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Elektrophysiologische Untersuchungsmethoden in der Augenheilkunde Thomas Meigen Elektrophysiologisches Labor Universit¨ ats-Augenklinik W¨ urzburg 31.01.2007

Elektrophysiologische Untersuchungsmethoden in der ... · ERG bei Retinitis pigmentosa skotopisches Blitz-ERG 0ms 100ms 500µV Blitz photopisches Flimmer-ERG photopisches Einzelblitz-ERG

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Elektrophysiologische Untersuchungsmethoden inder Augenheilkunde

Thomas Meigen

Elektrophysiologisches LaborUniversitats-Augenklinik Wurzburg

31.01.2007

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Elektrophysiologische Untersuchungsmethoden in derAugenheilkunde

Blitz- oder Muster-ERGEOG VEP

Blitzreiz

Musterreiz

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Elektrophysiologie. . .

. . . kann bei der Diagnose helfen, weil. . .

. . . elektrischen Antworten auf visuelle Reize abgeleitet werden

. . . es sich um eine Funktionsprufung handelt(gegenuber bildgebenden Verfahren)

. . . eine objektive Prufung der am Sehvorgang beteiligtenNerven ermoglicht wird(gegenuber psychophysischen Verfahren)

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Elektrophysiologie. . .

. . . wirkt oft abschreckend, weil. . .

. . . es so viele unterschiedliche Methoden gibt

. . . wir wenig in den ophthalmologischen Lehrbuchern finden

. . . bei der Messung viel beachtet werden muss

. . . viele “selbstgestrickte” Losungen existieren

. . . die Auswertung kompliziert aussieht

. . . ?

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Elektrophysiologie in der Wurzburger Augenklinik

Elektrophysiologie wird oft

Funktionelle Diagnostik der SehbahnDas Elektroretinogramm (ERG)Das Elektrookulogramm (EOG)Das Muster-ERG (PERG)Das Visuell evozierte Potenzial (VEP)Laterale InteraktionenMultifokale Ableitungen: mfERG & (mfVEP)Albinismus-VEP

Elektrophysiologie im SchwellenbereichFarb-ERG, Visus-VEP, Kontrast-VEP, Stereo-VEP

Adaptive Prozeduren in Psychophysik & Elektrophysiologie

Grundlegende Mechanismen der visuellen Wahrnehmung(z. B. Textursegmentierung, Farbensehen, Long termpotentiation)

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Uberblick

Standardmethoden

Elektroretinogramm (ERG)

– skotopisch

– photopisch

Elektrookulogramm (EOG)

Muster-Elektroretinogramm (PERG)

Visuell evoziertes Potenzial (VEP)

Betroffene Neurone

Stabchen, Bipolar

Zapfen, Bipolar

Pigmentepithel

Ganglienzellen

Optikus, Vis. Kortex

multifokal

mfERG

mfERG

mfPERG

mfVEP

Visus?

Visus-PERG

Visus-VEP

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Uberblick

Standardmethoden

Elektroretinogramm (ERG)

– skotopisch

– photopisch

Elektrookulogramm (EOG)

Muster-Elektroretinogramm (PERG)

Visuell evoziertes Potenzial (VEP)

Betroffene Neurone

Stabchen, Bipolar

Zapfen, Bipolar

Pigmentepithel

Ganglienzellen

Optikus, Vis. Kortex

multifokal

mfERG

mfERG

mfPERG

mfVEP

Visus?

Visus-PERG

Visus-VEP

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Uberblick

Standardmethoden

Elektroretinogramm (ERG)

– skotopisch

– photopisch

Elektrookulogramm (EOG)

Muster-Elektroretinogramm (PERG)

Visuell evoziertes Potenzial (VEP)

Betroffene Neurone

Stabchen, Bipolar

Zapfen, Bipolar

Pigmentepithel

Ganglienzellen

Optikus, Vis. Kortex

multifokal

mfERG

mfERG

mfPERG

mfVEP

Visus?

Visus-PERG

Visus-VEP

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Uberblick

Standardmethoden

Elektroretinogramm (ERG)

– skotopisch

– photopisch

Elektrookulogramm (EOG)

Muster-Elektroretinogramm (PERG)

Visuell evoziertes Potenzial (VEP)

Betroffene Neurone

Stabchen, Bipolar

Zapfen, Bipolar

Pigmentepithel

Ganglienzellen

Optikus, Vis. Kortex

multifokal

mfERG

mfERG

mfPERG

mfVEP

Visus?

