Anteriore hochauflösende optische Kohärenztomographie in der Diagnostik und therapeutischen Überwachung von Plattenepithelneoplasien an der Augenoberfläche

Zusammenfassung

Die hochauflösende optische Kohärenztomographie (HR-OCT) des vorderen Augenabschnitts ist eine vielversprechende nicht-invasive Modalität für die Diagnose und therapeutische Beurteilung der Plattenepithelneoplasie der Augenoberfläche (OSSN). Hier werden der Systemaufbau, die Scantechnik und repräsentative Diagnoseergebnisse vorgestellt.

Zusammenfassung

Die Plattenepithelneoplasie der Augenoberfläche (OSSN) ist der häufigste Tumor der Augenoberfläche und reicht von einer leichten Dysplasie bis hin zu einem invasiven Plattenepithelkarzinom. Traditionell beruht die Diagnose der OSSN auf einer histopathologischen Bestätigung, gefolgt von einer Biopsie in voller Dicke. In den letzten zwei Jahrzehnten hat sich der therapeutische Ansatz für OSSN jedoch von chirurgischen Eingriffen zu topischen Chemotherapien im klinischen Umfeld verlagert. Diese Verschiebung unterstreicht den Bedarf an weniger invasiven oder nicht-invasiven Methoden zur Diagnose von Erkrankungen der Augenoberfläche. Unter den verschiedenen bildgebenden Geräten hat sich die kommerziell erhältliche hochauflösende optische Kohärenztomographie (HR-OCT) als leistungsfähiges Werkzeug für die Charakterisierung von OSSN herauskristallisiert. HR-OCT bietet eine in vivo Querschnittsansicht von Läsionen der Augenoberfläche und bietet eine "optische Biopsie" für OSSN mit hoher Sensitivität und Spezifität. Es liefert wertvolle Informationen zur Unterscheidung von intraepithelialer oder invasiver OSSN von anderen gutartigen Läsionen. Darüber hinaus kann HR-OCT verwendet werden, um das Ansprechen auf eine topische Chemotherapie zu überwachen und subklinische OSSN während der Nachsorge zu erkennen. In diesem Artikel wird das Scanprotokoll für die Bildaufnahme vorgestellt und die Bildinterpretation für OSSN skizziert. Dieser standardisierte, praktische und reproduzierbare Ansatz wird in klinischen Arbeitsabläufen empfohlen und soll Ärzte bei der Behandlung von OSSN unterstützen.

Einleitung

Die Plattenepithelneoplasie der Augenoberfläche (OSSN) ist der häufigste nicht-pigmentierte Tumor der Bindehaut und der Hornhaut. Der Begriff OSSN umfasst ein breites Spektrum an plattenepithelialen neoplastischen Veränderungen, einschließlich Dysplasie (Stufe I-III), intraepitheliale Neoplasien (d. h. Carcinoma in situ, CIS) und invasive Plattenepithelkarzinome (SCC)¹. Die Diagnose einer OSSN kann klinisch durch Spaltlampenuntersuchung gestellt werden, indem das typische Erscheinungsbild einer erhöhten, leukoplakischen oder papilliformen Raumforderung festgestellt wird, die sich häufig am Limbus zwischen der Bindehaut und der Hornhaut mit Speisegefäßen zeigt². Manchmal können sie sich weniger deutlich präsentieren. Der Goldstandard für die Diagnose der OSSN ist nach wie vor die histopathologische Bestätigung, gefolgt von einer Inzisions- oder Exzisionsbiopsie ^1,3.

In jüngster Zeit hat sich das therapeutische Muster der OSSN von der chirurgischen Behandlung auf den Einsatz einer topischen Chemotherapie verlagert. Dies hat die Einführung der Biopsie auf weniger oder nicht-invasive Modalitäten stark gefördert⁴. Für die Charakterisierung von OSSN wurden verschiedene bildgebende Geräte untersucht, nämlich HR-OCT, in vivo konfokale Mikroskopie (IVCM)⁵, Impressionszytologie (IC)⁶, Ultraschallbiomikroskopie (UBM)⁷ und Methylenblaufärbung⁴. Aktuell haben mehrere Studien Einblicke in die Charakterisierung von OSSN mittels HR-OCT des vorderen Segments gegeben. Kommerziell erhältliche HR-OCT-Bauelemente mit Spektralbereichstechnologie können eine axiale Auflösung von ca. 5 μm erreichen. Diese Bilder liefern in vivo Querschnittsansichten von Läsionen der Augenoberfläche und zeigen unterschiedliche Merkmale von OSSN, die den in der Histopathologie beobachteten Veränderungen entsprechen. Daher ermöglicht HR-OCT Klinikern, eine "optische Biopsie" zu erhalten, um OSSN in Kliniken zielführend zu diagnostizieren und zu überwachen.

