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Vergleich von Parametern der zeitaufgelösten Autofluoreszenz bei Gesunden und Patienten mit früher AMD

Comparison of parameters of time-resolved autofluorescence between healthy subjects and patients suffering from early AMD

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Zusammenfassung

Hintergrund

Zur quantitativen Beurteilung früher Veränderungen bei altersbedingter Makuladegeneration, die im zellulären Stoffwechsel vermutet werden, wurde ein Fluoreszenz Lifetime Mapper (FLM) erprobt.

Methode

Mit dem FLM wird die zeitaufgelöste Fundusfluoreszenz mit Pikosekunden-Laserpulsen bei 448 nm angeregt. Diese wird in 2 Spektralbereichen (K1=490–560 nm, K2=560–700 nm) durch zeitkorreliertes Einzelphotonenzählen detektiert. Der zeitabhängige Abfall der Fluoreszenzintensität wird mit 3 Abklingzeiten approximiert. Die ermittelten Abklingzeiten ermöglichen einen Vergleich mit endogenen Fluorophoren des zellulären Stoffwechsels.

Ergebnisse

Für 8 Gesunde wurden erstmalig die Mittelwerte der Abklingzeiten der Autofluoreszenz bestimmt (K1: τ1=118 ps, τ2=584 ps, τ3=2826 ps, K2: τ1=104 ps, τ2=477 ps, τ3=1623 ps). Bei 15 Patienten mit AMD (AREDS Kategorien I und II) wurden längere Abklingzeiten (K1: τ1=166 ps, τ2=986 ps, τ3=3309 ps, K2: τ1=137 ps, τ2=583 ps, τ3=1924 ps) ermittelt. Mit den Parametern 1 und 2 im kurzwelligen Kanal sind Augengesunde und Patienten bereits im Frühstadium der AMD signifikant trennbar. Fluorophorspezifische Veränderungen in der Makula konnten an Einzelbeispielen bei fortgeschrittener AMD demonstriert werden.

Schlussfolgerung

Messungen im 30-Grad-Fundusfeld zeigen, dass bereits im Frühstadium der AMD spezifische Änderungen auch außerhalb der Makula vorliegen. Diese wirken auch in der neuronalen Retina, der τ2 zugeordnet werden kann. Verlängerungen der Lifetime τ2 im kurzwelligen Kanal können zumindest teilweise auf eine Zunahme von an Protein gebundenem NADH zurückgeführt werden, dessen Anteil bei verringerter Zellatmung steigt.

Abstract

Background

A fluorescence lifetime mapper (FLM) was tested for quantitative estimation of early alterations in age-related macular degeneration (AMD) which are assumed to be in cellular metabolism.

Method

In FLM time-resolved autofluorescence of the fundus is excited by picosecond (ps) laser impulses at 448 nm and detected in 2 spectral ranges (K1=490–560 nm and K2=560–700 nm) by time-correlated single photon counting. The time-dependent decrease in fluorescence intensity was approximated using 3 decay rates. The calculated lifetimes allow a comparison with endogenous fluorophores of cellular metabolism.

Results

Initially mean lifetimes were determined for 8 healthy subjects (K1: τ1=118 ps, τ2=584 ps, τ3=2826 ps, K2: τ1=104 ps, τ2=477 ps, τ3=1623 ps). In 15 AMD patients (AREDS categories I and II) the lifetimes were longer (K1: τ1=166 ps, τ2=986 ps, τ3=3309 ps, K2: τ1=137 ps, τ2=583 ps, τ3=1924 ps). The best separation between healthy subjects and patients with early AMD was possible by parameters 1 and 2 in the short-wave channel. Fluorophore-specific alterations in the macula could be demonstrated in isolated cases with advanced AMD.

Conclusion

Measurements in the 30° fundus field demonstrated that specific alterations were already present even in early AMD and also outside the macula. These act in the neuronal retina, because parameter τ2 is related to this layer. Increases in the lifetime of parameter τ2 in the short wave channel could at least partially be determined by an increase of protein bound NADH, the content of which increases with reduced cellular respiration.

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Interessenkonflikt

J. Fischer ist Mitarbeiter der Firma Heidelberg Engineering. Die anderen Autoren hatten kein finanzielles Interesse an der Ausführung der Studie.

Author information

Authors and Affiliations

  1. Bereich Experimentelle Ophthalmologie, Augenklinik der FSU Jena, Bachstraße18, 07743, Jena, Deutschland

    D. Schweitzer, S. Quick, S. Schenke, S. Gehlert, M. Hammer & S. Jentsch

  2. Institut für Biomedizinische Technik und Informatik, Technische Universität Ilmenau, Ilmenau, Deutschland

    M. Klemm

  3. Heidelberg Engineering, Heidelberg, Heidelberg, Deutschland

    J. Fischer

Authors
  1. D. Schweitzer
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  2. S. Quick
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  3. S. Schenke
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  4. M. Klemm
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  5. S. Gehlert
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  6. M. Hammer
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  7. S. Jentsch
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  8. J. Fischer
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Corresponding author

Correspondence to D. Schweitzer.

Additional information

Der Beitrag wurde in Teilen zur Tagung der Deutschen Ophthalmologischen Gesellschaft 2008 vorgetragen.

Der Aufbau des Demonstrators wurde von Heidelberg Engineering im Rahmen eines industriegeförderten Drittmittelprojektes unterstützt.

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Schweitzer, D., Quick, S., Schenke, S. et al. Vergleich von Parametern der zeitaufgelösten Autofluoreszenz bei Gesunden und Patienten mit früher AMD. Ophthalmologe 106, 714–722 (2009). https://doi.org/10.1007/s00347-009-1975-4

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