EyeTwin: Computergestützte Diagnose von Augenerkrankungen auf der Basis von biomechanischen Eigenschaften der Hornhaut

Lassen sich Augenerkrankungen berührungslos diagnostizieren?

FORSCHUNG: Augenerkrankungen schränken die Lebensqualität von Betroffenen besonders ein. Die meisten Erkrankungen zeigen einen progressiven Verlauf und haben irreversible Schädigungen von Augenstrukturen zur Folge. Werden solche Erkrankungen frühzeitig erkannt, kann ein Krankheitsfortschritt verlangsamt oder gar gestoppt werden.

Im gemeinsamen Forschungsvorhaben »EyeTwin« untersuchten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer IKTS und der medizinischen Fakultät der Technischen Universität Dresden Augenerkrankungen, die mit veränderten biomechanischen Eigenschaften der Hornhaut in Verbindung stehen. Zwei Erkrankungen lagen im Fokus des Projekts. Zum einen der Keratokonus, eine Erkrankung, bei der es zu einer irregulären Vorwölbung und Verdünnung der Hornhaut kommt. Zum anderen das Glaukom, eine multifaktorielle Erkrankung mit Verlust der Nervenfasern, die zu Gesichtsfeldausfällen führt. Beide Erkrankungen gehen mit veränderten biomechanischen Eigenschaften der Hornhaut einher, die sich mit Hilfe eines speziellen Luftimpulstonometers bestimmen lassen.

Für die Bestimmung der Hornhauteigenschaften muss eine definierte Kraft auf die Hornhaut einwirken und eine messbare Verformung hervorrufen. Hierfür sind Luftpulstonometer in Kombination mit Hochgeschwindigkeitskameras besonders geeignet. Ein aus den gewonnenen Daten modellierter virtueller Zwilling ermöglicht dann die Übersetzung des komplexen Hornhautverhaltens in Kennwerte der entsprechenden Hornhautkomponenten, die sich mit Hilfe computergestützter Methoden interpretieren lassen.

Wichtigste Ergebnisse:

• Der virtuelle Zwilling erlaubt die eineindeutige Identifikation der Materialkennwerte der Augenhornhaut (Kollagenfasersteifigkeit, Steifigkeit der Grundsubstanz etc.)
• Um Veränderungen der Mikromechanik frühzeitig erkennen zu können, müssen die zugrundeliegenden Deformationsfelder mit einer Genauigkeit von 1 µm erfasst werden.

Projektzeitraum: Dezember 2019 – März 2022

Projektpartner: Technische Universität Dresden, Medizinische Fakultät

Förderträger: Sächsische Aufbau Bank - SAB

Finanzierung: Mittel der Europäischen Union aus dem EFRE-Fonds