corvis st: biomecÁnica corneal
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GRADO EN ÓPTICA Y OPTOMETRÍA
TRABAJO DE FINAL DE GRADO
CORVIS ST: BIOMECÁNICA CORNEAL
ADRIANA FERNÁNDEZ RODRÍGUEZ
DIRECTOR: JOAN PEREZ CORRAL
DEPARTAMENTO DE ÓPTICA Y OPTOMETRÍA
Facultat d’Òptica i Optometria de Terrassa © Universitat Politècnica de Catalunya, año 2020. Todos los derechos reservados
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GRADO EN ÓPTICA Y OPTOMETRÍA
CORVIS ST: BIOMECÁNICA CORNEAL
RESUMEN
La biomecánica corneal hace referencia al equilibrio y la deformación que mantiene
la córnea al ser sometida a una fuerza externa. Mediante el análisis del
comportamiento corneal se establecen bases que permiten la predicción, detección
y control de córneas tanto sanas como patológicas.
El Corvis ST es un nuevo dispositivo experimental introducido por Oculus (Wetzlar,
Alemania) que permite la evaluación in vivo de los parámetros corneales
relacionados con el comportamiento biomecánico de la córnea como son por
ejemplo la amplitud de deformación, longitudes de aplanación, velocidades de
aplanación, curvatura máxima de la córnea cuando está en el punto máximo de
concavidad y grosor corneal. El Corvis ST ofrece además el cálculo de la presión
intraocular y paquimetría corneal, demostrando una gran fiabilidad a la hora de
realizar las medidas.
Gracias a la realización de varios estudios, se ha generado una base de datos que
permite establecer valores límite de sospecha, pudiendo así utilizar este instrumento
en un sector clínico para la detección de valores impropios en la población.
Asimismo, sirve para establecer modelos biomecánicos para estudiar el efecto de
la cirugía refractiva o para el análisis del efecto de la ortoqueratología nocturna en
las estructuras relacionadas con la respuesta biomecánica.
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GRADO EN ÓPTICA Y OPTOMETRÍA
CORVIS ST: BIOMECÀNICA CORNEAL
RESUM
La biomecànica corneal fa referència a l'equilibri i la deformació que manté la còrnia
en ser sotmesa a una força externa. Mitjançant l'anàlisi del comportament corneal
s'estableixen bases que permeten la predicció, detecció i control de còrnies tant
sanas com patològiques.
El Corvis ST és un nou dispositiu experimental introduït per Oculus (Wetzlar,
Alemanya) que permet l'avaluació in vivo dels paràmetres corneals relacionats amb
el comportament biomecànic de la còrnia com són per exemple l'amplitud de
deformació, longituds d’aplanació, velocitats d’aplanació, curvatura màxima de la
còrnia quan està en el punt màxim de concavitat i gruix corneal. El Corvis ST ofereix
a més el càlcul de la pressió intraocular i paquimetría corneal, demostrant una gran
fiabilitat a l'hora de realitzar les mesures.
Gràcies a la realització de diversos estudis, s'ha generat una base de dades que
permet establir valors límit de sospita, podent així utilitzar aquest instrument en un
sector clínic per a la detecció de valors impropis en la població. Així mateix, serveix
per establir models biomecànics per a estudiar l'efecte de la cirurgia refractiva o per
l'anàlisi de l'efecte de la ortoqueratología nocturna en les estructures relacionades
amb la resposta biomecànica.
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GRADO EN ÓPTICA Y OPTOMETRÍA
CORVIS ST: CORNEAL BIOMECHANICS
ABSTRACT
Corneal biomechanics refers to the balance and deformation that the cornea
maintains when it’s subjected to an external force. Bases are established through the
analysis of corneal behavior that allow the prediction, detection and control of both
healthy and pathological corneas.
The Corvis ST is a new experimental device introduced by Oculus (Wetzlar,
Germany) that allows the in vivo evaluation of the corneal parameters related to the
biomechanical behavior of the cornea such as, for example, the deformation
amplitude, applanation lengths, applanation velocities, maximum curvature of the
cornea when it is at the maximum point of concavity and corneal thickness. The
Corvis ST also offers the calculation of intraocular pressure and corneal pachymetry,
demonstrating great reliability when performing measurements.
Thanks to the performance of several studies, a database has been generated that
allows establishing suspicion limit values, thus being able to use this instrument in a
clinical sector to detect inappropriate values in the population. It also serves to
establish biomechanical models to study the effect of refractive surgery or to analyze
the effect of overnight orthokeratology on structures related to the biomechanical
response.
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ABREVIATURAS DEL TEXTO: AL1: Longitud primera aplanación
AL2: Longitud segunda aplanación
ARTh: Grosor relacional de Ambrosio al perfil horizontal
AT1: Tiempo de primera aplanación
AT2: Tiempo segunda aplanación
AUC: Área debajo de la curva
AV1: Velocidad primera aplanación
AV2: Velocidad segunda aplanación
CBI: Índice biomecánico del Corvis ST
CCT: Grosor central corneal
CV: Coeficiente de variación
D: Dioptrías
DArc Length: longitud delta arc
DA radio max: Radio máximo de amplitud de deformación
DCR: Respuesta corneal dinámica
HC: Histéresis corneal
HCDA: Amplitud de deformación en la máxima concavidad
HCPD: Distancia máxima entre picos en la máxima concavidad
HCR: Radio de máxima concavidad
HCT: Tiempo de máxima concavidad
ICC: Coeficiente de correlación intraclase
INR: Radio integrado ORA: Ocular Response Analyzer
P1: Primera fase
P2: Segunda fase
PIO: Presión intraocular
PIOc: Presión intraocular compensada biomecánicamente
ROC: Curvas de características operativas del receptor
SP A1: Parámetro de rigidez en la primera aplanación
1/R: Radio cóncavo inverso
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ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN A LA BIOMECÁNICA CORNEAL……………………………..7
2. INSTRUMENTOS PARA MEDIR LA BIOMECÁNICA CORNEAL…………….14
2.1. OCULAR RESPONSE ANALYZER (ORA)................................................14
2.2. TONÓMETRO CORVIS ST…………………………………………………....15
2.2.1. Tecnología de funcionamiento……………………………………….18
2.2.2. Parámetros……………………………………………………………....21
3. APLICACIONES CLÍNICAS………………………………………………………..30
3.1. Patologías……………………………………………………………………….30
3.1.1. Queratocono…………………………………………………………….30
3.1.2. Glaucoma………………………………………………………………...33
3.2. Tratamientos refractivos……………………………………………………..34
3.2.1. Cirugía refractiva……………………………………………………….34
3.2.2. Ortoqueratología………………………………………………………..35
4. CONCLUSIONES……………..………………………………..…………………...36
5. WEBGRAFÍA / BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………...37
7
1. INTRODUCCIÓN A LA BIOMECÁNICA CORNEAL
La biomecánica corneal comenzó a estudiarse a finales de 1970, cuando
Kobayashi publicó un estudio donde se evaluaba la respuesta viscoelástica de la
córnea. Pero, ¿qué se entiende por biomecánica corneal?