Visus-PERG

Visus-VEP

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Uberblick

Standardmethoden

Elektroretinogramm (ERG)

– skotopisch

– photopisch

Elektrookulogramm (EOG)

Muster-Elektroretinogramm (PERG)

Visuell evoziertes Potenzial (VEP)

Betroffene Neurone

Stabchen, Bipolar

Zapfen, Bipolar

Pigmentepithel

Ganglienzellen

Optikus, Vis. Kortex

multifokal

mfERG

mfERG

mfPERG

mfVEP

Visus?

Visus-PERG

Visus-VEP

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Uberblick

Standardmethoden

Elektroretinogramm (ERG)

– skotopisch

– photopisch

Elektrookulogramm (EOG)

Muster-Elektroretinogramm (PERG)

Visuell evoziertes Potenzial (VEP)

Betroffene Neurone

Stabchen, Bipolar

Zapfen, Bipolar

Pigmentepithel

Ganglienzellen

Optikus, Vis. Kortex

multifokal

mfERG

mfERG

mfPERG

mfVEP

Visus?

Visus-PERG

Visus-VEP

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Neuronale Strukturen der Netzhaut

Schmidt, Thews: Physiologie des Menschen (1995)

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Korneale DTL-Fadenelektroden(nach Dawson, Trick & Litzkow)

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Korneale DTL-Fadenelektroden(nach Dawson, Trick & Litzkow)

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Korneale DTL-Fadenelektroden(nach Dawson, Trick & Litzkow)

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ISCEV-Standard fur ERG-Ableitungen

30

25

20

15

10

5

0

6050403020100Time [min]

1

10

100

1000

Dark adaptation Light adaptation

Scotopic ERG Photopic ERG

Standard flash

Flicker ERG

Single flash ERGBackground luminance [cd/m^2]

Flash intensity [mcd s/m^2]

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ISCEV-Standard fur ERG-Ableitungen

Unter Mydriasis, Dunkeladaptation (etwa 30min),Gesamtdauer etwa 1 Stunde

a) Skotopisches ERG

b) Maximale Mischantwort

c) Oszillatorische Potentiale

d) Photopisches ERG

e) 30Hz-Flimmerantwort

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ERG-Auswertung: Amplitude & Latenz

a-Welle, Latenz 14msAmplitude 253µV

b-Welle, Latenz 49msAmplitude 468µV

100ms0ms

500µV

Blitzstärke

3,0 cd·s/m2

Blitz

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ERG bei Retinitis pigmentosa

skotopisches Blitz-ERG

100ms0ms

500µVBlitz

photopisches Flimmer-ERG

photopisches Einzelblitz-ERG

100ms0ms

250µV

100ms

1Hz

100µV

10Hz 100Hz

500µV

Schadigung der Photorezeptoren

a- und b-Welle reduziert

skotopisches ERG meist starker/fruher betroffen

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ERG bei kongenitaler stationarer Nachtblindheit

skotopisches Blitz-ERG

100ms0ms

500µVBlitz

photopisches Flimmer-ERG

photopisches Einzelblitz-ERG

100ms0ms

250µV

100ms

1Hz

100µV

10Hz 100Hz

500µV Lidschlagartefakt

Schadigung der Bipolarzellen

b-Welle reduziert

Erhaltene a-Welle: “Negatives ERG”

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ERG bei Zapfendystrophie

skotopisches Blitz-ERG

100ms0ms

500µVBlitz

photopisches Flimmer-ERG

photopisches Einzelblitz-ERG

100ms0ms

250µV

100ms

1Hz

100µV

10Hz 100Hz

500µV

Schadigung der Zapfen

Photopisches ERG reduziert

30 Hz-Flimmerantwort reduziert

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Wann ist ein Blitz-ERG sinnvoll?

auch bei truben Medien moglich

Flachige Rezeptorschaden (z. B. Retinitis pigmentosa)

Flachige Netzhautschaden (z. B. Retinoschisis)

Toxische Netzhautschaden (z.B. Siderose)

Differenzialdiagnose: Stabchen- vs. Zapfenstorung

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Das multifokale ERG: Reizmuster

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Das multifokale ERG: Normalperson

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SM (27J), V. a. Morbus Stargardt

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SM (27J), V. a. Morbus Stargardt

Befund

Amplitude reduziert in Ring 1 und 2

Latenz verlangert in Ring 1 und 2

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GO (78J) AMD

Befund

Amplitude reduziert in Ring 1 und 2

Latenz verlangert in allen Ringen

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LW (66J), V. a. Chloroquin-Retinopathie

Befund

Amplitude reduziert in Ring 2-4

Latenz verlangert in Ring 2

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Wann ist eine mfERG-Ableitung sinnvoll?

