TOMOGRAFÍA DE COHERENCIA ÓPTICA EN GLAUCOMA

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1 I N F O R M A C I Ó N I N F O R M A C I Ó N I N F O R M A C I Ó N I N F O R M A C I Ó N I N F O R M A C I Ó N TOMOGRAFÍA DE COHERENCIA ÓPTICA EN GLAUCOMA 43 Dra. Susana Duch Tuesta Dr. Oscar Buchacra Castellano Unidad de Glaucoma. Intituto Comptal de Oftalmología. Barcelona I. INTRODUCCIÓN II. SISTEMA Y TECNOLOGÍA III. ADQUISICIÓN DE IMÁGENES IV. ESTUDIO DE LA CAPA DE FIBRAS NERVIOSAS V. ESTUDIO DE LA PAPILA VI. ESTUDIO DE LA MÁCULA VII. BIBLIOGRAFÍA

2 I. INTRODUCCIÓN La tomografía de coherencia óptica es un nuevo método no invasivo para el diagnóstico en oftalmología. Desde su desarrollo en la década de los 80 en el Massachusetts Institute of Technology de Boston sus aplicaciones se han extendido a múltiples especialidades médicas. Durante los últimos 10 años su aplicación en el campo de la oftalmología ha permitido un gran avance en el diagnóstico de la patología retiniana y del nervio óptico. Con respecto a este último, permite obtener imágenes en cortes transversales de alta resolución del mismo, así como de la capa de fibras nerviosas. Realiza una serie de medidas ópticas longitudinales, construyendo una falsa imagen topográfica de la microestructura del tejido estudiado, muy similar a la sección histológica del mismo. Se han sucedido tres generaciones de OCT. El más extendido es el OCT 3, comercialmente llamado Stratus En breve entrará en el mercado un prototipo de última generación, el High Resolution OCT. II. SISTEMA Y TECNOLOGÍA COHERENCIA El funcionamiento de este instrumento está basado en una técnica de medición óptica llamado interferometría de baja coherencia. Previo estudio de las bases de la interferometría, haremos un breve repaso del concepto coherencia óptica. Un cuerpo es capaz de emitir luz debido a cambios en la estructura íntima de sus átomos. Estos átomos se pueden encontrar en dos estados diferentes: uno de excitación y otro fundamental. En estado de excitación los electrones ubicados en la órbita más próxima al núcleo saltan hacia una órbita más alejada pasando de un nivel de energía inferior, que es el llamado estado fundamental, a un nivel superior que es el estado excitado. En estado excitado, los electrones son inestables, por lo que pronto vuelven al estado fundamental, liberando una cantidad de energía, un fotón, que es igual a la diferencia que hay entre la energía del estado fundamental y la del estado excitado. Esta transferencia de electrones puede producirse de forma espontánea o puede ser inducida. En la forma espontánea los saltos de electrones de una órbita a otra se dan de forma anárquica y el resultado es una luz incoherente, como la que recibimos del sol o de las fuentes de iluminación artificial. En la forma inducida los electrones que han sido excitados dan lugar a una luz llamada coherente, de una determinada longitud de onda, es decir, monocromática, cuyas ondas viajan paralelas las unas con las otras y con poca tendencia a diverger. Para ello es necesario que sean excitados la totalidad de los electrones del material escogido para emitir luz. 1 La Tomografía de Coherencia Óptica (OCT) utiliza luz coherente. La luz coherente genera el fenómeno de interferencia, que es el que permite la adquisición de imágenes que pueden ser interpretadas posteriormente. Laboratorios Thea publica íntegramente los manuscritos recibidos de sus legítimos autores sin introducir modificaciones en los mismos, y por ello no se hace responsable de las opiniones e informaciones contenidas en los artículos. 3