La biomecánica corneal hace referencia al estudio del equilibrio y grado de
deformación que sufre la córnea al ser sometida a una fuerza externa. Se trata de
una ciencia multidisciplinar, que combina varias disciplinas como son la biología, la
mecánica y la arquitectura1. Esta ciencia presenta un doble objetivo: por un lado,
analizar el comportamiento mecánico del tejido corneal y, por otro lado, realizar
modelos físico-matemáticos que permitan establecer respuestas a diversas
condiciones relacionadas con el tejido corneal.1
Para entender esta ciencia, es necesario conocer cuáles son las propiedades del
tejido corneal que están sujetas a la biomecánica y, por otra parte, conocer en qué
consiste dicha disciplina.
La córnea es un tejido transparente, avascular, viscoelástico y resistente a la
deformación, que constituye junto con la esclerótica la capa fibrosa externa del
globo ocular.
Anatómicamente la córnea presenta una forma elíptica, donde el diámetro
horizontal es mayor al vertical, de 11,7 y 10,6 mm de media respectivamente, y
presenta una profundidad sagital de 2,6 mm de media. La córnea presenta dos
radios de curvatura medios, por un lado, el radio de curvatura anterior de
aproximadamente 7,8 mm que tiene un poder dióptrico de 43,27 D, mientras que el
radio de curvatura posterior es de 6,5 mm con un poder dióptrico de -6,15 D. Según
el estudio de T. Freegard2 donde se explican las bases físicas que aportan a la
córnea su transparencia, hace referencia a los valores medios de la córnea,
afirmando la asimetría de la córnea, ya que la cara anterior presenta cierto grado de
8
aplanación hacia la periferia de la misma, provocando así que la córnea sea más
gruesa en la periferia (0,69 mm) que en la zona central (0,50 mm).2
Una vez definida la córnea en términos técnicos, es necesario saber la relación
que presenta con la biomecánica. Uno de los indicadores utilizados en la
biomecánica es el Módulo de Young, también conocido como módulo de elasticidad.
Es un indicador intrínseco de la rigidez y elasticidad de un material, en nuestro caso,
el material considerado sería el tejido corneal.3,4 Un material elástico presenta un
comportamiento lineal, lo que quiere decir que es capaz de recuperar su forma
original en el momento que cesa la fuerza externa aplicada sobre él. Esta fuerza se
aplica en la misma dirección en la que se está produciendo el desplazamiento del
material.
De esta manera, el módulo de elasticidad viene determinado por la relación que
se establece entre el incremento de la fuerza aplicada y el desplazamiento que se
produce en el material (Figura 1).3
Figura 1. Comportamiento lineal de un material elástico durante su deformación. El material
recupera su forma original siguiendo la misma pendiente.3
9
Como podemos observar en la gráfica (Figura 1), el comportamiento de un
material elástico es lineal. Sin embargo, la córnea no se comporta como un material
100% elástico, pero tampoco como un material viscoso que no recupera su forma
original tras la aplicación de una fuerza, sino que presenta propiedades
viscoelásticas, esto quiere decir que el tejido corneal recupera igualmente su forma
original tras el cese de la fuerza externa, pero lo hace de manera más lenta al
presentar componentes viscosos (Figura 2).
Figura 2. Comportamiento no lineal de un material viscoelástico. El área entre ambas curvas
representa la energía disipada por el material para poder recuperar su forma original.3
Si comparamos ambas gráficas (Figura 1 y Figura 2) podemos apreciar la
diferencia entre ambos comportamientos, destacando que en la Figura 2 la variación
entre ambas curvas es producida por la liberación de energía por parte del tejido
corneal para poder recuperar su forma original.3
Los valores que adopta el módulo de Young dependen del material considerado.
Por un lado, un módulo de elasticidad bajo de un cierto material indica que se
requiere de poco esfuerzo para su deformación. Por otro lado, los materiales rígidos
que presentan gran resistencia durante la deformación tienen un valor elevado del
Módulo de Young. Entonces, ¿qué sucede con el tejido corneal? como se ha
10
comentado anteriormente, se trata de un material viscoelástico, su módulo de Young
varía según la dirección y región en la que se aplique el esfuerzo externo. Presenta
valores de módulo alto para las regiones centrales y paracentrales de la córnea y la
zona circunferencial al limbo a consecuencia de la orientación lamelar de las fibras
de colágeno del estroma que son las encargadas de modular la respuesta
biomecánica.3,5
En la figura 2 podemos apreciar el comportamiento no lineal del tejido corneal
tras la realización de un estudio ex vivo.3,5 Actualmente no disponemos de estudios
in vivo que nos permitan establecer unos valores de normalidad del Módulo de
Young, solamente disponemos de modelos matemáticos que establecen relación
entre ciertos parámetros como la presión intraocular (PIO) y la rigidez de la
córnea.3,5
La necesidad de mejorar el conocimiento de la respuesta corneal ha generado la
inquietud de crear nuevas medidas, y poder conocer así de manera más exacta las
propiedades corneales. Dichas propiedades tienen una gran importancia clínica
relacionadas con la presión intraocular, la cirugía refractiva y diversas patologías,
siendo claves a la hora de realizar el diagnóstico exhaustivo y completo, tanto para
la selección de pacientes como para el seguimiento de tratamientos o patologías.
