Advanced

Computerised Three-Dimensional Analysis of Optic Nerve Head Topography in Normal and Glaucomatous Eyes

Gundersen, Kjell Gunnar LU (1999)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Bakgrunnen for den foreliggende avhandling er et ønske om å utnytte moderne tredimensjonell bildeanalyse for å forbedre undersøkelse og tolkning av synsnervehodets (papillens) form og størrelse (topografi). Synsnervehodet representerer den delen av synsnerven som trer inn i bakre del av øyet gjennom senehinnen (sklera). Den normale synsnerve har ca 1.2 millioner nervetråder, og disse passerer synsnervehodet før de fordeler seg i øyets netthinne. Den delen av synsnervehodet som representeres av de passererende nervetråder kalles ofte brem, og i de fleste tilfelle finnes en fordypning som kalles cup eller ekskavasjon i sentrum av synsnervehodet. Både brem og cup viser en svært vid variasjon i form,... (More)
Popular Abstract in Swedish

Bakgrunnen for den foreliggende avhandling er et ønske om å utnytte moderne tredimensjonell bildeanalyse for å forbedre undersøkelse og tolkning av synsnervehodets (papillens) form og størrelse (topografi). Synsnervehodet representerer den delen av synsnerven som trer inn i bakre del av øyet gjennom senehinnen (sklera). Den normale synsnerve har ca 1.2 millioner nervetråder, og disse passerer synsnervehodet før de fordeler seg i øyets netthinne. Den delen av synsnervehodet som representeres av de passererende nervetråder kalles ofte brem, og i de fleste tilfelle finnes en fordypning som kalles cup eller ekskavasjon i sentrum av synsnervehodet. Både brem og cup viser en svært vid variasjon i form, størrelse og dybde. Hos pasienter med grønn stær (glaukom) skades synsnervetråder. Denne skade kan avleses som endringer i synsnervehodets form. Sammen med synsfeltundersøkelse (perimetri), er undersøkelse av synsnervehodet den viktigste metoden for å gjenkjenne de typiske forandringer som kan oppstå i forløpet av grønn stær. Introduksjonen av oftalmoskopet i 1851 la grunnlaget for systematiske studier av synsnervehodet hos levende individ. Tidlige rapporter benyttet kun enkle skisser for å illustrere sine funn, men i takt med den tekniske utvikling ble nye fotografiske metoder introdusert for bedret dokumentasjon av aktuelle observasjoner. Ved hjelp av ulike korreksjonsformler kunne man beregne synsnervehodets mål i absolutte tall og dermed studere og sammenligne ulike grupper, samt følge individuelle synsnervehoder over tid. De siste tretti år har det blitt lansert en rekke instrument som er bygget for å studere synsnervehodets tredimensjonale form. De første instrumentene var svært kostbare, undersøkelsene tidkrevende, og dette reduserte deres kliniske betydning. Senere teknikker har blitt kraftig forbedret, og tredimensjonell analyse av synsnervens form og størrelse er nå tilgjengelig ved de fleste institusjoner som er aktive innen grønn stær forskning. Ved hjelp av rastertomografi og laserskannertomografi, to ulike metoder for moderne tredimensjonell billedanalyse, har vi utført omfattende studier av synsnervehodets form og størrelse hos normale individ og hos pasienter med grønn stær. Bedret kunnskap om synsnervens normalvariasjon er en grunnleggende forutsetning for å kunne skille ekte sydomsprogress fra naturlig endring. Vi har derfor studert ulike parametre i et stort og representativt normalmateriale (450 øyne) for å påvise eventuell endring av synsnervehodets topografi som følge av økende alder, øket øyetrykk eller ved ulike brytningsfeil. Hverken alder eller kjønn påvirket synsnervehodets form eller størrelse i normalmaterialet, mens ulike brytningsfeil og øket øyetrykk kun ga mindre endringer. Dette er viktige observasjoner som blant annet har praktisk betydning når pasienter skal følges over lengre tid. Synsnervens vitalitet avhenger blant annet av antallet fungerende nervetråder. Dette antallet kan ikke beregnes direkte, og man har derfor brukt synsnervehodets bremareal som et indirekte mål på synsnervens funksjon. I vårt normalmateriale har vi studert relasjonen mellom dette bremareal og synsnervens størrelse, form og dybde. Vi fant en nærmest lineær sammenheng mellom bremareal og synsnervens form og størrelse, der ca 80% av bremarealets variasjon kunne forklares ved hjelp av disse parametre. Således øker bremarealet med