3 Luz de baja coherencia TECNOLOGÍA DEL INSTRUMENTO El corazón de OCT está formado por el interferómetro de Michelson (Figura 1) y por un láser diodo hiperluminiscente. El láser de diodo proyecta, a través de una fibra óptica, un haz de luz de baja coherencia con una longitud de onda cercana al infrarrojo de 820 a 840 nm. Esta luz cercana al infrarrojo es apropiada para el estudio de tejidos, por su reducida absorción por los mismos. Este haz de luz coherente es dirigido hacia un espejo divisorio que lo refleja parcialmente, dividiéndolo en dos haces con idéntica longitud de onda, un haz de referencia y un haz de Espejo de referencia exploración. Este último será el que dirigido hacia la retina entre en contacto con la microestructura de los tejidos a estudiar y se Espejo divisorio reflejará con diferente retraso, según la distancia a que se encuentran el grosor y la diferente refl ectividad de los mismos. El haz de referencia se dirige desde el espejo divisorio Fondo de ojo hacia un espejo de referencia, que varía su posición en función del haz de exploración con la misión de igualar ambos haces. Láser diodo Detector fotosensible Amplificador Detector fotosensible Figura 1. Esquema de funcionamiento de Interferómetro de Michelson. Espejo divisorio Filtro Conversor digital Barrido lateral Fondo de ojo Barrido longitudinal Ordenador Estos dos haces, que provienen uno de la retina y el otro del espejo de referencia, se reúnen a nivel del espejo divisorio y regresan a la fibra óptica de origen, recombinándose en un detector fotosensible. El detector mide la potencia de los haces de luz y por tanto los dos retrasos, el retraso sufrido por las ondas de exploración tras la manipulación del tejido explorado, y el retraso inducido artificialmente por el espejo en el haz de referencia. El fenómeno de interferencia se detecta sólo cuando la longitud del camino recorrido por los haces de referencia y de exploración presentan el mismo retraso. La señal eléctrica obtenida es amplificada, filtrada, convertida a formato digital y almacenada en un ordenador (Figura 2), el cual codifica con diferentes colores, según la diferente reflectividad de los tejidos (Ver Adquisición de imágenes). Figura 2. Esquema de funcionamiento de OCT. 4 TOMOGRAFÍA DE COHERENCIA ÓPTICA EN GLAUCOMA

4 III. ADQUISICIÓN DE IMÁGENES La aplicación práctica de esta tecnología en el glaucoma es la capacidad de medir el grosor de la capa de fibras nerviosas de la retina (CFNR) y del disco óptico. La exploración de la papila y de la mácula se realiza a través de 6 haces de barrido en patrón radial centrado en la cabeza del nervio óptico o en el centro de la fóvea con una separación angular de 30º. Para llenar los espacios vacíos entre los radios de los 6 barridos OCT utiliza extrapolación de la información. Cada haz de barrido obtiene 512 puntos por línea alrededor del nervio óptico, abarcando un diámetro de 3,4 mm que ha demostrado la reproducibilidad de los datos, ya que involucra la mayor parte de retina compuesta por las fibras nerviosas a esta distancia de NO. Este barrido es lo suficientemente extenso como para evitar el borde de la papila y la atrofia peripapilar en la mayoría de los casos. El grosor de la capa de fibras es cuantificado por un algoritmo automático generado por ordenador, y los datos son presentados por horas de reloj, por cuadrantes o en su totalidad (average). La imagen obtenida se muestra a través de un mapa de colores codificados. Los colores oscuros (negro y azul) representan regiones con mínima reflectividad óptica, mientras que los colores brillantes (rojo y blanco) representan regiones con alta reflectividad. Para obtener medidas de grosor, OCT primero marca los límites retinianos, constituidos por la interfase vitreorretinal y el epitelio pigmentario de la retina, que definen respectivamente los límites superficial y profundo de la retina. Estos dos límites son demarcados por el alto contraste entre el vítreo (relativamente poco reflectivo) y la retina neurosensorial, y entre los segmentos externos de los fotorreceptores (muy poco reflectivos) y el complejo epitelio pigmentario de la retina/coriocapilaris (muy reflectivo). La capa de fibras nerviosas de la retina corresponde a una capa altamente reflectiva (roja) bajo la limitante interna de la retina. Este algoritmo, en algunas situaciones, tiende a falsear la localización de los límites de la capa de fibras nerviosas, especialmente cuando su reflectividad es baja, como puede ocurrir en los pacientes glaucomatosos. 2 IV. ESTUDIO DE LA CAPA DE FIBRAS NERVIOSAS Los resultados de la exploración vienen expresados en primer lugar por el Diagrama TSNIT (Temporal, Superior, Nasal, Inferior, Temporal) de espesor de la capa de fibras nerviosas de la retina alrededor del disco óptico (Figura 3). Este diagrama está representado por una línea negra, trazada sobre un gráfico con tres bandas de colores verde, amarillo y rojo. La banda roja representa al 1% de la población que está fuera de límites normales, el 5% de la población se encuentra en la banda amarilla o debajo de ella, la banda verde incluye el 90% de la población normal y en ocasiones la línea puede alcanzar la banda blanca que representa al 5% de la población. La probabilidad de normalidad de este gráfico se calcula en base a la comparación por edades entre 18 y 80 años 5