La biomecánica corneal ha evolucionado de la mano de los avances tecnológicos
de la medida de la córnea in vivo, permitiéndo el análisis del tejido sobre organismos
vivos.
En relación al globo ocular, hay diferentes factores que juegan una importante
influencia sobre la biomecánica. Se pueden clasificar en factores que mantienen
una relación directa con la estructura corneal, factores oculares y factores externos
a dicha estructura (Tabla 1).
11
Tabla 1. Clasificación de los factores que influyen en la biomecánica corneal adaptado de Del Buey.3
Los factores relacionados directamente con el tejido corneal son:
1. El grosor corneal y la disposición de las fibras de colágeno que forman la
córnea. La córnea está formada en un 90% por el estroma, además de otras
cuatro capas (epitelio, membrana de Bowman, membrana de Descemet y
endotelio). La composición del estroma aporta un gran papel en las
propiedades biomecánicas, esto es debido a que está formado
fundamentalmente por lamelas de colágeno encargadas de proporcionar a la
córnea fuerza y flexibilidad.2,6 La disposición y empaquetamiento paralelo de
las lamelas de colágeno de limbo a limbo le otorga a la córnea su
transparencia. Pero, la distribución de la red lamelar varía según la región
corneal, entrecruzándose de manera más densa en la región cercana a la
superficie corneal. También varía la disposición de las láminas próximas al
limbo, por lo que los diferentes ángulos de cruzamiento atribuyen al tejido
corneal una especial resistencia, considerando así al colágeno como el
componente encargado de mantener la estructura y plasticidad tisular6, ya
12
que tiene un papel importante en la absorción de agua de la córnea gracias
a su carácter hidrofílico.2,6
2. Otro de los factores cruciales es la hidratación del tejido corneal, que
normalmente tiene un valor aproximado al 78% del peso total del estroma.
Supone una de las principales características de la córnea dado que, si se
aumenta este contenido acuoso se produce una edematización corneal y por
consecuencia se perderá la transparencia tisular, pudiendo llegar a
situaciones irreversibles donde se produce una cicatrización estromal.
Además, la pérdida de la transparencia corneal supone una afectación
directa a la calidad visual debido a la ruptura del estado de equilibrio que dota
a la córnea de sus propiedades ópticas.6
Los factores oculares son (Figura 3):
1. La presión intraocular se considera uno de los factores más importantes.
Corresponde a la fuerza que ejerce el humor acuoso sobre las estructuras
internas del globo ocular. Su control y estabilidad son de especial relevancia
a la hora de evitar lesiones en el nervio óptico. Un incremento de la presión
intraocular genera una variación en las tensiones soportadas por la
estructura corneal, de manera que se puede llegar a generar un moldeado
de la estructura corneal modificándose así la biomecánica de la misma.3 A
su vez, la presión intraocular depende del grosor corneal, la edad de la
persona y la respuesta biomecánica corneal, como se explicará en los
siguientes apartados.3
2. La tensión palpebral a la vez que la tensión ejercida por los músculos
oculares también son consideradas factores influyentes en la biomecánica
corneal.3
13
Por último, factores externos al globo ocular (Figura 3):
1. El factor externo que más repercute en la estructura corneal es la presión
atmosférica que se ejerce sobre la capa más externa del ojo y que podría
influir en su estado de equilibrio.3 A su vez, también son considerados
factores que pueden modificar el comportamiento y estructura del tejido
corneal enfermedades generales o específicas, sin olvidarnos de
traumatismos o cirugías que puedan alterar la fisiología corneal.3
Figura 3. Esquema de las tensiones extracorneales y externos al globo ocular
influyentes en la biomecánica corneal.3
14
2. INSTRUMENTOS PARA MEDIR LA BIOMECÁNICA CORNEAL. 2.1 OCULAR RESPONSE ANALYZER (ORA)
El ORA, desarrollado por Reichert (Buffalo NY, EE.UU.) fue uno de los primeros
instrumentos diseñados para medir in vivo diversas propiedades biomecánicas
corneales como la histéresis corneal y el factor de resistencia corneal.7 La histéresis
corneal hace referencia a la capacidad de absorción y disipación de la energía por
parte del tejido corneal, mientras que el factor de resistencia corneal representa la
resistencia estática de la córnea al ser deformada. Entre otros objetivos, estos dos
parámetros son utilizados para obtener un valor de presión intraocular lo menos
influenciado por las propiedades corneales, como pueden ser el grosor corneal o
los radios de curvatura.
Su método de funcionamiento consiste en un proceso dinámico de aplanación
bidireccional. Este proceso se consigue al utilizar un pulso de aire sobre la córnea
para aplicar una presión y generar así una deformación en el tejido corneal que será
monitorizado por un sistema óptico electrónico. Como podemos observar en el
gráfico (Figura 4), este proceso consta de dos fases de aplanación: una primera
fase (P1) donde la córnea recibe el impulso de aire y pasa de su forma natural
convexa a una forma cóncava, y una segunda fase (P2) donde al reducirse la
presión ejercida sobre la córnea, esta pasa de la forma cóncava a su forma original.7
Figura 4. Representación gráfica del proceso dinámico de aplanación bidireccional.8
15
A partir de la interpretación de esta gráfica se obteniene, según la Ley de Imbert-
Fick, dos valores diferentes de PIO correspondientes a cada pico del proceso de
aplanación, los valores de histéresis corneal correspondientes a cada punto de
intersección de ambas curvas y el factor de resistencia corneal.
