Publikationen

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Fluorescence Lifetime Imaging Ophthalmoscopy (FLIO), einem neuen Verfahren zur in vivo Messung der Autofluoreszenzabfälle endogener Fluorophore vom menschlichen Augenhintergrund. Die bisherigen Verfahren zur Approximation der Fluoreszenzlebensdauer aus den Autofluoreszenzabfällen stammen aus der Mikroskopie und sind daher nicht an die speziellen Bedingungen der in vivo Messungen am menschlichen Auge angepasst. Ziel der Arbeit war es, neue Verfahren der Messdatenverarbeitung zu entwickeln, welche die Fluoreszenzlebensdauerapproximation, insbesondere in FLIO-Daten, verbessern, sowie technische und physiologische Einflussfaktoren auf die FLIO-Methode zu untersuchen. Im Rahmen der Arbeit wurden daher neue Verfahren zur Behandlung von Artefakten durch eine inhomogene Fluoreszenzverteilung am Augenhintergrund sowie zur Behandlung von Artefakten durch Reflexionen im optischen Strahlengang des FLIO-Systems entwickelt. Die Modellierung der zeitaufgelösten Autofluoreszenzabfälle wurde erweitertet, um die Fluoreszenz des Augenhintergrunds als dreidimensionale Fläche zu betrachten, die Schichtstruktur des Auges abzubilden sowie die Fluoreszenz der natürlichen Augenlinse von einer separaten Messung zu berücksichtigen. Darüber hinaus wurden Verfahren entwickelt, welche durch Ausnutzung örtlicher Information Fehler in der Fluoreszenzlebensdauerapproximation reduzieren. Auf technischer Seite wurde die Wiederholbarkeit von FLIO anhand von Farbstoffen und Probanden untersucht, verschiedene FLIO-Systeme auf Vergleichbarkeit geprüft sowie die Eignung eines Weitwinkelobjektivs für FLIO-Messungen analysiert. Letztlich wurde der Einfluss der natürlichen Augenlinse und des Blutzuckerspiegels auf die Fluoreszenzlebensdauern des Augenhintergrunds in Patienten bzw. Probanden charakterisiert. Als ein Ergebnis der Arbeit entstand das umfangreiche Open-Source-Softwarepaket FLIMX, welches bestehende sowie die neu entwickelten Verfahren zur Fluoreszenzlebensdauerapproximation umsetzt. Außerdem bietet FLIMX Werkzeuge u.a. zur Simulation zeitaufgelöster Fluoreszenzdaten, zur Visualisierung von Fluoreszenzlebensdauern und anderer Parameter sowie zur statistischen Analyse einzelner FLIO-Messungen oder Probandengruppen. Anhand von Anwendungsbeispielen wurde die Wirksamkeit der neu entwickelten Verfahren demonstriert. Die Modellierung fluoreszierender Schichten wurde mittels aufwendiger Simulationen und experimenteller Messungen im Detail untersucht. Eine gute Wiederholbarkeit des FLIO-System konnte belegt werden. Beim Vergleich von vier FLIO-Geräten wies ein FLIO-Gerät moderate Abweichungen zu den übrigen FLIO-Geräten auf. Das Weitwinkelobjektiv liefert FLIO-Messungen mit einer guten Wiederholbarkeit, allerdings mit signifikanten Unterschieden zum Standardobjektiv. Der Blutzuckerspiegel hat keinen Einfluss auf die Fluoreszenzlebensdauern des Augenhintergrunds, die natürliche Augenlinse dagegen schon.