Introducción

Tonometría de aplanación bidireccional

El Ocular Response Analyzer (ORA) utiliza un pulso rápido de aire para indentar la córnea y un sistema electro-óptico avanzado para grabar dos medidas de presión de aplanación: una mientras la córnea se indenta y otra mientras la córnea regresa a su posición normal⁷. La diferencia entre los dos valores de presión se denomina histéresis corneal (HC: P1-P2), la cual refleja las propiedades viscosas de la córnea. Es importante tener presente que la presión de aire máxima aplicada no es constante y depende de P1, el cual está determinado por el valor de la presión intraocular (PIO) real y la resistencia estructural inherente a cada individuo⁷. Por otra parte, el factor de resistencia corneal (FRC) es una medida empírica que representa las propiedades elásticas de la córnea, derivado de la fórmula P1 − Pk2, siendo k una constante determinada de la relación de las presiones de aplanación con el grosor corneal central, fuertemente asociado con una correlación positiva con la HC y el FRC¹⁹ (Fig. 1).

Figura 1 Mediciones del Ocular Response Analyzer. El efecto del pulso de aire en la deformación de la córnea (aplanación de entrada) se registra como la señal corneal a lo largo del eje Y a lo largo del tiempo en milisegundos en el eje X, donde P1 representa el primer momento de aplanación. Cuando se interrumpe la señal del pulso de aire, la córnea adopta una configuración cóncava a medida que la magnitud del pulso de aire continúa aumentando. En la fase de liberación (cuando disminuye la presión del aire), la córnea experimenta una segunda aplanación, momento en el que se registra nuevamente la presión del pulso de aire (P2). Los parámetros derivados de la presión son la histéresis corneal y el factor de resistencia corneal. 

Las mediciones tanto de la histéresis corneal como del FRC parecen tener una precisión adecuada, según diversos estudios²⁰,²¹.

Las mediciones principales reportadas por el ORA han sido utilizadas para medir e incluso pronosticar la evolución de distintas enfermedades corneales. En pacientes con distintos grados de gravedad de queratocono se ha observado que los valores de HC y FRC son menores que en los sujetos sanos⁶. Sin embargo, otros estudios han encontrado que estas diferencias no son estadísticamente significativas²². Dentro del espectro de enfermedades del glaucoma, numerosos estudios han encontrado que los valores de HC se ven disminuidos en este grupo de pacientes²³. Las dos principales mediciones realizadas por el ORA (HC y FRC) pueden verse modificadas tras una cirugía refractiva. Una revisión sistemática y metaanálisis demostró que el tipo de cirugía refractiva realizada modifica en menor o mayor medida tanto la HC como el FRC, siendo menor la modificación de la fuerza corneal en los pacientes tratados con SMILE, en comparación con aquellos que recibieron FS-LASIK o LASIK²⁴.

Tonometría de Scheimpflug sin contacto

El Corneal Visualization Scheimpflug Technology (Corvis ST), al igual que el ORA, también es un dispositivo de aplanación dinámico, pero para el análisis utiliza una cámara de Scheimpflug de ultra-alta velocidad que graba el proceso de deformación corneal con un alcance horizontal de 8.5 mm a 4330 cuadros por segundo (Fig. 2).

Figura 2 Imagen de Scheimpflug del Corvis ST en los momentos de aplanación: basal (A), comienza la deformación (B), primer momento de aplanación (C), inicio de la fase de concavidad (D), momento de concavidad más alto (E), periodo de oscilación (F), momento de salida de concavidad (G), segundo momento de aplanación (H) y después de la segunda aplanación (I). 

El Corvis ST es similar al ORA en que ambos son instrumentos que no requieren contacto y que utilizan un disparo de aire con dimensiones y perfiles similares. Sin embargo, existen varias diferencias, siendo la primera que la presión máxima del disparo de aire es constante en el Corvis ST, mientras que en el ORA es variable (dependiente de P1); la segunda, que la cantidad de información recabada de la deformación corneal es mayor en el Corvis ST, y finalmente, mientras que los parámetros principales del ORA se basan en las presiones de aplanamiento P1 y P2, el Corvis ST se basa en el cambio de los parámetros de respuesta corneal dinámica (Fig. 3). Los parámetros que permite valorar el equipo se encuentran descritos en la tabla 1. El Corvis ST calcula los parámetros de deformación corneal basándose en la inspección dinámica de la respuesta corneal. Una vez que la córnea empieza a desplazarse hacia atrás debido a la presión de aire, instantáneamente el ojo entero inicia un movimiento lineal lento en la misma dirección que se incrementa una vez que la córnea ha alcanzado su desplazamiento máximo.

