Non-invasive, ortsaufgelöste Bestimmung von Gewebeeigenschaften der Augenlinse hinsichtlich Rheologie, Brechungsindex, Dichte und Proteinkonzentration unter Anwendung der Brillouin-Spektroskopie

Zusammenfassung

Die konfokale Brillouin-Spektroskopie stellt ein Messverfahren dar, mit dessen Hilfe es möglich ist, die rheologischen Eigenschaften von Materialien non-invasiv zu bestimmen. Ihre Anwendung in der Augenheilkunde kann die Möglichkeit bieten, in vivo die Verformungseigenschaften transparenter biologischer Gewebeabschnitte wie Hornhaut oder Augenlinse ortsaufgelöst zu ermitteln. Dies scheint hinsichtlich der aktuellen Presbyopieforschung ein vielversprechender Ansatz. Durch die ortsaufgelöste Erfassung der viskoelastischen Eigenschaften der Augenlinse ist ein besseres Verständnis des natürlichen Alterungsprozesses der Linse sowie der Einflüsse unterschiedlicher Linsentrübungen auf deren Steifigkeit zu erwarten. Aus den gewonnenen spektralen Daten kann zusätzlich auf die relativen Proteinkonzentrationen, den relativen Brechungsindexverlauf sowie den relativen Dichteverlauf innerhalb des Linsengewebes geschlossen werden. Das Prinzip der konfokalen Brillouin-Mikroskopie auf Grundlage der spektralen Auswertung spontaner Brillouin-Streusignale unter Verwendung hochauflösender dispersiver Bauelemente wird vorgestellt. Eigene In-vitro-Messergebnisse an tierischen und menschlichen Linsen werden präsentiert und hinsichtlich ihrer rheologischen Aussagekraft bewertet. Diese Daten werden bekannten Forschungsergebnissen gegenübergestellt.

Abstract

The confocal Brillouin spectroscopy is an innovative measurement method that allows the non-invasive determination of the rheological properties of materials. Its application in ophthalmology can offer the possibility to determine in-vivo the deformation properties of sections of transparent biological tissue such as the cornea or eye lens with spatial resolution. This seems to be a promising approach concerning current presbyopia research. Due to the spatially resolved detection of the viscoelastic lens properties, a better understanding of the natural aging process of the lens and the influences of different lens opacities on the stiffness is expected. From the obtained spectral data the relative protein levels, the relative refractive index profile and the relative density profile within the lens tissue can be derived in addition. A measurement set-up for confocal Brillouin microscopy based on spectral analysis of spontaneous Brillouin scattering signals by using a high-resolution dispersive device is presented. First in-vitro test results on animal and human lenses are presented and evaluated concerning their rheological significance. These data are compared with known research results.

Schlüsselwörter

Katarakt - Presbyopie - Augenlinse

Key words

Cataract - presbyopia - eye lens

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