Este instrumento sirve de especial utilidad en el sector clínico, ya que a pesar de
haberse diseñado en un principio para el análisis de las propiedades biomecánicas
en el sector de la cirugía refractiva8,9, existen numerosos estudios que demuestran
su utilidad para la detección de córneas patológicas, como por ejemplo casos de
queratocono, ectasias, glaucoma, etc. Esto es gracias a la base de datos que se
genera de los estudios en nuestra población, permitiendo así establecer unos
valores de normalidad que nos permita identificar parámetros anómalos.
Por todas estas características descritas, el ORA se convierte en uno de los
instrumentos clínicos más capacitados en la actualidad para medir con exactitud la
presión intraocular.
2.2 TONÓMETRO CORVIS ST
Las propiedades biomecánicas fueron evaluadas inicialmente con el Ocular
Response Analyzer y posteriormente descritas por primera vez en 2005 por Luce10
pero este dispositivo sólo permitía una evaluación corneal indirecta. El nuevo
dispositivo experimental Corvis ST (OCULUS Optikgeräte Inc.,Wetzlar, Germany),
permite contrastar verídicamente lo que sucede durante la deformación corneal.
16
Figura 5. Dispositivo Corvis ST (OCULUS Optikgeräte Inc,Wetzlar,Germany).11
Este nuevo tonómetro de no-contacto (Figura 5) se basa en la incorporación de
una cámara con tecnología Scheimpflug de ultra-alta velocidad capaz de
monitorizar, durante 30 ms y mediante un LED azul de 455 nm12, una superficie
horizontal de 8,5 mm, obteniendo más de 4.300 fotogramas por segundo,
adquiriendo un total de 140 fotogramas12,13,14,15 en los cuales se obtiene información
de aproximadamente 576 puntos de la superficie corneal; cada imagen presenta
una resolución de 640x480 píxeles.15 Con este instrumento se facilita la comparación
de parámetros entre ambos ojos de un paciente, ya que cada una de las córneas
experimenta la misma carga durante el mismo periodo de tiempo.
El Corvis ST presenta numerosas aplicaciones gracias al dominio que ejerce
sobre todos los aspectos relacionados con la biomecánica.16 Al deshacer el vínculo
existente entre biomecánica, grosor corneal y presión intraocular, el intrumento es
capaz de obtener información aislada de cada parámetro, permitiendo así conocer
información más precisa sobre la presión intraocular, identificar factores de riesgo
en patologías como glaucoma y su posterior tratamiento, detección de pacientes
con ectasia, medición del efecto crosslinking corneal sin tener la necesidad de
esperar a ver alteraciones paquimétricas o elevaciones de cara posterior y por
supuesto para mejorar la predicción de los resultados refractivos.16
17
Actualmente es un instrumento que se encuentra en fase de experimentación,
por lo que el número de artículos que evalúan su aplicación clínica es limitado,
pudiendo encontrar actualmente un total de 277 artículos en sistemas de búsqueda
como PubMED. Jiaxu Hong et al.15 compararon la actuación del nuevo tonómetro
Corvis ST con dos tonómetros tradicionales, el tradicional tonómetro de no contacto
y el tonómetro de Goldmann, utilizados en la medición de la presión intraocular en
pacientes sanos y pacientes con glaucoma. Comprobaron que en los valores
obtenidos de PIO no había variaciones significativas entre los tres instrumentos.
Además, mostraron que el nuevo tonómetro, Corvis ST, presenta la menor
variabilidad interobservador e intraobservador.15
La reproducibilidad de las medidas hace referencia a la variación en las
mediciones repetidas realizadas sobre el mismo sujeto bajo condiciones idénticas
mientras que la repetibilidad de las medidas indican las variaciones en las
mediciones realizadas en el mismo sujeto modificando las condiciones.
Ambas características fueron contrastadas en el estudio de Bernardo T. Lopes
et al.10, donde utilizaron tres dispositivos Corvis ST para medir de manera aleatoria
los 32 ojos sanos de los voluntarios. En este estudio se realizaron medidas de PIO,
PIO compensada y de la respuesta corneal dinámica (DCR). Se obtuvieron valores
de reproducibilidad y repetibilidad de la PIO muy buenas con tan sólo una variación
de 1 mmHg, obteniendo un coeficiente de variación (CV) del 6,6% para la
repetibilidad y del 7,6% para la reproducibilidad, confirmó así la precisión del
instrumento a la hora de realizar las medidas. Además, estos valores son similares
a los obtenidos en estudios previos, como por ejemplo el estudio de Nemeth et al. donde obtuvieron un valor de CV de 6,9% para la repetibilidad de la PIO.10
En el estudio realizado por Michele Lanza12 se recogen diferentes estudios
donde se investigó la repetibilidad y reproducibilidad de los parámetros medidos con
el Corvis ST. Incluye también la confrontación de la fiabilidad del Corvis ST con otros
instrumentos (Tabla 2):
18
Tabla 2. Demostración de la fiabilidad y exactitud los parámetros medidos con Corvis ST. Comparación con
otros instrumentos.12
2.2.1 TECNOLOGÍA DE FUNCIONAMIENTO
Al comenzar la prueba, se le pide al paciente que apoye la barbilla en la
mentonera que presenta el dispositivo, y a su vez que acerque lo máximo posible
su frente al dispositivo hasta tocarlo. De esta manera, el instrumento podrá mediante
su cámara central enfocar y alinear la zona del ápex corneal (Figura 5) sobre la cual
aplicará el pulso de aire y de donde se obtendrán los parámetros necesarios.
19
Antes de realizar las medidas, sería conveniente avisar al paciente de que el
instrumento realizará un soplido de aire sobre la córnea.