5 de un grupo normal. El siguiente gráfico compara en un mismo esquema las curvas de los diagramas TSNIT de ambos ojos, que en un paciente sano es de esperar que sean simétricas, y una asimetría de la CFNR superior e inferior puede indicar una pérdida glaucomatosa. El grosor de la capa de fibras nerviosas viene expresado en dos gráficos circulares subdivididos en segmentos (Figura 4), uno en doce sectores de 30º como las horas del reloj y el otro en cuatro cuadrantes; los resultados numéricos que se ubican alrededor de los mismos representan los promedios de grosor. A la derecha de los anteriores se observan sendas imágenes del fondo de ojo. Los resultados de los grosores de CFNR pueden observarse en una tabla de tres columnas (Figura 5); en la primera y segunda se observan los grosores del ojo derecho e izquierdo respectivamente, representados con colores (rojo, amarillo, verde o blanco), que corresponden a los percentiles de distribución normal a través de las siguientes relaciones: Imax/Smax (máximo inferior/máximo superior), Smax/Imax (máximo superior/máximo inferior), Smax/Tavg (máximo superior/promedio temporal), Imax/Tavg (máximo inferior/promedio temporal), Smax/Navg Figura 3. Diagrama TSNIT. Figura 4. Gráficos circulares segmentados. 6 TOMOGRAFÍA DE COHERENCIA ÓPTICA EN GLAUCOMA

6 TABLA DE GROSORES DE CFNR OD (N=3) OS (N=3) OD-OS Imax/Smax 1,14 1,06 0,08 Smax/Imax 0,88 0,94-0,06 Smax/Tavg 2,35 2,34 0,01 Imax/Tavg 2,68 2,49 0,19 Smax/Navg 1,53 1,68-0,14 Max-Min 121,00 117,00 4,00 Smax 147,00 152,00-5,00 Imax 168,00 162,00 6,00 Savg 132,00 121,00 11,00 Iavg 136,00 135,00 1,00 Avg.Thickness 106,44 103,19 3,25 Figura 5. Tabla de grosores de CFNR y hoja de resultados de estudio de capa de fibras nerviosas de la retina en paciente normal. 7

7 (máximo superior/ promedio temporal), Max- Min (máximo-mínimo), Smax (máximo superior), Imax (máximo inferior), Savg (promedio superior), Iavg (promedio inferior), que generalmente en pacientes normales estos dos últimos superan los 97 µm y, por último, Avg. Thick (grosor promedio), que en un ojo sano generalmente es mayor de 82 µm; la tercera columna muestra las diferencias entre ambos ojos. Las medidas de grosor de la capa de fibras nerviosas obtenidas con OCT tienen una buena reproducibilidad entre los pacientes e intraexplorador, lo que indica que mediciones longitudinales tomadas en el mismo paciente a lo largo de un período de tiempo pueden ser comparadas de forma similar cuando las imá- Figura 6. Correlación entre defecto de CFNR temporal superior e inferior y escotoma arcuato inferior y superior incipiente. 8 TOMOGRAFÍA DE COHERENCIA ÓPTICA EN GLAUCOMA

