Neue Technologie für Netzhautfunktionstests: Zwei-Photonen-Mikroperimetrie

Die Wahrnehmung von Infrarotlicht (IR) wurde erstmals 1965 von Vasilenko et al. beschrieben, die mit gepulsten IR-Laseremissionen eine Farbe beobachteten, die der Hälfte der verwendeten Wellenlänge entsprach [29]. Im Jahr 1979 verwendeten Dmitriev et al. eine gepulste 800- bis 1064-nm- oder 1064- bis 1600-nm-Emission und stellten fest, dass Wellenlängen kürzer als 1000 nm in Blau und Wellenlängen länger als 1000 nm in Rot erscheinen [4]. Das Team kam zu dem Schluss, dass die Absorption von IR-Licht möglicherweise durch Photopigmente der Netzhaut verursacht wird. Andere Forscher hingegen postulierten, dass die Zwei-Photonen-Absorption durch eine Erzeugung [27] „second harmonic generation“ (SHG) des okulären Systems [26, 31], v. a. in der Hornhaut oder der Netzhaut [11], zustande kommt. Die Debatte wurde in einer facettenreichen Arbeit aus dem Jahr 2014 abgeschlossen, in der Palczewska et al. vielfältige Experimente durchführten, die Psychophysik am Menschen, die Elektrophysiologie an der Netzhaut von Mäusen, Computersimulationen mit biochemischen Experimenten und quantenmechanische Modellierung umfassten [23]. Alle Ergebnisse belegen, dass die Wahrnehmung von Nahinfrarotstrahlung über die Zwei-Photonen-Isomerisierung von Sehpigmenten und nicht durch SHG erfolgt, wobei die beiden Photonen genügend Energie liefern, um die Sehpigmente in den Photorezeptoren zu photoisomerisieren, was zur Wahrnehmung von Farbe führt [5, 23].

Die Studie von Palczewska et al. aus dem Jahr 2014 belegt ebenfalls, dass die Zwei-Photonen-Absorption sowohl über Stäbchen als auch über Zapfen erfolgt. Die Gruppe maß die aufgezeichneten Antworten von Gnat2−/−−Mäusen, deren Zapfen keine Lichtantworten erzeugen können, und fand ähnliche Ergebnisse zwischen Wildtyp- und solchen Mäusen. Sie wiederholten die Experimente mit Gnat1−/−−Mäusen, deren Stäbchen keine Stäbchenreaktionen erzeugen können, und mit jungen Rho−/−−Mäusen, denen das Sehpigment der Stäbchen fehlt, und fanden kleine 1‑ bis 3‑µV-Reaktionen bei 1000 nm. Die Ergebnisse deuten insgesamt darauf hin, dass sowohl Stäbchen als auch Zapfen die Zwei-Photonen-Absorption des IR-Lichts vermitteln. Eine Studie von Rumniski et al. aus dem Jahr 2019 unterstreicht ähnliche Ergebnisse beim Menschen [24]. Bei der Messung der visuellen Empfindlichkeitsschwelle bei einem 40-jährigen Probanden nach einer Lichtadaptation durch Photopigmentbleiche und der Dunkeladaptation zeigten sie, dass die beobachteten Unterschiede zwischen Stäbchen- und Zapfenplateaus den Nachweis erbringen, dass die Absorption nicht durch die SHG verursacht wird und dass die sich im Laufe der Zeit verschiebende visuelle Empfindlichkeitsschwelle die Zwei-Photonen-Absorption von IR-Licht sowohl durch Stäbchen als auch durch Zapfen zeigt, wenn sie sich erholen.

In der Studie von Palczewska et al. wurde außerdem hervorgehoben, dass sich nach der Bildgebung keine Netzhautschäden feststellen lassen. Seitdem haben andere Studien an Mausmodellen dazu beigetragen, das Sicherheitsprofil der Zwei-Photonen-Bildgebung zu erforschen und ihre Effizienz durch Änderungen der Strahlpulsdauer [7, 8, 22], der Pulswiederholungsfrequenz, der Pulsenergie und der erzeugten Spotgröße zu erhöhen [21]. Außer bei Mäusen haben die an Primaten durchgeführten Zwei-Photonen-Studien ihre Nützlichkeit bei der Abbildung der Netzhaut von Primaten gezeigt. In den Primatenstudien wurden die Verteilung und die Komponenten des Retinoidzyklus, die zur Fluoreszenz beitragen, erfolgreich identifiziert [10, 25], was vielversprechend für die Möglichkeit ist, die Netzhaut mithilfe der Zwei-Photonen-Mikroperimetrie auch beim Menschen abzubilden.