Figura 5. Cámara central del Corvis ST, donde enfocamos el ápex corneal para hacer la medida.11
Al paciente se le pedirá que fije su atención en un LED central de color rojo,
mientras que la persona que realiza el examen, con la ayuda de la cámara central,
tendrá que enfocar el ápex corneal. El enfoque se realiza mediante el ajuste de las
flechas rojas (Figura 5) en el círculo rojo central, es decir, para que se dispare el
pulso de aire de manera automática, es necesario que la cámara se alinee con la
primera imagen de Purkinje.12 Si este alineamiento no fuese posible, el instrumento
también consta de la opción manual. Este instrumento incorpora una cámara con
tecnología Scheimpflug, la cual se activa y comienza a grabar inmediatamente antes
de que el pulso de aire se aplique en la córnea, de manera que se monitoriza la
actividad corneal para su futura evaluación.11,12
20
En el momento que el soplo de aire alcanza la superficie corneal, esta comienza
a desplazarse hacia el interior (Figura 6,Figura 7)14 cambiando su curvatura hasta
alcanzar una forma cóncava. En la figura 6 se puede apreciar que la córnea de color
azul está en su forma original pre-deformación, en el momento que recibe el pulso
se desplaza hacia el interior una zona central de 0,5 mm de diámetro alrededor del
ápex corneal12,14 hasta alcanzar el punto de concavidad máxima, descrito en la
figura como la córnea en color rojo. En el momento que el soplo cesa, la córnea
recupera su forma original.
Figura 6. Esquema de la deformación que sufre la córnea al aplicarse el pulso de aire.14
Como ya se ha comentado anteriormente, este nuevo dispositivo incorpora una
tecnología de alta velocidad capaz de monitorizar la respuesta corneal, mediante la
obtención de 4.330 fotogramas por segundo. En la figura 7 se puede apreciar el
movimiento que realiza la córnea durante el pulso de aire (Figura 7). Gracias a esta
monitorización de los diferentes fotogramas, se podrán calcular los parámetros que
servirán para valorar el estado corneal.11
21
Figura 7. Secuencia de fotogramas.11
2.2.1 PARÁMETROS
Los principales parámetros estudiados por el Corvis ST para evaluar el
comportamiento biomecánico de la córnea son los que están relacionados con la
amplitud, longitud y velocidad de la deformación corneal, la presión intraocular y los
diferentes estados que presenta la córnea durante la aplanación. A continuación, se
explicarán cada uno de los parámetros que ofrece este nuevo dispositivo.11,12,14
● Amplitud de deformación (mm): se representa mediante una gráfica donde
se muestra el progreso de la deformación corneal en el ápex durante los 30
ms que dura la prueba. Dentro de los parámetros relacionados con la
amplitud de deformación del tejido corneal están:
○ Amplitud de deformación en el punto máximo de concavidad (HCDA):
amplitud máxima de deformación desde que empieza el pulso de aire
hasta que se alcanza la máxima concavidad del ápex corneal
siguiendo una dirección anteroposterior (Figura 8), teniendo en
cuenta que cuando se está realizando la medición, el globo ocular
22
realiza un leve pero significativo movimiento lineal en la misma
dirección cuando la córnea alcanza su desplazamiento máximo. Una
vez alcanzado el grado máximo de concavidad, este movimiento se
vuelve más pronunciado y de naturaleza no lineal debido a que el
pulso de aire todavía no cesó. Por lo tanto, se considera que la
amplitud de deformación es la suma total de la amplitud real de
deflexión de la córnea y el movimiento completo que realiza el ojo.
Figura 8. Hoja de resultados. En el extremo superior izquierdo está la gráfica donde se muestra el progreso de
la deformación corneal, es este caso el cursor del tiempo está parado en el momento correspondiente a la
máxima concavidad que alcanza el tejido corneal.11
○ Distancia máxima (HCPD): distancia máxima entre los dos puntos
horizontales donde empieza la máxima amplitud de deformación
(Figura 9).
23
Figura 9. Representación de la distancia máxima.11
○ Tiempo de máxima concavidad (HCT): tiempo en el que se alcanza el
punto de máxima concavidad. En la figura 8 aparece un recuadro
donde lo contabiliza.
○ Radio de la máxima concavidad (HCR): radio de la córnea central en
el grado máximo de concavidad.
○ Radio cóncavo inverso (1/R): se calcula trazando el radio inverso que
forma la córnea a lo largo del tiempo que dura el pulso de aire y
encontrando la suma integrada de ambos momentos de aplanación.
○ Longitud delta arc (dArc length): describe el cambio en la longitud del
arco en el momento de máxima concavidad desde el estado inicial,
definido en una zona de 7 mm desde el ápex corneal.
● Longitud de aplanación (mm): en esta gráfica se analiza el área aplanada
durante el pulso de aire. Normalmente se suelen apreciar en esta gráfica dos
picos máximos de aplanación, correspondientes con las dos aplanaciones
que sufre la córnea. En la figura 10 esta gráfica corresponde a la del medio.
○ Longitud de la primera aplanación (AL1): longitud del tramo corneal
aplanado por primera vez. Se da como dato la distancia que hay entre
la posición original y la que alcanza el tejido al someterse al pulso de
aire.
○ Tiempo de la primera aplanación (AT1): tiempo en milisegundos que
pasa desde que se inicia la grabación hasta que el pulso de aire causa
la deformación corneal.
24
○ Longitud de la segunda aplanación (AL2): longitud de la córnea
cuando se aplana por segunda vez.
○ Tiempo de la segunda aplanación (AT2): tiempo en milisegundos que
pasa desde el momento de máxima concavidad de la córnea hasta
que recupera su curvatura original.
● Velocidad de deformación corneal (m/seg): se representa con una gráfica y
muestra cómo varía la velocidad de la deformación corneal, desde la primera
aplanación hasta la segunda. Cuando el tejido corneal alcanza su máxima
concavidad la velocidad se hace nula. Una vez que el pulso de aire cesa la
córnea recupera su forma original con velocidad negativa, pasando así por
un nuevo valor de velocidad máxima durante la segunda aplanación. En el
momento que la córnea recupera su forma original la velocidad del
movimiento que alcanza el tejido vuelve a hacerse nula, teniendo en cuenta
que la velocidad de deformación no tiene por qué ser igual a la de
recuperación, esto es debido a la capacidad de absorción y disipación de
energía que presenta la córnea. Corresponde a la última de las gráficas
representadas en la figura 10.
