Análise in vivo das características biomecânicas de córneas normais e com ceratocone por meio da elastografia de coerência óptica
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2018 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UNIFESP |
Texto Completo: | https://sucupira.capes.gov.br/sucupira/public/consultas/coleta/trabalhoConclusao/viewTrabalhoConclusao.jsf?popup=true&id_trabalho=6759113 https://repositorio.unifesp.br/handle/11600/52866 |
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. |
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Análise in vivo das características biomecânicas de córneas normais e com ceratocone por meio da elastografia de coerência ópticaIn vivo analysis of the biomechanical characteristics of normal and keratoconic corneas using optical coherence elastography.Corneal biomechanicalOptical coherence elastographyElastographicBiomecânica da córneaElastografiaTomografia de coerência ópticaCirurgia refrativaPurpose: 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.Dados abertos - Sucupira - Teses e dissertações (2018)Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)Siqueira, Wallace Chamon Alves De [UNIFESP]Allemann, Norma [UNIFESP]http://lattes.cnpq.br/0956596522261307http://lattes.cnpq.br/3165995344927892http://lattes.cnpq.br/5977685186738879Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)Stefano, Vinicius Silbiger de [UNIFESP]2020-03-25T12:10:37Z2020-03-25T12:10:37Z2018-08-30info:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersion68 f.application/pdfhttps://sucupira.capes.gov.br/sucupira/public/consultas/coleta/trabalhoConclusao/viewTrabalhoConclusao.jsf?popup=true&id_trabalho=67591132018-0810.pdfhttps://repositorio.unifesp.br/handle/11600/52866porSão PauloSão Pauloinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UNIFESPinstname:Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)instacron:UNIFESP2024-08-02T18:43:19Zoai:repositorio.unifesp.br/:11600/52866Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.unifesp.br/oai/requestbiblioteca.csp@unifesp.bropendoar:34652024-08-02T18:43:19Repositório Institucional da UNIFESP - Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)false |
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