Das erste System zur Zwei-Photonen-Messung wurde von Palczewska et al. vorgestellt. Der einfachste Aufbau wurde bei der Entwicklung von optischen Zwei-Photonen-Systemen verwendet, bei denen sie das Spektrum der beobachteten Farben und die Sehschärfe bei gesunden Augen charakterisierten. In einer Studie mit 30 gesunden Freiwilligen im Alter von 21 bis 38 Jahren wiesen Palczewska et al. die lineare Beziehung zwischen der Wellenlänge des IR-Lichtreizes und der wahrgenommenen Sehwellenlänge nach [23]. Insgesamt schien die Wellenlänge der wahrgenommenen Farbe bei der Hälfte der IR-Wellenlänge zu liegen, obwohl sie höher war, als durch die Stimuli von 1020 und 1040 nm vorhergesagt. In einer anderen Studie verwendeten Artal et al. ein maßgeschneidertes optisches Zwei-Photonen-System, das aus einem gepulsten Laser, einem Scanning-System und Kameras bestand, um die Position eines Probanden zu kontrollieren [1]. Sie maßen die Sehschärfe bei IR- und sichtbarem Licht bei 6 gesunden Probanden über einen Bereich von mehr als 3 dpt, indem sie alle 0,5 dpt Testlinsen aufsetzten und die Sehschärfe mit Tumbling E maßen. Sie fanden heraus, dass die Sehschärfe zwischen sichtbarem und IR-Licht nicht signifikant unterschiedlich war.

Die Zwei-Photonen-Netzhautempfindlichkeitsprüfung wurde später im Jahr 2019 von Ruminski et al., Łabuz et al., Zielińska et al. und Marzejon et al. eingeführt [16, 19, 24, 34]. Die Modelle umfassten in den meisten Fällen ein Lichtquellenmodell, das die VIS- oder IR-Lichtstrahlen erzeugte, ein Scanning-Laser-Ophthalmoskopie-Modul, das ein Fundusbild erzeugte, und ein Zwei-Photonen-Mikroperimetrie-Modul, das funktionelle Studien ermöglichte, wie in Łabuz et al. [16] dargestellt. Seit diesen Studien wurden diese Systeme verbessert, z. B. durch die Verwendung eines nichtlinearen Kristalls, der SHG-sichtbares Licht erzeugt, was eine gleichzeitige, aber unabhängige Einstellung von VIS- und IR-Licht ermöglicht [32]. Ein Beispiel für ein Zwei-Photonen-Mikroperimetrie-Labor mit seinen Komponenten ist in Abb. 1 unten dargestellt.

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In einer Studie von Łabuz et al. an gesunden Freiwilligen wurde der Bereich der IR-Schwelle untersucht [16]. Zu diesem Zweck wurden 45 gesunde Probanden im Alter von 21 bis 70 Jahren rekrutiert. Die eingeschlossenen Freiwilligen durften weder eine Augenerkrankung noch eine Augenoperation in der Vorgeschichte oder eine systemische Erkrankung aufweisen und hatten eine Sehschärfe von 0,8 oder besser auf der Snellen-Skala. Zusätzlich untersuchten sie die Verteilung der IR-Schwelle bei 10 Patienten mit einer Netzhauterkrankung einschließlich diabetischer Retinopathie und altersbedingter Makuladegeneration im Vergleich zu gesunden Freiwilligen. Die Patienten wurden einer Zwei-Photonen-Mikroperimetrie mit einem Femtosekundenlaser mit einer Wellenlänge von 1045 nm unterzogen, nachdem sie 30 min lang dunkeladaptiert waren. Die visuelle Schwelle für das IR-Licht wurde mithilfe von Anpassungsmethoden bestimmt, bei denen der Patient die Intensität des Reizes schrittweise verringerte, bis dieser nicht mehr wahrnehmbar war. Das Verfahren wurde 5‑mal an den 7 untersuchten Stellen der Netzhaut wiederholt, wobei 35 Messungen pro Auge durchgeführt wurden. Alle Probanden nahmen den Stimulus als grün wahr. Die Analyse der Ergebnisse der Zwei-Photonen-Mikroperimetrie zeigte, dass die IR-Empfindlichkeit der gesunden Gruppe bei 17,9 dB (17,0–19,1 dB) lag, verglichen mit 11,5 dB (9,6–12,0 dB) in der Gruppe mit der Netzhautpathologie. Es zeigte sich, dass die durchschnittliche Empfindlichkeit nur geringfügig vom Alter abhängt, wobei die endgültige Formel für die durchschnittliche Empfindlichkeit gleich dem Alter multipliziert mit −0,018 plus 18,8 dB ist. Wie in Abb. 2 und der abgeleiteten Gleichung dargestellt, nimmt die durchschnittliche IR-Schwelle mit dem Alter leicht ab, und es gibt einen deutlichen Unterschied in den IR-Schwellen zwischen Teilnehmern mit und ohne Netzhauterkrankung. Diese Studie hat bewiesen, dass IR-Schwellen zur Diagnose von Netzhauterkrankungen verwendet werden können, wobei ältere Probanden mit gesunder Netzhaut andere IR-Schwellen aufweisen als Probanden mit Netzhauterkrankungen.