○ Velocidad de la primera aplanación (AV1): velocidad que alcanza la
primera aplanación. Se representa en metros/segundos.
○ Velocidad de la segunda aplanación (AV2): velocidad negativa que
alcanza la segunda aplanación. Se representa en metros/segundos.
Figura 10. Gráficas de resultados de amplitud de deformación, longitud de aplanación y velocidad de
deformación de la deformación del tejido corneal en un paciente aparentemente sano.11
25
● Presión intraocular (PIO): el valor de la PIO se ajusta a partir de la primera
aplanación corneal y de la paquimetría (valor en micras) del ápex corneal que
proporciona la imagen de Scheimpflug. Se obtiene un valor en mmHg como
se puede observar en la figura 8.
Además de los principales parámetros mencionados, este nuevo dispositivo
experimental también incluye un informe Screening de Vinciguerra14 el cual permite
comparar los valores obtenidos con una base de datos donde se registraron los
valores de normalidad de exámenes anteriormente importados, incorporando a su
vez un índice que permite separar valores de normalidad con valores de córneas
patológicas como en el caso del queratocono. Este informe incluye los parámetros
de (Figura 11):14
● Radio máximo de amplitud de deformación (2 mm): (DA radio max) radio
entre la amplitud de deformación en el ápex corneal y el promedio de
amplitud de deformación medido a 2 mm del centro corneal.
● Grosor relacional de Ambrosio al perfil horizontal: (ARTh) describe el perfil
de grosor en la dirección temporal-nasal y se define como grosor corneal más
delgado a progresión paquimétrica.
● Radio integrado: (INR) área debajo del radio cóncavo inverso versus la curva
tiempo.
● Parámetro de rigidez en A1: (SP A1) define la rigidez corneal en función de
la presión resultante (Pr) dividida por la amplitud de deformación en A1.
● Índice biomecánico del Corvis: (CBI) índice biomecánico general para la
detección de queratocono.
26
Figura 11. Informe Vinciguerra. Análisis de cuatro parámetros del comportamiento biomecánico corneal y
vídeo del proceso de deformación del tejido corneal.14
La figura 11 muestra un ejemplo de cómo sería el informe Screening de
Vinciguerra, donde se nos presenta en la parte superior información gráfica de
cuatro parámetros de respuesta biomecánica seleccionados por el examinador,
además de un vídeo en la parte inferior izquierda de la deformación de la córnea
junto con los valores de desviación estándar y del índice biomecánico de Corvis.14
En cada una de las cuatro gráficas compara los valores obtenidos con los valores
de normalidad en función de la presión intraocular corregida, obteniendo así una
gráfica que muestra los valores de desviación estándar por encima y por debajo de
los datos obtenidos (Figura 12):
27
Figura 12. Gráfica de la derecha muestra el parámetro biomecánico de amplitud de deformación con el rango
de valores de normalidad para la presión intraocular corregida (bIOP) para el paciente examinado. La gráfica
de la izquierda muestra el valor obtenido en comparación al rango de valores de normalidad de bIOP.14
Para cada una de las gráficas se presenta información sobre la desviación
estándar comprendida en un rango de ±2 SD. El valor entre el que está comprendido
se representa debajo de cada trazado, sirviendo de indicador para pacientes con
queratocono los cuales superan el valor de +2 SD.14 También nos ofrece los valores
de presión intraocular biomecánicamente compensada (bIOP) junto con el grosor
corneal del paciente (CCT) (Figura 13):
Figura 13. Informe con los valores de los parámetros de radio máximo de amplitud de deformación, radio
integrado, grosor relacional de Ambrosio, parámetro de rigidez durante A1 e índice biomecánico del Corvis.14
28
Diferentes estudios analizan la repetibilidad y precisión de los parámetros
obtenidos por este instrumento. En el estudio realizado con la nueva versión del
software por Ying Wu et al.17 examinaron un total de 783 pacientes chinos sanos
de entre 13-89 años de edad durante un período comprendido entre Julio de 2013
y Agosto de 2015. El análisis de la repetibilidad se basó en la realización de tres
medidas de 90 ojos seleccionados aleatoriamente de entre los 783 pacientes que
participaron, estas medidas fueron realizadas durante el mismo día y manteniendo
un margen de tiempo de tres minutos entre cada toma. En la tabla 3 aparecen
representados los valores de precisión, repetibilidad, coeficiente de variación y
coeficiente de correlación intraclase. Este último define la similitud relativa que
comparten las mismas unidades de observación de un proceso de medición18. Se
definió de la siguiente manera: valores {ICC<0,75} son considerados parámetros
con poca-moderada repetibilidad, {ICC=0,75-0,90} presenta una buena repetibilidad
y {ICC>0,90} son parámetros con excelente repetibilidad en medidas clínicas.17
Tabla 3. Repetibilidad de los parámetros recalculados con tecnología Scheimpflug para las tres mediciones.17
La tabla 3 muestra que los parámetros que presentan una repetibilidad excelente
son los que proporcionan los valores del grosor corneal central, la amplitud de
deformación corneal y el tiempo de la primera y segunda aplanación, ya que
presentan valores bajos de coeficiente de variación y a la vez un valor de
{ICC>0,90}. Por otro lado, también presentan buena repetibilidad la presión
29
intraocular y la distancia máxima entre los picos horizontales de la máxima
concavidad. El resto de parámetros tienen un {ICC<0,75} y se consideran
parámetros con baja repetibilidad.17
El estudio de Valbon et al.13 demuestra que los únicos parámetros que no
comparten una correlación con el grosor corneal central son el tiempo de la segunda
aplanación, el tiempo de máxima concavidad y el radio de curvatura, sin embargo,
la presión intraocular si presenta una correlación con el grosor corneal mencionado.