Untersuchung von Makulopathien: Diagnose & Verlauf

Ganzfeld-ERG noch nicht uberflussig

DunkeladaptationFlimmerantwortenPeripherie

Differenzialdiagnose

Makulopathie vs. ZapfendystrophieRetinale vs. cortikale Funktionsstorungen

Ersetzt das EOG bei der Chloroquin-Retinopathie

Aber: Bisher keine Glaukomdiagnostik

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EOG-Messungen vor und nach Dunkeladaptation

1500

1000

500

0

-500

Spa

nnun

g [µ

V]

14s121086420Zeit [s]

1. Vor der Dunkeladaptation

2. Am Ende der Dunkeladaptation

3. Maximale Antwort nach Helladaptation

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Wann ist eine EOG-Ableitung sinnvoll?

Voraussetzung: gute Mitarbeit des Patienten, Visus großer 0,1

immer in Verbindung mit einer ERG-Messung

bei Verdacht auf M. Best

bei Verdacht auf M. Stargardt

bei Resochin/Chloroquin-Therapie

Arden: Alkohol lost EOG-Anstieg aus ahnlich wie Licht

Pigmentepithel-Prufung ohne Photorezeptorfunktion moglich

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Muster-ERG & Muster-VEP

500ms4003002001000

P100

P50

VEP

Muster-ERG

10µV

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Muster-ERG vs. Muster-VEP

Muster-ERG Muster-VEP

Karogroßen (18) 0.8 Grad 1 - 0.25 GradKontrast 100% 100%Amplitude 1− 5µV 5− 20µVDurchlaufe ≥ 100 ≥ 100

Dunkeladaptation nein neinMydriasis nein nein

Korrekte Refraktion ja jaAbstand 57cm 114cmElektrode DTL Goldnapf

Auswertung Amplitude (Amplitude)Latenz Latenz

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Anforderung der Untersuchungen

Muster-VEP Multiple Sklerose, Neuritis, komprimierende,vaskulare, entzundliche und degenerativeVeranderungen der Sehbahn. Dauer: etwa 30 Min.

Visus-VEP Welche Karomuster konnen noch ein signifikantesVEP auslosen? Dauer: etwa 30 Min.

(Blitz-VEP) Funktionsbestimmung der Sehbahn bei niedrigemVisus. Dauer: etwa 30 Min.

Albinismus-VEP Bestimmung des Verhaltnisses der kreuzendenund nicht kreuzenden Fasern am Chiasma

Muster-VEP & Muster-ERG Bei unklarer Visusminderung, V. a.Simulation/Aggravation. Dauer: etwa 60 Min.

Muster-ERG V. a. Glaukom bei OHT (Visus ≥ 0, 8). Dauer: etwa30 Min.

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Neuronaler Ursprung des Muster-ERGs

Maffei et al. 1968Bei Katzen und Affen geht der Abfall des Musters-ERGs nachDurchtrennung des Sehnerven parallel zurGanglienzell-Degeneration

Holder 2001N95 Komponente des Muster-ERG kommt von denGanglienzellen, die P50 Komponente ist eine Mischung ausAntworten der inneren und außeren Netzhaut

Aldebasi et al. 2004 Muster-ERG zeigt funktionelle Defizitebei OHT-Patienten an.

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Wann ist eine Muster-ERG-Ableitung sinnvoll?

Das Muster-ERG pruft die Ganglienzellen

Holder 2001

N95-Komponente: GanglienzellenP50 Komponente: Mischantwort der inneren und außerenNetzhaut

Bach 2001: Glaukom-Fruherkennung bei OHT

In Verbindung mit dem Muster-VEP

Unklare VisusminderungV. a. Simulation/Aggravation

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Bach et al. (2006) OHT & Muster-ERG

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Bach et al. (2006) OHT & Muster-ERG

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Bach et al. (2006) OHT & Muster-ERG

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Uberblick: Elektrophysiologische MethodenElektroretinogramm (ERG)Das multifokale (photopische) ERG

mfERG, EOG & PERG

EOG Prufung des RPE (M. Best). Das EOG ist abhangigvon der Funktion der Photorezeptoren undBipolarzellen. In Zukunft evtl. Licht-unabhangigesEOG als “reine”RPE-Antwort moglich.

mfERG Ortsaufgelostes photopisches Blitz-ERG, Methodeder Wahl zur Funktionsprufung der Makula

Muster-ERG P50 und N95 zeigen unterschiedliche Gewichtung vonNetzhaut- und Opticusantworten. Zur Diagnose vonMakulopathien sinnvoll, wenn kein mfERG vorhanden.