Um die Anwendung von HR-OCT bei der Behandlung von OSSN zu fördern, wird eine standardisierte, praktische und reproduzierbare Anleitung für die Bildaufnahme detailliert vorgestellt, um eine gute Qualität für den klinischen Einsatz zu gewährleisten. Außerdem werden die Merkmale von OSSN und anderen häufigen gutartigen Läsionen bei HR-OCT aufgeklärt, um die Bildinterpretation zu verbessern.

Protokoll

Alle im Folgenden beschriebenen Protokolle folgen den Richtlinien der Ethikkommission für die Humanforschung des ersten angeschlossenen Krankenhauses der Medizinischen Universität Harbin und halten sich an die Grundsätze der Deklaration von Helsinki. Die Zulassungsnummer lautet 2023IIT008. Von allen Studienteilnehmern wurde eine schriftliche, informierte Einwilligung eingeholt. Die Studie umfasste Teilnehmer, die sich mit Bindehautmassen vorstellten. Zu den Ausschlusskriterien für die Aufnahme in die Studie gehörten Frauen, die schwanger waren oder stillten, sowie Erkrankungen, die die Durchführung von Studienuntersuchungen verhinderten. Teilnehmer, die die Einschlusskriterien erfüllten, wurden einer vollständigen augenärztlichen Untersuchung durch einen Augenoberflächenspezialisten (CLK) unterzogen. Die AS-OCT wurde bei den Erst- und Nachuntersuchungen durchgeführt, mit einer Impressionszytologie und/oder Biopsie für die Histologie beim Erstbesuch oder zum Zeitpunkt der Operation.

1. Spaltlampenuntersuchung und bildgebendes Verfahren

1. Bitten Sie die Person, sich hinter die Spaltlampe zu setzen. Erklären Sie dem Probanden die Testverfahren.
2. Bearbeiten Sie die Informationen zum Betreff.
3. Desinfizieren Sie das Setup: Wischen Sie den Spaltlampenkopf und den Kinnhalter mit einem Alkoholtupfer ab.
4. Positionieren Sie das Subjekt zur Prüfung.
   1. Bitten Sie die Person, ihr Kinn auf den Kinnhalter zu legen. Weisen Sie die Person an, ihren Augapfel zu drehen, um die Läsion vollständig freizulegen. Beobachten Sie die Läsion unter der Spaltlampe.
   2. Notieren Sie während der klinischen Untersuchung Details der Läsion, wie z. B. Lateralität, Aussehen, quadratische Lage, Ausmaß der Beteiligung der Augenoberfläche, Abmessungen der Läsion, Vorhandensein von Keratin, Pigmentierung, intrinsische Vaskularität, Zubringergefäße, zystoide Räume und Sklerabeteiligung.
   3. Klappen Sie die Augenlider, um zu beobachten, ob die fornische oder die lidseitige Bindehaut betroffen ist.
5. Führen Sie mit der Spaltlampe Fotos des vorderen Augenabschnitts durch, um klinische Merkmale zu dokumentieren.

2. Bildgebung im HR-OCT-Gerät

HINWEIS: Im Folgenden finden Sie ein allgemeines Verfahren zur Aufnahme von OCT-Bildern des vorderen Segments, die mit dem optischen Kohärenztomographiesystem im Fourier-Bereich (siehe Materialtabelle) gescannt wurden, das eine axiale Auflösung von 5 μm, eine transversale Auflösung von 8 μm und eine Scangeschwindigkeit von 26.000 A-Scans/s aufweist. Um die Bildqualität zu gewährleisten, wird eine Spektralbereichs-OCT mit kürzeren Lichtwellenlängen empfohlen, wie z. B. HR-OCT (Tiefenauflösung von 5-7 μm) oder ultrahochauflösende OCT (Tiefenauflösung von etwa 2-3 μm), um die Merkmale von Augenläsionen besser sichtbar zu machen.