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Zusätzlich zu den Studien an gesunden Probanden wurde der Nutzen der Zwei-Photonen-Mikroperimetrie klinisch bei diabetischer Retinopathie [14], altersbedingter Makuladegeneration (AMD) [17] und glaukomatöser Neuropathie [15] in Studien von Łabuz et al. untersucht. Bei diabetischer Retinopathie untersuchten und verglichen Łabuz et al. die skotopischen IR-Schwellen bei Patienten mit und ohne diabetische Retinopathie [14]. In dieser Studie wurde die IR-Schwelle an den Augen von 34 Patienten mit diabetischer Retinopathie und 28 Kontrollpersonen bestimmt. Patienten mit einer Vorgeschichte von Augenoperationen mit Ausnahme der Kataraktextraktion mit Implantation einer Intraokularlinse wurden ausgeschlossen. Von den Diabetikern hatten 10 einen Typ-1-Diabetes und 24 einen Typ-2-Diabetes mit einer durchschnittlichen Diabetesdauer von 18,6 ± 11,0 Jahren. Mit dem Zwei-Photonen-Mikroperimeter wurde in der Fovea und Parafovea nach einer 30-minütigen Dunkeladaptation mit einem integrierten 1045-nm-Laserlichtimpuls gemessen. Insgesamt wurden 7 retinale Foci 5‑mal untersucht. Dasselbe Messprotokoll wie in der Studie mit der Normalbevölkerung wurde angewendet; der Unterschied bestand jedoch darin, dass die Patienten in dieser Studie eine Reaktion abgaben, wenn der Stimulus erschien, anstatt – wie in der vorherigen Studie – wenn er verschwand. Zusätzlich zur Zwei-Photonen-Bildgebung wurden die Patienten mittels optischer Kohärenztomographie (OCT) untersucht, und die Foveadicke wurde gemessen. Die Analysen wurden immer am Auge mit der besseren Sehschärfe durchgeführt. Es wurde festgestellt, dass die mittlere IR-Empfindlichkeit der Netzhaut in der Kontrollgruppe signifikant höher war als in der Gruppe mit diabetischer Retinopathie (11,6 ± 2,0 dB gegenüber 15,5 ± 1,3 dB; p < 0,001). Betrachtet man darüber hinaus die Streuung der durchschnittlichen Empfindlichkeit in Abhängigkeit vom Alter, so war die Streuung der Messungen bei Patienten mit diabetischer Retinopathie geringer als bei denen mit gesunden Augen, wobei die Diabetiker im Durchschnitt schlechter abschnitten als die Kontrollgruppe (Abb. 3). Bei den verschiedenen Ortsfrequenzen der Messungen der Kontrastempfindlichkeit waren die Unterschiede in der Kontrastempfindlichkeit bei 6 und 18 cpd signifikant. Die zentrale Subfelddicke unterschied sich ebenfalls signifikant zwischen den beiden Populationen mit 277,1 ± 19,5 µm in der gesunden Gruppe und 299,0 ± 50,0 µm bei Patienten mit diabetischer Retinopathie. Der signifikante Unterschied in den retinalen Empfindlichkeiten zeigt, dass IR-Schwellenmessungen als Indikator für die Netzhautfunktion bei Patienten mit diabetischer Retinopathie verwendet werden können.

