Konzept zur 3‑D-Vermessung von Hornhautspendergewebe mithilfe eines klinischen OCT

Zusammenfassung

Zielsetzung

Wir stellen ein Konzept zur berührungslosen tomographischen Vermessung und Charakterisierung von Hornhautspendergewebe im Kulturmedium vor mit dem Ziel, dieses auf Pathologien und Veränderungen nach refraktiver Chirurgie zu untersuchen.

Methodik

Die Bildaufnahme erfolgt mit einem klinischen optischen Kohärenztomografen (OCT) für den vorderen Augenabschnitt (Casia 2, Tomey Corp., Nagoya, Japan). Nach der Bildvorverarbeitung wird eine Kantenerkennung der Vorder- und Rückfläche der Spenderhornhaut durchgeführt. Anschließend wird an die detektierten Flächen jeweils ein sphärozylindrisches Flächenmodell angepasst, aus welchem die Krümmungsradien, die Flächenbrechwerte sowie der Keratometerwert und die zentrale Dicke der Hornhaut bestimmt werden. Zur Validierung setzten wir ein Hornhautphantom mit definierter Geometrie ein, abschließend wurden 74 Spenderhornhäute in der Zellkulturflasche vermessen.

Ergebnisse

Der große Tiefenmessbereich des OCTs erlaubt eine Vermessung des Phantoms und der Gewebeproben in der Kulturflasche, wobei ein Messbereich von ca. 7 mm Durchmesser erreicht wird. Flaschenwand- und Halterartefakte können zuverlässig aus den Daten entfernt werden, sodass die Berechnung des sphärozylindrischen Modells für die Vorder- und Rückfläche erfolgreich durchführbar ist. Die Messergebnisse für das Phantom zeigen geringe Abweichungen von den Herstellerangaben. Die gemessenen Krümmungsradien der Spenderhornhäute bewegen sich im Normalbereich.

Schlussfolgerung

Das Vorderabschnitts-OCT Casia 2 erlaubt eine schnelle Vermessung von Spenderhornhautgewebe im Kulturmedium. Der messbare Bereich von ca. 7 mm ist im Wesentlichen durch die verwendete Halterung für das Spendergewebe limitiert. Aus den Volumendaten können topographische und pachymetrische Parameter berechnet werden.

Abstract

Purpose

We present a concept for non-contact tomographic measurement and characterization of corneal donor tissue within the cell culture medium. The purpose is to screen corneal tissue for pathologies or alterations after refractive surgery.

Methods

Image acquisition is performed with the clinical anterior segment optical coherence tomography (OCT) Casia 2 (Tomey Corp., Nagoya, Japan). An edge detection of the anterior and posterior surfaces of the donor cornea is performed after preprocessing and noise reduction of the data. A sphero-cylindrical surface model is then fitted to the detected surfaces in order to determine the radius of curvature, the surface refractive values, the keratometer readings and central thickness of the cornea. A cornea phantom with defined geometry was used to validate the algorithm and finally 74 donor corneas were measured in the cell culture flask.

Results

The large axial measurement range of the OCT enables measurement of the phantom and tissue samples within the culture flask with a diameter of approximately 7 mm. The developed program reliably removes artifacts caused by the wall of the flask and those originating from the tissue holder and facilitates calculation of the sphero-cylindrical model for the anterior and posterior surfaces. The measurement results for the phantom show minimal deviations from the manufacturer’s data. The measured radius of curvature of the corneas was within normal limits.

Conclusion

The anterior OCT Casia 2 enables rapid 3‑dimensional measurement of corneal donor tissue in the culture medium. The measurable range covers approximately 7 mm of the graft diameter, which is mainly limited by the holder used for the donor tissue. Topographical and pachymetric parameters could be derived from the volume data.