1. Bitten Sie die Person, sich hinter das Bildgebungsgerät zu setzen. Erklären Sie dem Probanden die Testverfahren.
2. Doppelklicken Sie auf das RTVue-Symbol , um das zu starten.
3. Bearbeiten Sie die Informationen zum Betreff.
   1. Klicken Sie auf die Schaltfläche Neuer Patient , um einen neuen Patienten anzulegen. Füllen Sie die Informationsfelder aus, z. B. Nachname, Vorname, Geschlecht, Geburtsdatum und ethnische Zugehörigkeit. Klicken Sie auf die Schaltfläche Speichern .
4. Desinfizieren Sie das Setup: Wischen Sie den OCT-Kopf und den Kinnhalter mit einem Alkoholtupfer ab.
5. Wählen Sie das gewünschte Scanmuster aus, indem Sie auf die Schaltfläche Hornhaut < Linie kreuzen klicken.
6. Befestigen Sie die Frontsegmentlinse am Systemscanner.
7. Wählen Sie das/die Auge(n) aus, das/die gemäß der Spaltlampenfotografie des vorderen Segments/der vorderen Segmente gescannt werden soll.
8. Positionieren Sie das Motiv für die Bildgebung.
   1. Bitten Sie die Person, ihr Kinn auf den Kinnhalter zu legen. Weisen Sie das Subjekt an, den Augapfel zu rollen, um die Läsion der Augenoberfläche vollständig freizulegen.
   2. Richten Sie die gewünschte Läsion mit der Mitte des Scans aus. Klicken Sie auf die Registerkarte Scannen .
9. Drücken Sie die Registerkarte Auto P , um die Signalstärke zu erhöhen. Passen Sie den Scannerkopf an, um das beste Okularbild zu erhalten. Nehmen Sie das Bild mit dem automatischen 8×8-mm-Segmentierungs-OCT-Scan auf.
10. Überprüfen Sie die OCT-Slices. Klicken Sie auf die Registerkarte Speichern , um den Scan zu speichern.

3. Bestimmung der Region of Interest (ROI)

1. Beobachten Sie die dynamische Schnittansicht während der Ausrichtung. Richten Sie die Kreuzlinie an der dicksten Stelle der Läsion aus und erfassen Sie den Scan.
2. Achten Sie auf die angrenzenden Teile von normalem und abnormalem Gewebe. Erfassen Sie den Rand der Läsion.

4. OCT-Bildanalyse

HINWEIS: Bewerten Sie die AS-OCT-Parameter, wie z. B. die Läsionslokalisation (Epithel, Subepithel oder Sklera), das Reflexionsvermögen und die Dicke des Epithels, die abrupte Übergangszone von normalem zu abnormalem Gewebe, die Sichtbarkeit der Trennzone zwischen epithelialer und subepithelialer Schicht, die Gleichmäßigkeit der Läsion, das Vorhandensein von zystoiden Räumen, das Vorhandensein von Rückschattierungen, die Abgrenzung der hinteren Ausdehnung des Tumors und die Sichtbarkeit der zugrunde liegenden Sklera.

1. Öffnen Sie die Systemsoftware und navigieren Sie zum Abschnitt Messwerkzeuge. Klicken Sie auf das Messwerkzeug View B-Scans <.
2. Wählen Sie in den Messwerkzeugen das Abstandswerkzeug < Messwerkzeug aus. Messen Sie die maximalen epithelialen und subepithelialen Dickenwerte der Läsion.
   1. Beginnen Sie mit der Auswahl eines Anfangspunktes an der vorderen Epithelgrenze und bewegen Sie sich dann vertikal zur sichtbaren Trennung zwischen Epithel- und Subepithelschicht. Speichern Sie die Messdaten der maximalen Fläche als Epitheldicke.
   2. Wählen Sie als Nächstes einen Ankerpunkt an der sichtbaren Trennung zwischen der epithelialen und der subepithelialen Schicht aus und fahren Sie dann vertikal zum hinteren Rand der Läsion (typischerweise der vorderen Grenze der Sklera) fort. Speichern Sie die Messdaten der maximalen Fläche als subepitheliale Dicke.
3. Klicken Sie auf Snapshot Tool < Messwerkzeug , um ein .jpg Bild des Messprotokollbildschirms zu exportieren.