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Bei AMD haben Łabuz et al. die Netzhautsensitivität von 23 Patienten mit AMD und 22 Kontrollpersonen mittels Zwei-Photonen- und VIS-Licht-Mikroperimetrie (MP1, NIDEK CO., LTD, Gamagōri, Japan) gemessen [17]. In der AMD-Gruppe wurden 5 Augen als Grad 1, 7 als Grad 2 und 11 als Grad 3 eingestuft. Die retinalen Empfindlichkeiten wurden an dem Auge mit der besseren Sehschärfe nach einer 5‑minütigen Dunkeladaptation gemessen. Die psychometrischen Tests erfolgten nach einem Standard-Stufenverfahren mit einem breiten Dynamikbereich von 0–26 dB. Die Weißlichtempfindlichkeit wurde mit einem MP1-Mikroperimeter gemessen, wobei die Autoren ein individuelles Testgitter mit 44 Punkten verwendeten, das 6 Grad um die Fovea herum angeordnet war. Der Hintergrund wies eine Leuchtdichte von 1,27 cd/m² und eine Reizdauer von 200 ms auf. Die IR-Empfindlichkeit wurde mit dem Zwei-Photonen-System gemessen, das ultrakurze Impulse von 1045 nm auf die Netzhaut abgab. Die Hintergrundleuchtdichte, die Stimulusgröße und die Impulsdauer waren an die des sichtbaren Lichts angepasst. Es wurden 2 Messungen pro Netzhautstelle in zufälliger Reihenfolge durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten eine mittlere Empfindlichkeit für IR-Licht von 8,3 dB (7,3; 9,3) in der AMD-Kohorte im Vergleich zu 10,7 (9,7; 11,2) dB in der Kontrollgruppe (p < 0,001). Die Streuung der Daten war sowohl in der AMD- als auch in der Kontrollgruppe bei der Zwei-Photonen-Bildgebung im Vergleich zum sichtbaren Licht um das 2,1- bzw. 1,7-Fache geringer. Bei der Darstellung der Netzhautempfindlichkeiten der einzelnen Probanden (s. Abb. 4) wiesen die mit IR-Licht durchgeführten Messungen eine geringere Streuung auf, was die höhere Präzision im Vergleich zu den mit VIS-Licht (MP1-Mikroperimeter) durchgeführten Messungen unterstreicht. Vergleicht man die gemessenen visuellen Schwellenwerte mit der Netzhautdicke, so zeigen die Messungen sowohl mit VIS- als auch mit IR-Licht eine signifikante Korrelation mit der Netzhautdicke (0,43 bzw. 0,48), aber diese Korrelation besteht nicht bei erhöhter zentraler Subfelddicke. Die Ergebnisse zeigen, dass IR- und VIS-Licht einen vergleichbaren prädiktiven Wert für die Beurteilung der Netzhautverdünnung haben, obwohl sie sich in Fällen erhöhter Netzhautdicke als weniger hilfreich erweisen könnten. Insgesamt hat die Studie gezeigt, dass die Zwei-Photonen-Mikroperimetrie zur Bestimmung und Verlaufskontrolle der Netzhautfunktion bei Patienten mit AMD eingesetzt werden kann, da die geringere Streuung der Werte ein höheres Maß an Sicherheit bietet, dass die Messungen von Augen mit AMD von Messungen gesunder Augen mit geringerer Variabilität im Vergleich zum VIS-Licht (MP1-Mikroperimeter) unterschieden werden können.

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Die IR-Lichtempfindlichkeit wurde auch bei glaukomatöser Neuropathie von Łabuz et al. untersucht [15]. Die Netzhautsensibilität wurde bei 32 Patienten mit glaukomatöser Neuropathie und 32 Kontrollpatienten sowohl mit IR- als auch mit VIS-Licht gemessen. Die Empfindlichkeit der Netzhaut gegenüber VIS-Licht wurde mit dem MP1-Mikroperimeter gemessen, während die Empfindlichkeit der Netzhaut gegenüber IR-Licht mit einem Zwei-Photonen-Anregungsgerät gemessen wurde. Die IR-Lichtreize mit einer Wellenlänge von 1045 nm wurden an 44 Punkten jeweils 2‑mal appliziert, was zu einer Testdauer von 10–15 min führte, abhängig von der Fähigkeit und Netzhautsensitivität der Patienten. Es wurde die gleiche Einstellung wie in der AMD-Patientenstudie verwendet. Zusätzlich wurde die Dicke der retinalen Nervenfaserschicht (RNFL) mit OCT gemessen. Die Trübungswerte des Auges waren bei der gesunden Bevölkerung und den Patienten mit Glaukom vergleichbar (p = 0,19). Interessanterweise unterschied sich die Netzhautsensitivität zwischen den beiden Gruppen signifikant, wenn sie mit IR-Licht gemessen wurde (9,8 vs. 10,9 dB bei Glaukompatienten und gesunden Augen, p = 0,003), nicht aber, wenn sie mit sichtbarem Licht gemessen wurde (17,0 vs. 17,7 dB, p = 0,07). Die Empfindlichkeit der Netzhaut wurde auf ihre Korrelation mit der RNFL in den 4 Quadranten inferior, superior, nasal und temporal untersucht. Bei Verwendung des IR-Lichts war die Korrelation in den Quadranten inferior (p = 0,002), superior (p < 0,001) und temporal (p < 0,001) signifikant (Abb. 5). Bei Verwendung von VIS-Licht (MP1-Mikroperimeter) war die Korrelation jedoch nur in der inferioren (p = 0,02) und temporalen (p = 0,006) Gruppe signifikant. Darüber hinaus waren die Korrelationskoeffizienten höher, wenn die Analyse anhand der IR-Empfindlichkeit statt der VIS-Lichtempfindlichkeit durchgeführt wurde. Der Vergleich der absoluten IR- und VIS-Lichtempfindlichkeit an jedem getesteten Ort ergab, dass der Wert von der Mitte zur Peripherie des Testgitters nur minimal anstieg. Insgesamt zeigte die Studie, wie die IR-Empfindlichkeit zur Messung der Netzhautfunktion von Patienten mit glaukomatöser Neuropathie verwendet werden kann, wobei der Vorteil darin besteht, dass sie eine höhere Korrelation mit der veränderten Morphologie der Patienten aufweist, als sie im OCT zu sehen ist.

