Evaluation and Improvement of the Performance of an Adaptive Optics Scanning Laser Ophthalmoscope

Abstract

Die adaptive Optik (AO) am Auge ist von bedeutendem wissenschaftlichem und klinischem Interesse. Die Kombination von adaptiver Optik mit einem Rasterabtast Laser Ophthalmoskop (engl. Scanning Laser Ophthalmoscope (SLO)) ermöglicht die Aufnahme von hochaufgelösten Bildern der menschlichen Netzhaut in vivo und erreicht dabei die Visualisierung von einzelnen Zellen wie etwa Lichtrezeptoren oder Blutzellen. Diese Technologie ebnet den Weg für komplett neue Ansätze in der Diagnostik und Therapieverlaufskontrolle. Das Ziel dieser Diplomarbeit ist die Charakterisierung und Verbesserung eines konfokalen AO-SLOs welches zu Beginn der Arbeit keine Bilder mit zufriedenstellender Qualität liefern konnte. Im Allgemeinen benötigen die AO-SLOs viel Platz und können nur Bilder mit einem kleinen Gesichtsfeld aufnehmen. Das in dieser Arbeit verwendete AO-SLO System zeichnet sich durch ein kompaktes Design aus und besitzt zusätzlich einen Linienraster SLO Kanal welcher Übersichtsbilder der Netzhaut liefert. Durch diese vorliegende Arbeit wurde eine Vielzahl von Modifikationen am AO-SLO durchgeführt. Diese beinhalteten sowohl experimentelle Änderungen als auch Software Entwicklungen für die Verbesserung der AO-Kontrolle. Zusätzlich wurde Software für die Datenerfassung und Datenauswertung entwickelt. Nach der Implementierung dieser Modifikationen wurde das Gerät verwendet um gesunde Probanden zu untersuchen. AO-SLO Bilder vom Zapfen- und Stäbchenmosaik als auch von Kapillaren der Netzhaut werden präsentiert. Im letzten Teil wurde die Möglichkeit untersucht, den Bildkontrast mit Hilfe einer Multimoden Faser in der Detektionseinheit zu verbessern.

Adaptive optics in visual science is of enormous research and clinical interest. The combination of adaptive optics with scanning laser ophthalmoscopy (AO- SLO) provides high resolution real-time images of the human retina, enabling an in vivo visualization of retinal cells such as photoreceptors and blood cells. Thereby this new technology enables completely new opportunities for an im- proved diagnosis and therapy control. The underlying goal of this thesis is the characterization and optimization of a confocal AO-SLO which at the start of the thesis could not provide images with sufficient quality. AO-SLO systems occupy in general a large space and provide only images with a very small field of view. One key characteristic of the used AO-SLO system is a compact foot-print and an implemented line scanning SLO channel that provides overview images of the retina. A number of modifications and new features were implemented within this thesis that included not only the experimental setup but also software devel- opment in order to improve adaptive optics control. In addition software for off-line processing of the AO-SLO images was developed and implemented. After implementation of these modifications the AO-SLO system was used to image healthy volunteers. Images of the cone and rod mosaic as well as of retinal vasculature are presented. Finally, the feasibility of using a multimode fiber for light collection to enhance image contrast was tested.