit einer Dysfunktion der Meibom-Drüsen einhergeht, die die untere Hornhautkrümmung verändert. Beachten Sie die ausgeprägtere Hyperplasie des rechten Auges, bei der die Atrophie der Meibom-Drüsen wichtiger ist.

Schlussfolgerung

Die Topographie des Hornhautepithels scheint ein sehr interessantes Werkzeug zu sein, um eine Projektion der Qualität der objektiven Augenoberfläche aufgrund von Veränderungen der Hornhautepithelzellen während des trockenen Auges zu erhalten. OCT wird zu einer multimodalen Plattform für die Analyse des trockenen Auges mit Meibographie, Tränenmeniskus-Messung, En FaceOCT der Hornhaut und Epithel-Mapping.

Dieser neue Ansatz und die Quantifizierung werden in Zukunft höchstwahrscheinlich zum Standard für die Analyse des trockenen Auges werden, sei es beim Screening, bei der Nachsorge oder bei der Erstbeurteilung in der refraktiven Chirurgie.  

C. Baudoin erklärt, dass er keine Verbindungen hat, die in Bezug auf diesen Artikel von Interesse sind.

Referenzen

1. Reinstein DZ et al. Epitheldicke in normaler Hornhaut: dreidimensionale Darstellung mit Artemis sehr hochfrequentem digitalem Ultraschall. J Refract Surg 2008; 24:571-81.
2. Li Y et al. Kartierung der Hornhautepitheldicke mittels optischer Kohärenztomographie im Fourier-Bereich bei normalen und keratokonischen Augen. Ophthalmology 2012; 119:2425-33.
3. Kanellopoulos AJ, Asimellis G. In vivo 3-dimensionale Kartierung der Hornhautepitheldicke als Indikator für trockenes Auge: vorläufige klinische Bewertung. Am J Ophthalmol 2014; 157:63-68.e2e.
4. Cui X Hong J et al. Beurteilung der Hornhautepitheldicke bei Patienten mit trockenem Auge. Optom vis sci 2014; 91:1446-54.
5. Fabiani C et al. Proliferation und Dicke des Hornhautepithels in einem Mausmodell des trockenen Auges. Exp Eye Res 2009; 89:166-71.
6. Baudouin C et al. Rolle der Hyperosmolarität in der Pathogenese und Behandlung des trockenen Auges: Tagungsband der OCEAN-Gruppensitzung. Ocul Surf 2013; 11:246-58.
7. Baudouin C et al. Der Teufelskreis des trockenen Auges: ein Fokus auf die Pathophysiologie der Meibom-Drüsen-Dysfunktion. Br J Ophthalmol 2016; 100:300-6.
8. El Maftouhi A, Baudouin C. OCT und trockenes Auge. Les Cahiers d'Ophtalmologie 2019; 225:32-7).
9. King-Smith PE et al. Die Dicke des Tränenfilms. Curr Eye Res 2004; 29:357-68).
10. Edorh NA et al. Neues Modell zur besseren Diagnose des trockenen Auges unter Einbeziehung der OCT-Hornhautepithelkartierung. Br J Ophthalmol 2022;106(11):1488-95.
11. El Maftouhi A, Denoyer A. OCT: die Intelligenz des Hornhautepithels. Les Cahiers d'ophtalmologie 2022; 252:28-32.
12. El Maftouhi A , Denoyer A. Welchen Stellenwert hat die OCT in der Beurteilung der refraktiven Chirurgie? Ophthalmogische Reflexionen 2020; 231:28-32).

Adil El Maftouhi ist Orthoptist und Spezialist für okuläre Bildgebung im Centre ophtalmologique de Rive Genf, Schweiz, und am CHNO des XV-XX Paris, Frankreich. Er ist Autor internationaler Bücher über OCT und OCT-A. Darüber hinaus hat er mehrere von Fachleuten begutachtete Artikel veröffentlicht, darunter "OCT and the Syndrome of Dry Eye" und "OCT: the intelligence of the epithelium".

Adil El Maftouhi arbeitet an der Entwicklung und dem Betrieb der verschiedenen in der Augenheilkunde verfügbaren bildgebenden Systeme, um das Potenzial jedes einzelnen Systems zum Nutzen der Klinik auszuschöpfen.

Gleichzeitig trägt er zur Entwicklung neuer Bildgebungsanwendungen und Software bei, insbesondere im Bereich der OCT-Technologie. Herr El Maftouhi ist auch an klinischen und pharmakologischen Forschungsprojekten in den Bereichen medizinische Netzhaut, Glaukom und Sehbehinderung beteiligt.