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Der Vorteil des Zwei-Photonen-Sehens gegenüber dem normalen Sehprozess mit VIS-Licht wurde in Studien an erhöhter Linsentrübung nachgewiesen. Rumniski et al. untersuchten die Auswirkung der Trübung auf die visuelle IR- und VIS-Empfindlichkeit unter Verwendung von 2 Spenderlinsen für das menschliche Auge oder eines künstlichen Diffusors im Strahlengang des Mikroperimeters [24]. Sie erfassten die visuellen Empfindlichkeitsschwellen im Zentrum der Netzhaut bei einer Testperson. Ihre Ergebnisse waren signifikant dafür, dass die Netzhautsensitivität bei Verwendung von IR- und nicht von VIS-Strahlen weniger durch die linsenförmige Trübung beeinflusst wird. Indem sie zum Beispiel einen Diffusor mit einer menschlichen Linse eines 64-jährigen Spenders vor eine 32-jährige Versuchsperson stellten, stellten sie fest, dass die Empfindlichkeit mit VIS-Licht um das 2,7-Fache im Vergleich zu IR-Licht anstieg. Nach dem Aufsetzen des künstlichen Diffusors ging die getestete Bildstruktur für das VIS-Licht verloren, während das Bild für das IR-Licht erhalten blieb. Ähnliche Ergebnisse wurden von Mehta et al. in einer Fallstudie an einem 51-jährigen Patienten berichtet, dessen visuelle Empfindlichkeit vor und nach einer Kataraktoperation gemessen wurde [20]. Bei der präoperativen Untersuchung wies der Patient bei der Spaltlampenuntersuchung am linken Auge eine dichte bruneszente und posteriore subkapsuläre Katarakt auf, ohne dass es in der Vorgeschichte eine Operation oder ein Trauma an diesem Auge gegeben hätte. Der Patient unterzog sich sowohl vor als auch nach der Operation einer Bildgebung mittels konventioneller Mikroperimetrie und Zwei-Photonen-Mikroperimetrie mit einem sichtbaren grünen Stimulus bei 522,5 nm und einem gepulsten IR-Strahl bei 1045 nm. Die Messungen erfolgten unter skotopischen Bedingungen. Es wurde nur die foveale Empfindlichkeit unter Verwendung eines zentralen Reizes bewertet. Vor und nach der Operation änderte sich die foveale Empfindlichkeit bei der konventionellen Mikroperimetrie (MP-3, Nidek, San Jose, CA, USA) um 18 dB, bei der Zwei-Photonen-Mikroperimetrie mit dem grünen sichtbaren Reiz um 17,4 dB und bei der Zwei-Photonen-Mikroperimetrie mit dem IR-Licht um 3,4 dB [20]. Die optische Abbildung des Netzhautfundus mit IR-Licht bei 2 Wellenlängen von 750 und 840 nm ergab ein Bild mit mehr sichtbaren Merkmalen im Vergleich zur Farbfotografie. Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass die Zwei-Photonen-Mikroperimetrie unter Verwendung von IR-Licht die Netzhautfunktion im Vergleich zu VIS-Licht und konventioneller Mikroperimetrie mit wesentlich geringerem Einfluss durch die Katarakt erfassen kann, was insbesondere bei der Diagnose und Überwachung des Fortschritts von Netzhauterkrankungen bei älteren Patienten von Vorteil ist. Ähnliche Ergebnisse wurden von Komar et al. in ihrer Kongresszusammenfassung berichtet, wo in einer Studie mit 32 Patienten im Alter von 53 bis 84 Jahren vor und nach einer Kataraktoperation ein mittlerer Unterschied der Empfindlichkeit von 6,6 ± 1,3 dB mit VIS-Licht bei 520 nm im Vergleich zu 2,8 ± 0,7 dB für IR-Laser bei 1028 nm Wellenlänge (p = 0,014) unter skotopischen Bedingungen festgestellt wurde [13]. Wei et al. berichteten ebenfalls über eine geringere Beeinträchtigung der Netzhautsensitivität durch IR- im Vergleich zu VIS-Licht in Mikroperimetriestudien an 6 gesunden Erwachsenen, die mit simulierten medialen Trübungen abgebildet wurden [30]. Die 6 Erwachsenen im Alter von 23 bis 29 Jahren unterzogen sich einer Zwei-Photonen-Mikroperimetrie unter Verwendung von VIS- und IR-Licht mit verschiedenen Filtern wie hellbraunen und dunkelbraunen Filtern, um eine Linsentrübung zu simulieren. Anschließend führten sie die gleichen Tests ohne Filter in Mydriasis durch. Bei der Betrachtung der linearen Regression der gemittelten Netzhautempfindlichkeiten gegenüber der spektralen Transmission der Filter für IR- und VIS-Licht stellten die Autoren fest, dass die IR-Regressionskurven nahezu flach und unabhängig von der optischen Transmission im sichtbaren Spektrum sind. Die Autoren kamen zu dem Schluss, dass die Abbildung mit IR-Licht nur geringfügig von Trübungen wie Katarakten beeinflusst wird. Wei et al. untersuchten auch die Auswirkungen des Alters auf die Sehfunktion von 42 gesunden Probanden, wobei 19 Probanden im Alter zwischen 20 und 40 Jahren und 23 Probanden im Alter zwischen 60 und 80 Jahren mit VIS- und IR-Zwei-Photonen-Mikroperimetrie untersucht wurden [30]. Sie berichteten, dass die Empfindlichkeit der Netzhaut bei den älteren Probanden geringer war mit einer Abnahme von −0,06 für das IR-Licht und −0,10 für das VIS-Licht. Auch Łabuz et al. stellten in einer Studie mit 45 gesunden Erwachsenen im Alter von 21 bis 70 Jahren fest, dass die IR-Lichtempfindlichkeit mit zunehmendem Alter nicht signifikant abnimmt – nur um −0,18 dB pro Jahrzehnt [16]. Insgesamt unterstreichen diese Studien, dass ein Zwei-Photonen-Mikroperimeter mit IR-Licht bei der Bildgebung von Patienten mit höherem Alter oder erhöhter Linsentrübung vorteilhafter ist als VIS-Licht.