Thomas Meigen, Univ.-Augenklinik Wurzburg Elektrophysiologie-Update

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Traumatische Optikusatrophie

Karo=0.8°

Karo=0.4°

Karo=0.2°

-20

-10

0

10

µV0.350.300.250.200.150.100.050.00

s

-20

-10

0

10

µV

0.350.300.250.200.150.100.050.00

s

-20

-10

0

10

µV

0.350.300.250.200.150.100.050.00

s

R (Visus 1,25)

L (Visus 0,8)

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VEP-Auswertung: Amplitude & Latenz

Amplitude Sehr variabel wg. unterschiedlicher Abschirmung

RA vs. LA Augenvergleich bei Amplituden sinnvoll

Latenz Sehr geringe interindividuelle Streuung

Neuritis Deutliche Latenzverlangerung

AION Amplitudenreduktion

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Visus-VEP: Karogroße & Visusstufe

Karogroße Visusstufe Große bei Monitorabstand 114 cm

1◦ 0,024 2 cm

0,25◦ 0,094 0,5 cm

0,024◦ 1 0,048 cm

Auflosungsgrenze der Reizmonitore: 0,025-0,05 cm

Visuswerte >0.5 schwer mit Visus-VEP erfassbar

Ergebnis stellt eine Untergrenze dar

Geeignet fur Gutachten

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Signifikanz-Abschatzung uber das Signal-Rausch-Verhaltnis

-15

0

15

Am

plitu

de [µ

V]

0.70.60.50.40.30.20.10.0Zeit [s]

15

0A

mpl

itude

[µV

]1

2 4 6 810

2 4 6 8100

Frequenz [Hz]

15

0

Am

plitu

de [µ

V]

10 2x101 3

Frequenz [Hz]

a) Steady-state VEP-Kurve b) Fourier Analyse c) Signifikanz-Abschätzung

Amplitude 10.4µV

Signal (16.6 Hz)

SNR= 39.0p<0.00001

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HG (72), unklare Visusmindinderung, bds 0,03

-15

15

µV

0.30.0s

15

05 6 7 8 9

102 3 4Hz

-15

15

µV

0.30.0s

15

05 6 7 8 9

102 3 4Hz

-15

15

µV

0.30.0s

15

05 6 7 8 9

102 3 4Hz

-15

15

µV

0.30.0s

15

05 6 7 8 9

102 3 4Hz

-15

15

µV

0.30.0s

15

05 6 7 8 9

102 3 4Hz

-15

15

µV

0.30.0s

15

05 6 7 8 9

102 3 4Hz

RA, Visus (Subjektiv)=0,03

p<1% p<1%Karo=0.141°Visus=0.16

p<1% n. s.Karo=0.282°Visus=0.08

p<1% p<1%Karo=0.56°Visus=0.04

p<1% n. s.Karo=1.12°Visus=0.02

p<1% n. s.Karo=2.256°Visus=0.01

p<1% p<1%Karo=4.512°Visus=0.005

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Systematischer Unterschied zwischen VEP & Psychophysik

2.0

1.5

1.0

0.5

0.0

log(

Kont

rast

schw

elle

)

Vollkorrektion (VK) VK + 1,5 D VK + 3,0 D

Korrektion

567891

2

3

45678910

2

3

456789100

Kontrastschwelle

Psychophysik Adaptives VEP Nicht adaptives VEP

Mittelwert ± SEM (n=23)

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Hoffmann et al (2003), Fehlprojektion bei Albinismus

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Hoffmann et al (2003), VEP & Albinismus

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VEP & Albinismus in Wurzburg

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Multifokales VEP: “Dartboard”-Muster mit 60 Feldern

4.5°41°

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Multifokales VEP, Elektroden-Position

Inion

Position A

Position D

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Multifokales VEP, Datenanalyse

+

-

-

+

t0 t0 t0

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Gemittelte mfVEP Kurven (n=30 Versuchspersonen)

1µV

300 ms

1

2

2

3

4

5

6

1

34

56

5µV

100 ms

5µV

100 ms

mfVEP sum acrossthe fields within 6 sectors

mfVEP sum across all fields

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Uberlagerung verschiedener mfVEP-Kurven

-0.3

0.3

Am

plitu

de [µ

V]

300

0Nor

mal

isie

rte

Pow

er

0.150.100.050.00 Time [s]

-2.5

2.5

Am

plitu

de [µ

V]

60 mfVEP Kurven

mfVEP Summe

multifokale PowerFunktion (MPF)

über alle 60 Felder

Retino-kortikaleÜbertragung

Intra-kortikale Verarbeitung

MPF Latenz

Gipfellatenz

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