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Sauerstoff-Modul

Sauerstoffsättigung in den Gefäßen

Das Vesselmap1 ermöglicht die automatische Bestimmung von Gefäßdurchmessern entlang von beliebigen Gefäßabschnitten in einem Fundusbild. Die Nachrüstung der Vesselmap1- Software mit dem Sauerstoffmodul ermöglicht parallel dazu die Sauerstoffsättigung in den Blutgefäßen zu bestimmen. Erstmals können Zusammenhänge zwischen Änderungen der Gefäßdurchmesser und Änderungen der Sauerstoffversorgung der Netzhaut untersucht werden.

 

 

Sauerstoffsättigung in retinalen Gefäßen 

Die Netzhaut ist ein Gewebe mit außergewöhnlich hohem Sauerstoffverbrauch. Andererseits ist die retinale Vaskularisation äußerst sparsam, da viele Gefäße vor den Photorezeptoren den Sehprozess beeinträchtigen würden. Eine präzise Regulation der retinalen Sauerstoffversorgung ist für das Überleben und die Funktion der inneren Retina essentiell.

Die Regelung erfolgt über die Durchmesser der retinalen Gefäße und hat das Ziel, das Sauerstoffangebot für das Gewebe bedarfsgerecht bereit zu stellen. Die Sauerstoffsättigung des Hämoglobins in retinalen Gefäßen ist ein Parameter, der die Sauerstoffversorgung und den Sauerstoffverbrauch in einem bestimmten, von diesen Gefäßen versorgten Netzhautareal charakterisiert. Daher kann die intravasale Bestimmung der Sauerstoffsättigung, die Oximetrie, helfen, Störungen in der Sauerstoffversorgung zu erkennen.

 

 

Technische Details zur Bestimmung der Sauerstoffsättigung

 

Die Bestimmung der intravasalen Sauerstoffsättigung beruht auf der Analyse des Gefäßkontrastes bei zwei definierten Wellenlängen.

Die Sauerstoffsättigung ist nach Beach et al. proportional zum Verhältnis des logarithmischen Gefäßkontrastes bei den beiden Wellenlängen. Die Kalibrierung des Sauerstoffsättigungswertes erfolgte durch Vergleichsbestimmung mit einer spektrometrischen Methode. Der Einfluss des Gefäßdurchmessers und der Funduspigmentierung auf den Analysewert wurden kompensiert.

Das Sauerstoffmodul verwendet einen speziellen Filter mit Transmissionsbändern bei den Wellenlängen 548 nm und 610 nm. Der Filter wird in die Beleuchtung einer Funduskamera eingesetzt und ist abgestimmt auf charakteristische Merkmale des Hämoglobinspektrums einerseits und die Empfindlichkeit des Grün- bzw. des Rotkanals der verwendeten Digitalkamera andererseits. Dieses filterbasierte Konzept ist lösungsorientiert und vermeidet Bildfehler, die durch zusätzliche abbildende optische Komponenten entstehen würden. Die Aufnahme der erforderlichen beiden monochromatischen Bilder erfolgt mit einer Blitzaufnahme der Funduskamera, deren volles Bildfeld für die Bestimmung der Sauerstoffsättigung genutzt werden kann.

 

 

Das Sauerstoffmodul in der Anwendung

 

Erste Tests des Systems an der Universitätsaugenklinik Jena ergaben arterielle und venöse Sauerstoffsättigungswerte von 98% bzw. 65% im Mittel über alle Gefäße mit einem Durchmesser >100 µm, bestimmt an 20 gesunden Probanden. Die Bestimmung in kleineren Gefäßen ist bei Einschränkung des Bildfeldes der Funduskamera möglich.

Spontanatmung von reinem Sauerstoff durch die Probanden führte nach 6 Minuten zu einer Erhöhung der arteriellen Sauerstoffsättigung um 2% und zu einer hoch signifikanten (p<0.0005) Erhöhung der venösen Sauerstoffsättigung um 7%. Die Reproduzierbarkeit der Technik wurde an einer weiteren Kohorte von 10 Probanden untersucht. Von jedem Probanden wurden fünf Aufnahmen gemacht. Es wurde die Standardabweichung der Sauerstoffsättigung in Gefäßsegmenten von einem halben Papillendurchmesser Länge über die fünf Aufnahmen bestimmt. Im Mittel ergaben sich Standardabweichungen von 2.52% für Arteriolen und 3.25% für Venolen. Diese charakterisieren die Reproduzierbarkeit der Methode.

 

Mit dem Sauerstoffmodul steht erstmals eine kommerzielle Methode zur Bestimmung der intravasalen Sauerstoffsättigung in klinischen Studien zur Verfügung.

 

 

Literatur:

1. Beach JM, Schwenzer KJ, Srinivas S, et al. Oximetry of retinal vessels by dual-wavelength imaging: calibration and influence of pigmentation. J Appl Physiol 1999;86(2):748-58.

2. Schweitzer D, Hammer M, Kraft J, et al. In Vivo Measurement of the Oxygen Saturation of Retinal Vessels in Healthy Volonteers. IEEE Trans. Biomed. Eng. 1999;46:1454-65.

 

 

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