Darüber hinaus hat das Zwei-Photonen-System für psychophysikalische Messungen unter Verwendung von gepulstem IR-Licht den Vorteil, dass es eine schwächere Pupillenreaktion hervorruft als die Ein-Photonen-Reize derselben Form und Helligkeit und ähnlicher Farbe, wie von Zielińska et al. festgestellt [32]. In dieser Studie verglichen die Autoren die Pupillenreflexe von Zwei-Photonen-Absorption bei 1040 nm mit denen von Ein-Photonen-Absorption bei 520 nm Wellenlängen. Die Stimuli im sichtbaren Lichtbereich bestanden aus einem mit einem Laser erzeugten und einem mit einer LED mit grünem Filter erzeugten Stimulus. Zu den untersuchten Parametern des Pupillenlichtreflexes gehörten der minimale Pupillendurchmesser, die Latenzzeit, die mittlere Konstriktionsgeschwindigkeit und die Zeit bis zur maximalen Konstriktion. Die Messungen wurden bei 14 dunkeladaptierten gesunden Probanden unter skotopischen Bedingungen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass die mittleren Pupillenreflexkurven bei IR-Licht eine schwächere Reaktion zeigten als bei VIS-Licht. Die minimalen Pupillendurchmesser waren mit einem p-Wert von weniger als 0,031 für den IR-Reiz signifikant kleiner als für den sichtbaren Reiz bei 13 von 14 Probanden. Im Durchschnitt verengte sich die Pupille nach dem IR-Reiz auf 90 % ihrer ursprünglichen Größe im Vergleich zu 70 %, wenn sie den VIS-Lichtreizen ausgesetzt war. Die mittlere Konstriktionsgeschwindigkeit und die Zeit bis zur maximalen Konstriktion waren bei den IR-Reizen geringer. Die Autoren fanden heraus, dass das Alter eine schwache positive lineare Beziehung zum minimalen Pupillendurchmesser für alle Stimuli sowohl bei den IR- als auch bei den sichtbaren Lichtmessungen aufweist mit einer Steigung von 0,35 % bei IR- und 0,45 bei VIS-Licht. Sie kamen zu dem Schluss, dass der im Zwei-Photonen-Sehprozess wahrgenommene IR-Reiz zu einer Pupillenverengung führt, die jedoch schwächer ist. Sie erörterten, dass dies höchstwahrscheinlich auf eine schwächere Photostimulation der Stäbchen durch die Zwei-Photonen-Absorption als durch die Ein-Photonen-Absorption zurückzuführen ist und dass das Streulicht, das nicht durch die Zwei-Photonen-Absorption wahrgenommen wird, zu einem Verlust der Anzahl der stimulierten Photorezeptoren und damit zu einem geringeren Pupillenlichtreflex führt.