8 genes se hayan adquirido por exploradores con diferente experiencia. 3,4 Budenz y cols. reportan una muy buena reproducibilidad tanto en ojos sanos como glaucomatosos. Las mayores variaciones en las medidas de grosor se dan en el cuadrante nasal, lo que lo hace poco específico 5, aunque parte de la variabilidad en la medición de la CFNR con OCT puede deberse al relativo poco número de puntos obtenidos cada vez que se adquiere una imagen. El incremento de la densidad de puntos parece incrementar la reproducibilidad de las medidas de la capa de fibras nerviosas con OCT. 6 La capacidad discriminativa del OCT en ojos glaucomatosos es evidente. 7,8,9,10 El parámetro más discriminante es el grosor de la capa de fibras nerviosas de la región inferior y en sectores de 30º mostrando buena reproducibilidad en las horas 6 y El cuadrante inferior es con frecuencia el que mejor diferencia ojos sanos, de ojos con glaucoma en etapas tempranas, con una sensibilidad entre 67% y 79%, y una especificidad 90% 8,12 ; el estudio por sectores alcanza una sensibilidad de 67% y una especificidad de 90%. 12 En niños de entre tres y diecisiete años, el estudio de la CFNR muestra diferencias similares a las encontradas en los adultos. 13 Los datos obtenidos de grosor de CFNR presentan una correlación positiva con los defectos campimétricos obtenidos con perimetría Humphrey, concretamente la desviación media de la perimetría automática estándar (Figura 6). Adelgazamientos localizados de la capa de fibras nerviosas en las horas 6, 7 y 8 (cuadrante inferior) se relacionan topográficamente con disminuciones localizadas de la sensibilidad en la perimetría, con escotomas arcuatos superiores y escalones nasales en pacientes con glaucoma. 14,15 Se sabe que el 50 % de las células ganglionares se han perdido antes que se detecten daños en el campo visual; también en etapas tempranas del glaucoma puede haber una pérdida de la CFNR sin cambios en el campo visual. Mediante OCT es posible detectar esta pérdida cuantitativamente, aportando datos sobre la localización y extensión del defecto de la CFNR. En estadios tardíos, la progresión del daño glaucomatoso puede evaluarse con más facilidad a través del campo visual. 16 En la actualidad no hay estudios disponibles que demuestren la utilidad de la medida de la capa de fibras nerviosas con OCT para el estudio de la progresión en glaucoma a través del tiempo. Asimismo, OCT puede detectar defectos localizados de la CFNR que muestran una buena correlación con la fotografía de capa de fibras con filtro rojo (Figura 7). 17,18 Después de la disminución de la presión intraocular en pacientes con glaucoma, han sido demostrados cambios de grosor de la capa de fibras nerviosas con el tiempo, así como un incremento significativo en la media total del grosor de la capa de fibras después de trabeculectomía, relacionado con la magnitud de la reducción de la PIO en pacientes glaucomatosos. 19 9

9 Figura 7. Correlación entre OCT y retinografía en defecto de CFNR temporal superior e inferior en ojo derecho y defecto incipiente de ojo izquierdo. 10 TOMOGRAFÍA DE COHERENCIA ÓPTICA EN GLAUCOMA

10 V. ESTUDIO DE LA PAPILA En el estudio de la papila, el equipo determina automáticamente los límites del NO a través de la localización de los bordes del complejo epitelio pigmentario de la retina/coriocapilaris. Una línea continua conecta los bordes del complejo EPR/coriocapilaris y una línea paralela, de referencia, es construida a 150 µm por encima de ésta. Este algoritmo automático de detección de los márgenes del NO es posible que sea influenciado por cambios en estas capas, como puede ocurrir en la atrofia peripapilar progresiva en el glaucoma, aunque los límites del NO pueden determinarse de forma manual. En la hoja de resultados del análisis del nervio óptico (Figura 8) nos encontramos con una primera imagen topográfica, que muestra al NO en corte transversal y sus límites; con cruces azules está marcado el límite del EPR a ambos lados de la papila, unidos por una línea recta del mismo color que mide el diámetro de la misma; por encima está dibujada la línea de referencia (a 150 µm). Las estructuras que se encuentran por debajo de la línea de referencia corresponden a la excavación del nervio óptico y por encima de ésta se encuentra el anillo neuroretinal que se colorea de rojo. Debajo de esta imagen están representados los resultados del análisis individual de la línea de barrido. Figura 8. Hoja de resultados de análisis de nervio óptico. 11