En la misma línea de resultados están los estudios como el de Reznicek et al.19 y
Hom and Lam20 entre otros, que corroboran esta relación entre PIO y grosor
corneal.
En general, se puede concluir que la mayoría de los parámetros están
correlacionados con el grosor corneal y a su vez son independientes del sexo de
paciente, como se ha podido comprobar en estudios como el de B. Valbon et al.13
y Ying Wu et al.17. Sin embargo, la correlación que hay entre la edad y la respuesta
biomecánica es todavía objeto de investigación, en el estudio de Ying Wu et al.17
afirman la falta de correlación entre la edad y los parámetros biomecánicos medidos
por Corvis ST, pero a su vez también mencionan otros estudios que demuestran
que la edad afecta a la estructura corneal, concretamente se produce un aumento
en el diámetro de las fibras de colágeno provocando un aumento de la rigidez del
tejido17. Esta relación también se corrobora en otros estudios como el de Sharifipour
et al.21 o B. Valbon22.
Algunos autores12,23,24 han evaluado la relación entre los parámetros de
deformación corneal procedentes del ORA con algunos del Corvis ST, todos están
de acuerdo que ambos trabajan de distinta manera dando resultados difíciles de
comparar. La principal diferencia se encuentra en el pulso de aire utilizado, Corvis
ST utiliza un pulso de aire fijo mientras que ORA no.12 Otra de las principales
características que diferencia a estos dos dispositivos son los parámetros que
ofrecen, la histéresis corneal y el factor de resistencia corneal proporcionados por
30
ORA frente al amplio abanico de parámetros descritos en este apartado que
proporciona el Corvis ST.
3. APLICACIONES CLÍNICAS
El estudio de la biomecánica corneal abarca gran relevancia en el sector clínico.
Desde la importancia que supone el comportamiento corneal para la detección y
control de patologías oculares como queratoconos, glaucoma, ectasias corneales,
distrofias corneales, etc, hasta la notoria relevancia que presenta con el entorno de
la cirugía refractiva.25
3.1 PATOLOGÍAS
El estudio y análisis de diferentes ojos sanos y patológicos mediante el
instrumento ORA ha permitido realizar una base de datos donde se registran los
diferentes valores límite de sospecha. Sirven, como orientación clínica a la hora de
evaluar a los pacientes. Las principales patologías que pueden presentar
alteraciones de la respuesta biomecánica corneal son el queratocono y el glaucoma.
3.1.1 QUERATOCONO
El queratocono es una afección en la cual la córnea asume una forma cónica
como resultado del adelgazamiento no inflamatorio del estroma corneal. El
adelgazamiento corneal induce astigmatismo irregular, miopía y protrusión, lo que
lleva a un deterioro de leve a marcado en la calidad de la visión. Es un trastorno
progresivo que afecta en última instancia a ambos ojos, aunque solo un ojo puede
verse afectado inicialmente.26 Se origina en la pubertad y avanza de manera
progresiva hasta los 30-40 años de edad.
31
Dependiendo del estadio en el que se encuentre, sus signos serán detectables
mediante un examen con la lámpara de hendidura. Los estadios moderado-
avanzado presentaran signos como estrías en el estroma, anillo de Fleischer,
visualización de nervios corneales, protrusión cónica, etc.
En los diferentes estudios en los que se evalúan los parámetros relacionados con
las propiedades biomecánicas de la córnea, se ha corroborado la relación que
mantiene la PIO con el grosor corneal y dichas propiedades. Una córnea alterada
con queratocono presentará alterada la estructura corneal y por consecuencia
tendrá alterada la PIO.27
El estado inicial del queratocono se manifiesta con la reducción de las
propiedades biomecánicas consecuente del adelgazamiento que se produce en el
tejido, por ello Vinciguerra et al.27 tuvieron como objetivo realizar un examen in vivo
de la biomecánica corneal para mejorar el diagnóstico temprano del queratocono.
Realizaron dos amplios estudios con el fin de conseguir una base de datos lo
suficientemente extensa para poder desarrollar una fórmula eficaz en la detección
del queratocono.27 El modelo de diagnóstico creado presentó una gran sensibilidad
y especificidad, clasificando correctamente al 98% de los pacientes examinados y
obteniendo un valor de AUC (área de debajo de la curva) del 0,990 valor que
proviene del análisis de las curvas de características operativas del receptor (ROC).
Estas curvas se obtienen del trazado de dos curvas, una para la sensibilidad y otra
para la especifidad, donde el valor del grado de discriminación viene descrito por el
área de debajo de la curva (AUC).27 Un valor del 100% indica la perfecta
discriminación que realiza el instrumento entre ambos grupos de pacientes, en este
caso, pacientes con córneas sanas y pacientes con córneas con queratocono. A
partir de la aplicación de dichas curvas se obtiene el siguiente gráfico (Figura 14):
32
Figura 14. Funcionamiento del receptor (ROC) en función de los datos del estudio, donde se obtiene un valor
por debajo del área de 0.983.27
En este estudio de Vinciguerra et al.27 se estableció un rango de valores que iba
desde el 0, considerado valor normal, hasta el 1, considerado valor anómalo, a su
vez establecieron un valor de corte de 0,5, donde el índice biomecánico del Corvis
es capaz de clasificar correctamente los pacientes con ectasia en el tejido corneal.
En otro estudio, también realizado por Vinciguerra et al.14, se estudió la capacidad
de este parámetro para detectar casos de queratocono. También concluyeron con
que el valor de corte 0,5 proporciona unos valores de 98,2% de fiabilidad en cuanto
a la correcta clasificación del paciente14, convirtiéndose en el primer índice que se
conoce capaz de realizar dicha separación basándose en la biomecánica corneal.