Schließlich ist zu erwähnen, dass das quadratische Verhalten der Zwei-Photonen-Absorption die Präzision des Zwei-Photonen-Lasers erhöht, wenn es darum geht, einen Stimulus an einem gewünschten Ort der Netzhaut zu platzieren [23]. Durch die Kombination dieser Technologie mit bereits vorhandenen Verfahren wie OCT kann der IR-Laserstrahl auf eine mit OCT identifizierte Stelle gelenkt werden, um die Netzhautfunktion zu untersuchen und die Informationen über die Netzhautmorphologie und -funktion einer Netzhautläsion zu kombinieren. Die Studie von Bartuzel et al. zur Zwei-Photonen-Mikroperimetrie und OCT bei 4 Probanden mit gesunden Augen zeigte eine starke Korrelation zwischen der Spitzeneffizienz der Zwei-Photonen-Vision und der Sichtbarkeit der äußeren Segmente der Photorezeptorzellen in der OCT, was ein Potenzial für die Verwendung der Zwei-Photonen-Mikroperimetrie zur Überwachung der Schichten 2 und 3, die in der OCT sichtbar sind, aufzeigt [2]. Im Gegensatz zur Zwei-Photonen-Mikroperimetrie mit IR-Licht weist die herkömmliche Mikroperimetrie eine begrenzte Empfindlichkeit für Patienten mit Grenzbefunden auf. In einer Studie von Dimopoulos et al., in der die Ergebnisse der konventionellen Mikroperimetrie (Macular Integrity Assessment – MAIA, CenterVue, Padova, Italien) in Choroideremie-Studien untersucht wurden, war die Variabilität der Empfindlichkeit insbesondere am Rand der Degeneration mit einem Wert von 10,68 dB gegenüber 4,74 dB an der zentralen Netzhaut hoch (p < 0,001) [3]. Die erwähnte Variabilität ist höchstwahrscheinlich auf die Natur der Ein-Photonen-Absorption zurückzuführen, die die Kopplung der konventionellen Mikroperimetrie mit anderen bildgebenden Befunden aus 2 Gründen erschwert. Erstens ist die erfasste Netzhautsensitivität nicht so spezifisch für eine Netzhautstelle wie die Zwei-Photonen-Mikroperimetrie mit IR-Licht. Zweitens kann die größere Streuung der Messungen der Netzhautsensitivität an derselben Stelle der Netzhaut zu einer größeren Überlappung der Messungen bei pathologischen gegenüber nichtpathologischen Augen beitragen, was die Entscheidung über den Grad der Unregelmäßigkeit der Netzhautfunktion bei einer mit OCT identifizierten Läsion erschwert.

Die geringere Varianz der Zwei-Photonen-Mikroperimetrie kann zusätzlich dazu beitragen, die erforderliche Größe der Patientenkohorten in klinischen Studien zu verringern. Dies lässt sich anhand eines klinischen Studienbeispiels mit einer erforderlichen Power von 95 % und einem α von 0,05 verdeutlichen, wobei die Werte aus dem vorherigen Vergleich zwischen AMD-Patienten und gesunden Kontrollen herangezogen werden. In dieser Studie berichteten Łabuz et al. über eine mediane IR-Sensitivität von 8,3 dB (Interquartilsabstand: 7,2–9,3) bei AMD-Fällen und 10,7 dB (9,7–11,2) bei Kontrollen sowie eine MP1-Sensitivität von 14,0 dB (11,0–15,5) bei AMD-Fällen und 18,0 dB (16,3–18,9) bei Kontrollen [17]. Unter der Annahme einer Normalverteilung würde eine klinische Studie, die die Sensitivität bei AMD-Patienten im Vergleich zu Kontrollen misst, eine Stichprobengröße von mindestens 10 Patienten pro Gruppe bei Verwendung von IR und mindestens 14 Patienten pro Gruppe bei Verwendung von MP1 erfordern. Eine solche Reduktion der benötigten Stichprobengröße für eine klinische Studie (etwa 30 % pro Gruppe) kann vorteilhaft sein. Daher kann die geringere Variabilität der Zwei-Photonen-Mikroperimetrie zu einem effizienteren Studiendesign beitragen, indem die Anzahl der benötigten Patienten zur Erreichung ausreichender Power reduziert wird.