5. Follow-up-Verfahren

HINWEIS: Führen Sie monatliche OCT-Untersuchungen während der topischen Chemotherapie und bei jedem Nachsorgetermin nach chirurgischer Resektion und medizinischen oder parachirurgischen Behandlungen durch.

1. Spaltlampenuntersuchung (Schritt 1 wiederholen): Beobachten und dokumentieren Sie die Veränderungen der Läsion.
2. Führen Sie die AS-OCT-Untersuchung durch.
   1. Öffnen Sie die Systemsoftware und suchen Sie den vorhandenen Patienten, indem Sie seinen Namen oder sein Geburtsdatum in das Feld "Suchen nach" eingeben. Geben Sie die relevanten Informationen des Patienten ein und klicken Sie auf die Schaltfläche Suchen .
   2. Sobald der Patient gefunden wurde, klicken Sie auf seinen Namen, um alle Besuche aufzulisten. Wählen Sie "Letzter Besuch" aus und überprüfen Sie die OCT-Bilder.
   3. Klicken Sie auf die Schaltfläche SCANNEN , um das aktuelle AS-OCT-Bild zu erhalten und die Parameter auf AS-OCT auszuwerten (Schritt 2 bis Schritt 4 wiederholen).

Ergebnisse

Abbildung 1A,B zeigt HR-OCT-Bilder von OSSN, die drei Hauptmerkmale zeigen: (1) Deutlich verdicktes hyperreflektierendes Epithel; (2) Ein abrupter Wechsel von normalem zu abnormalem Epithel, gekennzeichnet durch einen plötzlichen Anstieg der Helligkeit und Dicke des Epithels; (3) Gelegentlich ist eine Teilungsebene zwischen dem Epithel und dem darunter liegenden Gewebe sichtbar. Bei sehr dicken Läsionen kann jedoch der untere Rand der Läsion durch Abschattung etwas verdeckt sein.

Das subepitheliale Gewebe ist bei einfachen OSSN-Läsionen in der Regel von normaler Dicke. Im Gegensatz zu OSSN zeigen die HR-OCT-Befunde anderer okulärer Läsionen wie Pterygie, Pseudopterygium und Dermoid jedoch häufig ein normales bis leicht verdicktes Epithel, begleitet von einer dichten, hyperreflektiven verdickten subepithelialen Masse (Abbildung 1C-H). Das Hornhautepithel ist in der Regel dunkel und dünn, während das der Bindehaut dünn, aber leicht hyperreflektierend und manchmal auch intensiv ist, was durch aktinische Veränderungen verursacht werden kann. Diese einzigartigen Merkmale waren immer parallel zu den Veränderungen, die bei der histopathologischen Untersuchung beobachtet wurden, was HR-OCT zu einer wichtigen Modalität zur Unterscheidung von OSSN von verschiedenen Pathologien der okulären Oberfläche^{macht 8}.

HR-OCT kann auch verwendet werden, um das chemotherapeutische Ansprechen von OSSN zu überwachen. Während der topischen Chemotherapie ist nach 2 Zyklen topischer Chemotherapie eine Abnahme der Epitheldicke und der Hyperreflektivität zu beobachten, was auf den Zeitpunkt der klinischen Regression des OSSN hinweist, was den Ärzten helfen kann, die Therapiedauer zu bestimmen (Abbildung 2). Darüber hinaus kann die Wiederherstellung der normalen Anatomie auch bei Nachuntersuchungen festgestellt werden.