A partir del desarrollo del nuevo parámetro CBI del Corvis ST para la detección
del queratocono, Oculus introdujo un nuevo índice tomográfico y biomecánico que
surge de la combinación de la tecnología del Corvis ST con la tomografía realizada
por el Pentacam HD. En el estudio R. Ambrósio Jr. et al.14 menciona elevada
sensibilidad (92,55%) y especificidad (98,74%) que presenta este nuevo índice para
la detección de queratoconos con forma frustre. Presenta menor sensibilidad que el
CBI, pero la combinación de ambos indicadores permite una mejor clasificación y
33
un diagnóstico temprano de la patología, considerándose factores clave en el sector
clínico.28
Por último, destacar los tratamientos disponibles para esta enfermedad. Por un
lado, está la colocación de anillos intracorneales encargados de recentrar la zona
de protrusión, con el fin de reducir las aberraciones ópticas producidas por el
queratocono y por otro, la técnica de crosslinking para endurecer la estructura
corneal, por eso es de gran importancia conocer el comportamiento biomecánico
para asegurarnos de seleccionar el mejor tratamiento posible, a la vez que para
realizar un control de la enfermedad.
3.1.2 GLAUCOMA
El glaucoma es una enfermedad clasificada en el grupo de neuropatías ópticas
caracterizada por la degeneración progresiva de las células ganglionares de la
retina. Estas neuronas del sistema nervioso central tienen sus cuerpos celulares
dispuestos en la retina interna y los axones forman el nervio óptico. Esta
degeneración otorga al disco óptico un aspecto característico a la vez que genera
una pérdida visual.29 Uno de los factores relevantes de esta enfermedad es el
aumento de la PIO, por lo que es de gran relevancia realizar controles tensionales.
Además, supone una de las complicaciones postoperatorias más frecuentes de la
queratoplastia, creándose así un nuevo frente de investigación entre el glaucoma y
la afectación a las propiedades biomecánica.
El ORA fue el primer dispositivo capaz de evaluar las propiedades biomecánicas
y obtener un valor de PIO menos influenciado por las mismas. La evaluación de los
parámetros proporcionados por el ORA contribuye a realizar el diagnóstico de esta
enfermedad, teniendo en cuenta que la PIO no es el único factor de riesgo
determinante de la enfermedad. Existen casos donde los pacientes presentan
valores bajos de PIO con alteraciones en la cabeza del nervio óptico, y al revés,
pacientes con cifras elevadas de PIO pero sin el manifiesto de daño en el nervio
34
óptico, por ello es importante tener una valor de la PIO lo más preciso posible, para
poder junto con otros factores determinantes diagnosticar de manera efectiva la
enfermedad. En el estudio recopilatorio de Del Buey Sayas30 se llegó a la
conclusión de que la histéresis corneal se ve significativamente reducida solo en
pacientes diagnosticados de glaucoma o con daños glaucomatosos evidentes. El
factor de resistencia corneal presenta valores elevados para los pacientes
sospechosos de glaucoma, habiendo diferencias estadísticamente significativas
entre el grupo de control y el grupo de diagnosticados.
3.2 TRATAMIENTOS REFRACTIVOS
La corrección de los errores refractivos ha estado en constante evolución desde
la aparición de las primeras técnicas quirúrgicas hasta la introducción de
tratamientos que permiten reducir la graduación de manera reversible.
3.2.1 CIRUGÍA REFRACTIVA
La cirugía refractiva tiene como objetivo corregir de manera irreversible el defecto
refractivo de los pacientes, teniendo como consecuencia una modificación de las
propiedades biomecánicas corneales.31 Las técnicas ablativas son las más
frecuentes, suponen así una modificación de la estructura corneal.31 Así pues, la
biomecánica corneal es un factor de gran importancia a la hora de realizar los
cálculos de ablación, según del tipo de ablación y localización, las propiedades
biomecánicas se verán alteradas en mayor o menor medida, dando lugar a una
disminución de la histéresis corneal y del factor de resistencia corneal25,31 a la vez
que un debilitamiento de la córnea.
Es de gran importancia conocer el comportamiento biomecánico para realizar un
control preoperatorio y descartar así córneas biomecánicamente alteradas que
supongan futuras complicaciones si son sometidas a una cirugía refractiva, además
35
de ser necesario para realizar controles postoperatorios que nos permitan evaluar
cómo se han modificado los parámetros y poder realizar un seguimiento de cada
paciente.
3.2.2 ORTOQUERATOLOGÍA
La ortoqueratología nocturna es un tratamiento utilizado para reducir el defecto
refractivo de manera reversible. El uso de una lente de contacto rígida durante la
noche provoca la aplanación de la zona central y como consecuencia se espera que
la lente de contacto provoque una modificación del radio de curvatura y grosor
corneal.32 Diversos estudios comprueban que tras la primera noche de su uso ya se
producen cambios en las propiedades biomecánicas. Mao et al.32 comprobó los
cambios que se produjeron en la histéresis corneal y factor de resistencia corneal,
los cuales se redujeron en la primera noche, pero al cabo de los tres meses se
revirtieron. Lo mismo pasó con los valores de PIO que se estabilizaron con el tiempo.
Como conclusión establecieron que los cambios producidos en la biomecánica
corneal no están directamente relacionados con los cambios que se producen en
los parámetros del segmento anterior de la córnea después de la ortoqueratología,
afirmando que las propiedades biomecánicas están relacionadas con el grosor del
estroma y la capa de Bowman, no con el grosor del epitelio corneal o la curvatura
de la misma.32
Todavía son necesarios futuros estudios donde se investigue con mayor
profundidad la relación que mantiene las propiedades biomecánicas de la córnea
con la aplicación de este tratamiento corrector.
36
4. CONCLUSIONES
La conclusión general que se pude extraer de este nuevo dispositivo es que, a
pesar de ser un instrumento experimental del que todavía faltan estudios, se
considera una herramienta de trabajo con gran potencial que ofrece un amplio
abanico de parámetros, los cuales nos permiten trabajar sobre el análisis del
comportamiento biomecánico, suponiendo de gran relevancia para diversos campos
del sector clínico y de la investigación.
37
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