Obwohl die Zwei-Photonen-Mikroperimetrie, wie oben beschrieben, viele Vorteile hat, gibt es einige Bereiche, in denen dieser Ansatz verbessert werden kann, da seine Anwendung vom Labor auf die klinische Praxis ausgeweitet wurde. Erstens kann der Bau einer Zwei-Photonen-Mikroperimetrie mit hohen Betriebskosten verbunden sein. In der Studie von Marzejon et al. aus dem Jahr 2021 wurde jedoch gezeigt, dass die Zwei-Photonen-Mikroperimetrie mit einem kostengünstigen Faserlaser durchgeführt werden kann, der als Pikosekunden-Lichtquelle fungiert, was diese Kosten erheblich senken kann [19]. Bei Patienten mit nicht genau korrigierten Refraktionsfehlern kann es bei der Zwei-Photonen-Mikroperimetrie mit IR-Licht zu einer Erhöhung der Sehschwelle kommen, die im Vergleich zu einer Messung mit sichtbarem Licht stärker ausgeprägt sein kann [33]. Eine korrekte psychophysikalische Prüfung bei der Zwei-Photonen-Mikroperimetrie hängt auch davon ab, dass die Probanden den Fokus des Strahls richtig einstellen. Wenn der Fokus nicht optimal eingestellt ist, wird die Effizienz des Zwei-Photonen-Prozesses nicht maximiert, was zu einer Unterschätzung der Ergebnisse führt [33]. Die Ergebnisse der Zwei-Photonen-Mikroperimetrie hängen auch von den okulären Aberrationen ab, da Doyle et al. gezeigt haben, dass man die Leuchtkraft des Zwei-Photonen-Effekts durch Korrektur der Aberrationen des Auges erhöhen kann [5].

Es ist auch wichtig zu erwähnen, dass nicht alle zuvor eingeschlossenen Studien, wie in den jeweiligen Texten dargelegt, mit dem aktuellsten Mikroperimeter durchgeführt wurden. Daher ist die direkte Vergleichbarkeit der Zwei-Photonen-Mikroperimetrie mit Studien dieser Geräte wie der Makulaintegritätsbewertung (MAIA) und dem MP‑3 eingeschränkt. Frühere Studien zu MAIA und MP‑3 können jedoch eine Grundlage dafür bieten, wie diese aktuellen Versionen im Vergleich zu älteren Generationen von Mikroperimetern abschneiden, was uns hilft, ihre Leistung im Vergleich zur Zwei-Photonen-Mikroperimetrie in zukünftigen Studien zu beurteilen. Im Vergleich zur standardisierten automatisierten Perimetrie (SAP) bei Patienten mit Glaukom fanden Leisser et al., dass das MP‑3 in 79 % der Lokalisationen eine bessere Übereinstimmung zwischen tiefen Skotompunkten bei 2 Visiten zeigte, verglichen mit 20 % bei SAP [18]. Tian et al. fanden, dass MAIA bei 75,8 % der Augen abnormale Ergebnisse zeigte, die mit OCT-Veränderungen übereinstimmten, obwohl diese als normales Hemifeld markiert waren [28]. Zukünftige Studien, die das Zwei-Photonen-Mikroperimeter mit MAIA und MP‑3 vergleichen, können deren jeweilige Vorteile und Einschränkungen weiter klären.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Entwicklung der Mikroperimetrie unter Verwendung der Zwei-Photonen-Sicht – der gleichzeitigen Absorption von 2 Infrarotphotonen durch die Photorezeptoren – das Potenzial hat, die Prüfung der Netzhautfunktionen durch eine präzise Stimulation bestimmter Brennpunktbereiche zu verbessern. Die Zwei-Photonen-Mikroperimetrie hat vielversprechende Ergebnisse bei der Bildgebung unserer alternden Bevölkerung mit getrübten Linsen gezeigt, wobei die Ergebnisse vor und nach einer Kataraktoperation ähnlicher sind als bei der Mikroperimetrie mit sichtbarem Licht. Darüber hinaus hat sie sich bei der Beurteilung der Netzhautfunktion bei Patienten mit glaukomatöser Neuropathie, altersbedingter Makuladegeneration und diabetischer Retinopathie als nützlich erwiesen. In Anbetracht der Neuheit dieser Technologie und der sich entwickelnden klinischen Studien könnten künftige Studien zur Augenpathologie und größere Bevölkerungsdaten dazu beitragen, die Zwei-Photonen-Mikroperimetrie in den ophthalmologischen Alltag zu integrieren.