stigende synsnervestørrelse og/eller grunnere cupform og minsker ved redusert synsnervestørrelse od/eller økende cupdybde. Kombinasjonen smal brem og dyp cup er ikke uvanlige hos normale. Dette viser at en smal synsnervebrem ikke nødvendigvis indikerer begynnende grønn stær i motsetning til hva vi tidligere har trodd. Disse observasjoner representer ny kunnskap som er viktig for å skille pasienter med tidlig, men manifest grønn stær fra normale individ. Synsnervens vide normalvariasjon vanskeliggjør en korrekt separasjon mellom normalpersoner og pasienter med grønn stær. For å omgå dette problem, i tillegg til å studere synsnervens form i ulike områder, delte vi synsnerven inn i mindre sektorer. Sektorer fra ulike regioner av synsnervehodet viste en stor variasjon mellom normale individ og hos pasienter med manifest grønn stær. Lokaliserte forandringer i bremmens form ga betydelig bedre separasjon mellom normale øyne og øyne med glaukom sammenlignet med analyser som omfattet hele synsnervehodet. Små sektorer lokalisert ved synsnervehodets øvre og nedre pol ga de beste resultat. Om analysen kun ble begrenset til disse områdene, oppnådde vi en oppsiktsvekkende god diagnostisk treffsikkerhet. I denne sammenheng er det svært viktig at de enkelte sektorer bevarer sin lokalisasjon. Hvis dette prinsipp fravikes, risikerer man en kraftig redusert diagnostisk presisjon. Dette kan observeres i vårt siste arbeide, der vi studerte en sektoranalyse hvor lokalisasjonen ikke bevares (kumulative defektkurver). Den diagnostiske treffsikkerhet falt kraftig ved bruk av denne analysestrategi. De to metoder vi har valgt å studere i denne avhandling benytter helt ulike teknikker for å avbilde synsnervehodets tredimensjonale form. Til tross for dette gav begge instrument nesten sammenfallende resultat, både for absolutte verdier og i sin evne til å separare normaløyne fra øyne med manifest grønn stær. Dette indikerer at funn og prinsipper observert med en metode kan overføres, hvilket gir resultatene større allmenngyldighet og tyngde. (Less)
Abstract
Evaluation of the optic nerve head topography is one of the most important methods to diagnose and monitor patients with glaucoma. Until recently, optic nerve head topography has most often been judged by either ophthalmoscopy or from optic disc photographs. These methods are subjective and examiners do not have access to absolute measurements of the optic disc size and cup depth. The result of such analysis has been shown to vary substantially even among expert observers. Using two different instruments for three-dimensional imaging, scanning laser tomography and raster tomography, we have studied the optic nerve head topography in a large and representative group of normal subjects (450 eyes) and in a large groups of patients with... (More)
Evaluation of the optic nerve head topography is one of the most important methods to diagnose and monitor patients with glaucoma. Until recently, optic nerve head topography has most often been judged by either ophthalmoscopy or from optic disc photographs. These methods are subjective and examiners do not have access to absolute measurements of the optic disc size and cup depth. The result of such analysis has been shown to vary substantially even among expert observers. Using two different instruments for three-dimensional imaging, scanning laser tomography and raster tomography, we have studied the optic nerve head topography in a large and representative group of normal subjects (450 eyes) and in a large groups of patients with manifest glaucoma (296 eyes). Measurements of the optic nerve head topography varied widely among normal eyes, but were not influenced by age or gender. Multiple regression analysis demonstrated that up to 80% of this variability of neuroretinal rim area measurements could be explained by variations in disc size, cup depth and cup shape. The distribution of global optic disc parameters like the neuroretinal rim area or cup area showed a large overlap between normal and glaucomatous eyes, which seriously hampered the discrimination between the two groups. Single sector analysis varied widely between different regions of the optic disc. Only measurements of sectors located close to the vertical meridian of the disc (superior and inferior pole) yielded acceptable discrimination between normal and glaucomatous eyes, achieving combinations of specificity and sensitivity of over 91%. If sectors located in the temporal region of the disc were included in the analysis, the discrimination deteriorated significantly. The best single sector located close to the inferior pole of the disc achieved better separation between normal and glaucomatous eyes than any global parameter. Although scanning laser and raster tomography apply completely different imaging principles, both instruments gave very similar results. This implies that results of analysis with one method may have more general validity. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
opponent
  • Prof Jost, Jonas, Augenklinik sed Friedrich-Alexander Universität, Erlangen-Nürnberg, D-8520 Erlangen
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
ranked segment distribution, minimal rim width, sector analysis, neuroretinal rim, global parameters, localised changes, computerised analysis, raster tomography, Optic nerve head topography, scanning laser tomography, Ophtalmology, Oftalmologi
pages
106 pages
publisher
Department of Ophthalmology, Lund University
defense location
Lilla Aulan, Medicinskt Forskningscentrum, Malmö University Hospital, UMAS.
defense date
1999-10-30 09:15
external identifiers
  • other:ISRN: LUMEDW/MEVM-1007-SE
language
English
LU publication?
yes
id
5ee8b42d-5671-4b3c-8f42-882810aebc83 (old id 39926)
date added to LUP
2007-06-20 16:41:03
date last changed
2016-09-19 08:45:01
@phdthesis{5ee8b42d-5671-4b3c-8f42-882810aebc83,
  abstract     = {Evaluation of the optic nerve head topography is one of the most important methods to diagnose and monitor patients with glaucoma. Until recently, optic nerve head topography has most often been judged by either ophthalmoscopy or from optic disc photographs. These methods are subjective and examiners do not have access to absolute measurements of the optic disc size and cup depth. The result of such analysis has been shown to vary substantially even among expert observers. Using two different instruments for three-dimensional imaging, scanning laser tomography and raster tomography, we have studied the optic nerve head topography in a large and representative group of normal subjects (450 eyes) and in a large groups of patients with manifest glaucoma (296 eyes). Measurements of the optic nerve head topography varied widely among normal eyes, but were not influenced by age or gender. Multiple regression analysis demonstrated that up to 80% of this variability of neuroretinal rim area measurements could be explained by variations in disc size, cup depth and cup shape. The distribution of global optic disc parameters like the neuroretinal rim area or cup area showed a large overlap between normal and glaucomatous eyes, which seriously hampered the discrimination between the two groups. Single sector analysis varied widely between different regions of the optic disc. Only measurements of sectors located close to the vertical meridian of the disc (superior and inferior pole) yielded acceptable discrimination between normal and glaucomatous eyes, achieving combinations of specificity and sensitivity of over 91%. If sectors located in the temporal region of the disc were included in the analysis, the discrimination deteriorated significantly. The best single sector located close to the inferior pole of the disc achieved better separation between normal and glaucomatous eyes than any global parameter. Although scanning laser and raster tomography apply completely different imaging principles, both instruments gave very similar results. This implies that results of analysis with one method may have more general validity.},
  author       = {Gundersen, Kjell Gunnar},
  keyword      = {ranked segment distribution,minimal rim width,sector analysis,neuroretinal rim,global parameters,localised changes,computerised analysis,raster tomography,Optic nerve head topography,scanning laser tomography,Ophtalmology,Oftalmologi},
  language     = {eng},
  pages        = {106},
  publisher    = {Department of Ophthalmology, Lund University},
  school       = {Lund University},
  title        = {Computerised Three-Dimensional Analysis of Optic Nerve Head Topography in Normal and Glaucomatous Eyes},
  year         = {1999},
}