Análise in vivo das características biomecânicas de córneas normais e com ceratocone por meio da elastografia de coerência óptica
Data
2018-08-30
Autores
Stefano, Vinicius Silbiger de 
Orientadores
Siqueira, Wallace Chamon Alves De
Tipo
Tese de doutorado
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Resumo
Purpose: To assess depthdependent
corneal biomechanical behavior in vivo in
refractive surgery subjects using optical coherence elastography. Methods: A corneal
elastography methodology based on a Fourierdomain
optical coherence tomography
was implemented in a clinical prototype. Low amplitude corneal deformation was
produced during imaging with a linear actuatordriven
lens coupled to force
transducers. A crosscorrelation
algorithm was applied to track framebyframe
speckle
displacement across horizontal meridian scans. Intrameasurement
force and
displacement data series were plotted against each other to produce an axial stiffness
metric, k, defined by the firstorder
term of a linear fit to the data. Elastographic maps
displaying local k values across the cornea were generated, and the ratio of average
axial stiffness for adjacent anterior and posterior stromal regions, ka/kp, was calculated.
Intraclass correlation coefficients were used to estimate testretest
reliability. The
mean ka/kp values in normal and keratoconus patients were compared using the MannWhitney
U test. Results: Twentyeight
eyes were analyzed overall: 17 eyes from 10
normal patients and 11 eyes from 8 patients with keratoconus. The overall intraclass
correlation was 0.907 (p < 0.01), indicating good testretest
reliability. Graphs of force
vs. displacement demonstrated that, for simultaneously acquired measurements
involving the same applied force, anterior stromal displacements were lower (indicating
stiffer behavior) than posterior stromal displacements in normal patients, with a mean
ka/kp value of 1.123 ± 0.062. In keratoconus patients, this pattern is lost, with a mean
ka/kp value of 1.003 ± 0.086, a significant difference (p < 0.01). Conclusion: Optical
coherence elastography is a clinically feasible, noninvasive
elasticity imaging method
capable of resolving differences in depthdependent
corneal biomechanical properties.
Anterior stroma was stiffer in compression than the posterior stroma in normal patients,
whereas ka/kp values were significantly lower in keratoconus, indicating a relative loss
of native anterior stromal stiffness in the diseased corneas. This finding is consistent
with histopathological evidence of Bowmanlevel
abnormalities and regional loss of
interlacing collagen fibrils in keratoconus. The clinical capability to measure these
differences has important implications for refractive surgery screening and assessing
the relative biomechanical impact of corneal refractive surgeries.
Objetivo: Analisar o comportamento biomecânico da córnea in vivo ao longo de sua espessura em pacientes de cirurgia refrativa usando a elastografia de coerência óptica. Métodos: Uma metodologia de elastografia corneana baseada em tomografia de coerência óptica no domínio de Fourier foi implementada em um protótipo clínico. Uma deformação corneana de baixa amplitude foi produzida simultaneamente à aquisição das imagens, associado uma plataforma móvel linear no qual uma lente e sensores de força estavam acoplados. Um algoritmo de correlação cruzada foi aplicado para rastrear o deslocamento do speckle pelos meridianos horizontais. A série de dados de força e deslocamento obtidos em cada experimento foi registrada individualmente para gerar uma métrica de rigidez axial, k, definida pelo termo de primeira ordem de uma regressão linear simples dos dados obtidos. Mapas elastográficos demonstrando os valores locais de k através da espessura corneana foram obtidos, e a razão da rigidez axial média para áreas adjacentes de estroma anterior e posterior foram calculadas, gerando a variável ka/kp. O coeficiente de correlação intraclasse foi utilizado para estimar a confiabilidade testereteste das medias obtidas. Os valores médios de ka/kp obtidos em pacientes normais foi comparado ao de pacientes com ceratocone usando o teste U de MannWhitney. Resultados: Vinte e oito olhos foram avaliados ao todo: 17 olhos de 10 pacientes normais e 11 olhos de 8 pacientes com ceratocone. O coeficiente de correlação intraclasse geral foi 0,907 (p < 0,01), indicando uma boa confiabilidade testereteste. Os gráficos de força vs. deslocamento demonstraram que, para medidas obtidas simultaneamente envolvendo a mesma força aplicada, o deslocamento do estroma anterior foi menor que o posterior em pacientes normais, com um valor médio de ka/kp de 1,123 ± 0,062. Em pacientes com ceratocone, há uma perda deste padrão, com o valor médio de ka/kp de 1,003 ± 0,086, uma diferença estatisticamente significante (p < 0,01). Conclusões: A elastografia de coerência óptica é um método de imagem nãoinvasivo capaz de resolver diferenças biomecânicas por toda a espessura corneana. O estroma anterior foi mais rígido do que o posterior em pacientes normais, enquanto o ka/kp foi significativamente menor em pacientes com ceratocone, indicando uma perda relativa da rigidez natural do estroma anterior nas córneas afetadas. Esse achado é compatível com evidências histopatológicas de anormalidades ao nível da camada de Bowman e da perda regional do entrelaçamento de fibras de colágeno no ceratocone. A capacidade clínica para medir essas diferenças tem implicações importantes na avaliação préoperatória e para estimar o impacto biomecânico relativo de cirurgias refrativas corneanas.
Objetivo: Analisar o comportamento biomecânico da córnea in vivo ao longo de sua espessura em pacientes de cirurgia refrativa usando a elastografia de coerência óptica. Métodos: Uma metodologia de elastografia corneana baseada em tomografia de coerência óptica no domínio de Fourier foi implementada em um protótipo clínico. Uma deformação corneana de baixa amplitude foi produzida simultaneamente à aquisição das imagens, associado uma plataforma móvel linear no qual uma lente e sensores de força estavam acoplados. Um algoritmo de correlação cruzada foi aplicado para rastrear o deslocamento do speckle pelos meridianos horizontais. A série de dados de força e deslocamento obtidos em cada experimento foi registrada individualmente para gerar uma métrica de rigidez axial, k, definida pelo termo de primeira ordem de uma regressão linear simples dos dados obtidos. Mapas elastográficos demonstrando os valores locais de k através da espessura corneana foram obtidos, e a razão da rigidez axial média para áreas adjacentes de estroma anterior e posterior foram calculadas, gerando a variável ka/kp. O coeficiente de correlação intraclasse foi utilizado para estimar a confiabilidade testereteste das medias obtidas. Os valores médios de ka/kp obtidos em pacientes normais foi comparado ao de pacientes com ceratocone usando o teste U de MannWhitney. Resultados: Vinte e oito olhos foram avaliados ao todo: 17 olhos de 10 pacientes normais e 11 olhos de 8 pacientes com ceratocone. O coeficiente de correlação intraclasse geral foi 0,907 (p < 0,01), indicando uma boa confiabilidade testereteste. Os gráficos de força vs. deslocamento demonstraram que, para medidas obtidas simultaneamente envolvendo a mesma força aplicada, o deslocamento do estroma anterior foi menor que o posterior em pacientes normais, com um valor médio de ka/kp de 1,123 ± 0,062. Em pacientes com ceratocone, há uma perda deste padrão, com o valor médio de ka/kp de 1,003 ± 0,086, uma diferença estatisticamente significante (p < 0,01). Conclusões: A elastografia de coerência óptica é um método de imagem nãoinvasivo capaz de resolver diferenças biomecânicas por toda a espessura corneana. O estroma anterior foi mais rígido do que o posterior em pacientes normais, enquanto o ka/kp foi significativamente menor em pacientes com ceratocone, indicando uma perda relativa da rigidez natural do estroma anterior nas córneas afetadas. Esse achado é compatível com evidências histopatológicas de anormalidades ao nível da camada de Bowman e da perda regional do entrelaçamento de fibras de colágeno no ceratocone. A capacidade clínica para medir essas diferenças tem implicações importantes na avaliação préoperatória e para estimar o impacto biomecânico relativo de cirurgias refrativas corneanas.