Abbildung 1: Beispielbildgebung verschiedener Läsionen der Augenoberfläche. (A) Spaltlampenaufnahme, die gallertartiges OSSN zeigt. Ein 58-jähriger Mann stellte sich mit einer limbalen Läsion im oberen Quadranten des linken Auges vor. (B) HR-OCT offenbarte ein gut umschriebenes, stark hyperreflektierendes Epithel mit einem Schatteneffekt. Es war ein abrupter Übergang zwischen normalem und verdicktem hyperreflektischem Epithel zu sehen, ebenso wie eine Spaltebene zwischen der Läsion und dem darunter liegenden Gewebe. Der maximale epitheliale Dickenwert der Läsion betrug über 818 μm. (C) Spaltlampenaufnahme, die Pterygie zeigt. Eine 36-jährige Frau stellte sich mit einer Bindehaut- und Hornhautläsion vor, die mit dem Pterygium übereinstimmte. (D) HR-OCT offenbarte eine verdickte subepitheliale Läsion mit einer gestreiften Reflexion, die wahrscheinlich dem Gefäßsystem und dem darüber liegenden dünnen Epithel entsprach, die durch eine Spaltebene getrennt waren. Die maximalen epithelialen und subepithelialen Dickenwerte der Läsion betrugen 62 μm bzw. 811 μm. (E) Spaltlampenfoto, das das Lipodermoid zeigt. Ein 13-jähriger Mann stellte sich mit einer fettähnlichen Läsion im Nasenquadranten des linken Auges vor. (F) HR-OCT offenbarte ein dünnes Epithel mit einem darunter liegenden, stark verdickten, uniformierten Gewebe mit Abschattung. Die maximalen epithelialen und subepithelialen Dickenwerte der Läsion betrugen 105 μm bzw. 1,88 mm. (G) Foto einer Spaltlampe, das Pseudopterygium zeigt. Eine 70-jährige Frau stellte sich mit einer erhabenen Bindehautläsion am Limbus im nasalen Teil des rechten Auges vor. (H) Die HR-OCT offenbarte ein mäßig hyperreflektives Epithel mit einer verdickten Läsion in der Substantia propria, die mit einem hyporeflektiven Clusterbereich vermischt war. Die maximalen epithelialen und subepithelialen Dickenwerte der Läsion betrugen 70 μm bzw. 737 μm. Maßstabsstäbe: 250μm. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 2: Beispielbildgebung von OSSN vor und nach topischer Chemotherapie. (A) Bei der Präsentation ein Spaltlampenfoto, das ein gallertartiges OSSN zeigt. Die Kreuzlinie ist auf das Zentrum der Läsion (B) ausgerichtet, und HR-OCT identifizierte die horizontale (C) und vertikale (D) Ausdehnung der Läsion eines hyperreflektierenden verdickten Epithels. Nach einer 2-monatigen topischen Chemotherapie (5-Fluorouracil 1%, eine Woche, 3 Wochen Pause, viermal täglich; Interferon-α2b 1MIU/ml, viermal täglich verabreicht), zeigte das Spaltlampenfoto eine vollständige Auflösung der Läsion (E). Die Kreuzlinie ist auf den ursprünglichen Punkt (F) ausgerichtet, und HR-OCT identifizierte die horizontale (G) und vertikale (H) Ausdehnung eines hyperreflektierenden Epithels in normaler Dicke. Maßstabsstäbe: 250μm. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Diskussion

Die OCT DES VORDEREN SEGMENTS (AS-OCT) ist ein vielversprechendes diagnostisches Instrument zur Vermessung der Augenoberfläche. Es erhält einen optischen Schnitt der Augenoberfläche nach dem Prinzip der Michelson-Interferometrie⁹. Die systematische Interpretation der AS-OCT beginnt mit dem äußersten Gewebe der Augenoberfläche, nämlich dem Epithel der Hornhaut, dem Limbus und dem Bindehautkomplex. Eine kürzlich durchgeführte Studie von Vempuluru et al. zeigte, dass AS-OCT sehr nützlich ist, um die epitheliale Beteiligung dort zu bestätigen, wo die meisten Tumoren an der Augenoberfläche auftreten, insbesondere OSSN¹⁰. Auch wenn viele berührungslose Technologien bei der Verwaltung von OSSN in Kliniken eingesetzt werden können, zeichnet sich HR-OCT dennoch durch mehrere Stärken aus. Es handelt sich um eine schnelle Abtastung, die für die gesamte Augenoberfläche zugänglich ist, leicht zu interpretieren ist und nur minimale Bedienerschulung erfordert. Yim et al. fanden heraus, dass bei Anfängern nach einem kurzen Lernmodul der AS-OCT-Funktionen eine günstige Lernkurve beobachtet wurde¹¹. Daher konzentrieren wir uns darauf, eine standardisierte, praktische und reproduzierbare Methode für die OSSN-Bildgebung vorzustellen, um die Anwendung von AS-OCT im klinischen Arbeitsablauf zu fördern.