11 El siguiente diagrama del nervio óptico nos muestra una serie de cruces rojas que, unidas por una línea continua, marcan el borde de la papila o lo que es lo mismo los límites del EPR; por dentro, encontramos otra serie de puntos verdes unidos por una línea que indican el borde de la copa. Alrededor de este diagrama también se observan las seis líneas de barrido, indicándose con amarillo la seleccionada para formar la imagen de la papila en corte transversal. Algunos parámetros del nervio óptico son calculados automáticamente y se muestran a un lado de este diagrama, como por ejemplo: Vert. Integrated Rim Area (Vol.) (área del anillo integrado vertical), cuyo valor normal es 0,36 ± 0,08 mm 3, Horiz. Integrated Rim Width (Area) (ancho horizontal integrado del anillo), Disk Area (área del disco óptico), Cup Area (área de la copa), Rim Area (área del anillo), Cup/Disk Area Ratio (relación entre el área de copa/disco), Cup/Disk Horiz. Ratio (relación horizontal copa/disco) y Cup/Disk Vert. Ratio (relación vertical copa/disco). Estos parámetros han demostrado una buena reproducibilidad intrasesión, intersesión, intervisita e interoperador, tanto en ojos normales como glaucomatosos. 20 OCT es útil para diferenciar papilas excavadas fisiológicas de papilas glaucomatosas, encontrándose diferencias significativas en parámetros como el área y el volumen del anillo, sin haber diferencias entre papilas excavadas fisiológicas y ojos normales utilizando los mismos parámetros. También nos permite definir como papilas con excavación normal a megalopapilas con relación copa/disco aumentada, si el área del anillo es normal. 21 Al comparar las medidas obtenidas del nervio óptico y del grosor de CFNR, este último puede ser mejor indicador, pero la combinación de ambos parámetros mejora la capacidad discriminativa de este instrumento. 22,23 La tomografía de coherencia óptica también es útil para poder distinguir a ojos con glaucoma primario de ángulo abierto o con glaucoma crónico de ángulo estrecho en estadios iniciales, de ojos normales. Los parámetros más útiles son el volumen de anillo, VIRA (vertical integrated rim area) y el área del anillo. Cuando se comparan ambos tipos de glaucoma, ojos con glaucoma crónico de ángulo estrecho tienen discos ópticos, copas y la relación copa/disco más pequeñas, y el área del anillo mayor, que en el glaucoma primario de ángulo abierto. Estudios recientes comparan las medidas del NO obtenidas por OCT y HRT en pacientes con glaucoma, sospechosos de glaucoma y pacientes normales, y se encuentra que las medidas no pueden ser comparadas directamente entre ambos métodos. 24 Sin embargo, otros estudios encuentran una buena a moderada correlación entre los resultados obtenidos en lo que respecta al área del disco, relación entre el área de la copa/disco, área de copa, y el volumen de la copa y del anillo; teniendo en cuenta que en valores absolutos generalmente fueron diferentes entre ambos TOMOGRAFÍA DE COHERENCIA ÓPTICA EN GLAUCOMA

12 VI. ESTUDIO DE LA MÁCULA La evaluación de la mácula a través de OCT es de utilidad también en glaucoma, ya que se describen cambios estructurales de la misma en esta patología. Los datos obtenidos provienen de las medidas realizadas del lado temporal a la fóvea, observándose una asimetría estructural de la mácula, que en pacientes con glaucoma se correlaciona con defectos localizados en un hemicampo del campo visual. 26 En el gráfico que muestra el perfil del grosor de capa de fibras nerviosas en la mácula se observa una doble giba con sus picos en los sectores superonasal e inferonasal. En ojos con glaucoma, el grosor de CFNR macular total está más reducido que en ojos normales. Cuando se estudia la mácula en sectores, comparando ojos normales y glaucomatosos, también encontramos esta reducción en el grosor de capa de fibras, siendo más manifiesto en la zona de la hora 6:00. Sin embargo, el grosor de capa de fibras nerviosas peripapilar incluye los datos obtenidos de grosor total y en sectores de la mácula, siendo todavía el mejor indicador en la detección de glaucoma y es el que presenta mejor correlación con el campo visual. 27 Estas mismas diferencias de grosor de capa de fibras nerviosas en mácula también se observan en niños de entre 3 y 17 años. Por otro lado, una de las complicaciones más temidas en el postoperatorio de la cirugía filtrante es la maculopatía por hipotensión, cuyos signos de presentación pueden ser tortuosidad vascular en el polo posterior, pliegues coroideos o edema de papila. OCT es de gran utilidad en el diagnóstico precoz de esta complicación, antes de la presencia de alteraciones en el fondo de ojo

13 VII. BIBLIOGRAFÍA 1. Francisco Duch Bordás, Francisco Duch Mestres. Asociación catalana de oftalmología, Cap. La luz, los láseres y el ojo. Ed Ramakrishnan R, Kader MA, Budde WM. Optic disc morphometry with optical coherence tomography: comparison with planimetry of fundus photographs and infl uence of parapapillary atrophy and pigmentary conus. Indian J Ophthalmol Sep;53(3): Blumenthal EZ, Williams JM, Weinreb RN, Girkin CA, Berry CC, Zangwill LM. Reproducibility of nerve fiber layer thickness measurements by use of optical coherence tomography. Ophthalmology 2000 Dec;107: Carpineto P, Ciancaglini M, Zuppardi E, Falconio G, Doronzo E, Mastropasqua L. Reliability of nerve fiber layer thickness measurements using optical coherente tomography in normal and glaucomatous eyes. Ophthalmology 2003 Jan;110: Budenz DL, Chang RT, Huang X, Knighton RW, Tielsch JM. Reproducibility of retinal nerve fiber thickness measurements using the stratus OCT in normal and glaucomatous eyes. Invest Ophthalmol Vis Sci Jul;46(7): Gurses-Ozden R, Ishikawa H, Hoh ST, Liebmann JM, Mistlberger A, Greenfield DS, Dou HL, Ritch R. Increasing sampling density improves reproducibility of optical coherence tomography measurements. J Glaucoma 1999 Aug; 8(4): Guedes DS, Schuman JS, Hertzmark E, Wollstein G, Correnti A, Mancini R, Lederer D, Voskanian S, Velazquez L, Parkter HM, Pedut-Kloizman T, Fujimoto JG, Mattox C. Optical coherence tomography measurement of macular and nerve fi ber layer thickness in normal and glaucomatous human eyes. Ophthalmology 2003 Jan;110: Bowd C, Zangwill LM, Berry CC, Blumenthal EZ, Vasile C, Sánchez-Galeana C, Bosworth CF, Sample PA, Weinreb RN. Detecting early glaucoma by assessment of retinal nerve fiber layer thickness and visual function. Invest Ophthalmol Vis Sci 2001 Aug;42(9): Kanamori A, Nakamura M, Escano MF, Seya R, Maeda H, Negi A. Evaluation of the glaucomatous damage on retinalnerve fiber layer thickness measured by optical coherence tomography. Am J Ophthalmol 2003 Apr;135(4): Kanamori A, Escano MF, Eno A, Nakamura M, Maeda H, Seya R, Ishibashi K, Negi A. Evaluation of the effect of aging on retinal nerve fiber layer thickness measured by optical coherence tomography. Ophthalmologica 2003 Jul-Aug; 217: Pueyo V, Polo V, Larrosa JM, Mayoral F, Ferreras A, Honrubia FM. Reproducibility of optic nerve head and retinal nerve fiber layer thickness measurements using optical coherence tomography. Arch Soc Esp Oftalmol Apr;81(4): Greaney MJ, Hoffman DC, Garway-Heath DF, Nakla M, Coleman AL, Caprioli J. Comparison of optic nerve imaging methods to distinguish normal eyes from those with glaucoma. Invest Ophthalmol Vis Sci 2002 Jan;43(1): Hess DB, Asrani SG, Bhide MG, Enyedi LB, Stinnett SS, Freedman SF. Macular and retinal nerve fiber layer analysis of normal and glaucomatous eyes in children using optical coherence tomography. Am J Ophthalmol Mar;139(3): El Beltagi TA, Bowd C et al. Retinal nerve fiber layer thickness measured with optical coherence tomography is related to visual function in glaucomatous eyes. Ophthalmology 2003 Nov;110(11): Schuman Joel S. Optical coherence tomography for imaging and quantitation of nerve fiber layer thickness. Imaging in glaucoma. Ed. Slack 1996; Mok KH, Lee VW, So KF. Retinal nerve fiber loss pattern in high-tension glaucoma by optical coherence tomography. J Glaucoma 2003 Jun; 12: TOMOGRAFÍA DE COHERENCIA ÓPTICA EN GLAUCOMA

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