Die HR-OCT kann bei der Unterscheidung von OSSN aus verschiedenen okulären Läsionen hilfreich sein. Es liefert typische Querschnittsbilder mit morphologischen Mustern, nämlich Epithelverdickung, Hyperreflektivität und abrupte Übergangszone. Die meisten nicht epithelialen Erkrankungen präsentieren sich in der Regel als normales Epithel mit verdickten subepithelialen Läsionen. Viele Studien differenzierten OSSN quantitativ, indem sie den Wert der Epitheldicke maßen. Cut-off-Werte von 120-142 μm wurden verifiziert, um eine gute Sensitivität und Spezifität bei der Unterscheidung von OSSN und Pterygie zu erhalten^12,13. AS-OCT kann auch zur Identifizierung koexistierender Augenpathologien verwendet werden². Es ist hilfreich, um die Biopsie möglicherweise zu reduzieren oder den Biopsieort für eine bessere Diagnose und Behandlung zu steuern.

Auch wenn die histopathologische Untersuchung nach wie vor der Goldstandard ist, kann die HR-OCT ein nützlicher Helfer sein, um das chemotherapeutische Ansprechen zu überwachen und einen vorzeitigen Therapieabbruch zu vermeiden. Während der topischen Chemotherapie ist auf HR-OCT-Bildern eine Progression in Richtung Epithelnormalisierung, d. h. eine verminderte Dicke und Hyperreflektivität, eine weniger ausgeprägte Übergangszone zu sehen, die als tumorauflösend definiert wird, während das Auftreten eines normalisierten Epithels als klinisch tumoraufgelöst definiert wird¹⁴. Um ein Fortschreiten und Wiederauftreten des OSSN zu verhindern, werden im Allgemeinen 1-2 zusätzliche Zyklen einer topischen Chemotherapie empfohlen, um eine vollständige Tumorauflösung zu erreichen, nachdem der HR-OCT-definierte Tumor abgeklungen ist¹⁵. Darüber hinaus kann HR-OCT zur Überwachung der subklinischen Erkrankung während der Nachsorgeuntersuchungen verwendet werden, um dem Arzt zu helfen, die Therapie so anzupassen, dass ein Wiederauftreten des Tumors verhindert^{wird 16}.

Es ist jedoch wichtig, sich der Grenzen der HR-OCT im klinischen Umfeld bewusst zu sein. HR-OCT kann Subtypen von Plattenepithelmeton-Neoplasien wie Pseudoepitheliomaotus-Hyperplasie, Papillom, CIN und SCC¹⁷ nicht zuverlässig unterscheiden. Darüber hinaus werden Abschattungseffekte in der Regel bei keratinisierten, pigmentierten Tumoren oder Läsionen mit einer Tiefe von mehr als 500 μm beobachtet, die die Sichtbarkeit der hinteren Epithelgrenze^{behindern können 10}. Darüber hinaus können einige Läsionen überlappende Merkmale aufweisen, die die Genauigkeit der Interpretation verringern¹⁸. Trotz der oben genannten Mängel ist die HR-OCT immer noch eine vielversprechende Modalität für die Diagnose von Tumoren, wenn sie epithelialer oder subepithelialer Natur sind. Diese Bildgebungsergänzung kann Ärzten helfen, OSSN in Kliniken besser zu verwalten. Darüber hinaus können diese bildgebenden Biomarker in AS-OCT im Bereich der Deep-Learning-Anwendungen weiter ausgebaut werden, um Augenärzten dabei zu helfen, ihre Diagnose-, Prognose- und Überwachungsgenauigkeit zu erhöhen sowie Arbeitsaufwand und Kosten zu senken.

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
70 % Ethanol	Optisches
	Optuvue Inc., Fremont, CA, USA	RTVue XR
RTVue Software	Optuvue Inc., Fremont, CA, USA

Kohärenztomographie-System (OCT) jeder Marke