Figura 3 Parámetros estándar del Corvis ST. La imagen muestra la amplitud de deformación, las longitudes de aplanación, las velocidades corneales, el radio de curvatura de la concavidad máxima, el espesor corneal y la presión intraocular durante las fases de indentación y retorno. 

Por lo tanto, los parámetros de respuesta corneal dinámica deben compensar este movimiento ocular. Los parámetros descritos como «deformación» no tienen esta compensación, mientras que los de «deflexión» sí toman en cuenta y compensan el desplazamiento del ojo.

La amplitud de deformación corneal (DA) hace referencia al desplazamiento del ápex corneal en sentido anteroposterior al momento de la concavidad máxima. La relación de DA a 1 o 2 mm es la deformación central dividida para un promedio de deformación a 1 o 2 mm de cada lado del centro justo antes de la primera aplanación. También se registran longitudes de aplanación (AL) y velocidades corneales (CVel) durante las fases de indentación y retorno. Además, se documenta el radio de curvatura en la concavidad máxima, y el radio inverso integrado es recíproco del radio obtenido durante el estado cóncavo de la córnea. Cabe destacar que un mayor radio cóncavo se asocia con mayor resistencia a la deformación o con una córnea más rígida. Por lo tanto, a mayor radio inverso integrado y máximo radio inverso, menor resistencia a la deformación y menor rigidez corneal²⁵. El espesor corneal, la PIO estándar correlacionada de Goldman y la PIO compensada biomecánicamente (PIOb) también son registradas. Igualmente se determina la PIO corregida según las fórmulas compensatorias existentes con el espesor corneal central (PIOcc).

El reporte de Vinciguerra (Fig. 4) proporciona correlaciones de valores de normalidad y la PIOb toma en cuenta el espesor corneal central y la edad junto con parámetros de respuesta a la deformación, para así reducir el efecto de la rigidez corneal al momento de estimar la PIO²⁶.

Figura 4 Reporte de Vinciguerra. Esta pantalla muestra la correlación entre los valores normales y la presión intraocular (PIO) ajustaba biomecánicamente. Usa un factor de calibración para calcular la PIO basada en la presión en el momento de la primera aplanación. Permite el cálculo del Ambrosio Relational Thickness over the horizontal meridian (ARTh) y del Corvis Biomechanical Index (CBI). 

Además de los parámetros mencionados, el Corvis ST es capaz de medir el espesor corneal central (CCT) gracias a la toma de imagen de Scheimpflug horizontal. La imagen de Scheimpflug horizontal de la córnea basal permite calcular el Ambrosio Relational Thickness over the horizontal meridian (ARTh), que consiste en la división entre el espesor corneal en el punto más delgado y el índice de progresión paquimétrica²⁷. Los investigadores usaron un análisis de regresión lineal y combinaron el ARTh con parámetros de deformación corneal para generar el Corvis Biomechanical Index (CBI), el cual, con un valor de corte de 0.5, permite identificar el 98.2% de los casos de queratocono de ojos normales con un 100% de especificidad²⁸. Por otra parte, el Tomographic Biomechanical Index (TBI) combina información tomográfica y biomecánica para mejorar la detección de ectasia.

El Corvis AT presenta además parámetros que funcionan como biomarcadores de rigidez corneal, como el SP-A1, el cual se ha reportado que es menor en córneas delgadas²⁸. El desarrollo más reciente ha sido la introducción del algoritmo Stress Stain Index (SSI), el cual permite detectar a los pacientes con mayor riesgo de desarrollar ectasia o progresión después de una cirugía refractiva, y brinda documentación clínica de los cambios biomecánicos corneales posteriores al crosslinking corneal (CXL)²⁹. Existen también parámetros que permiten discriminar córneas sanas de queratocono y córneas ectásicas tratadas con CXL de las no tratadas con CXL. Estos parámetros incluyen la velocidad de aplanación 2 (A2V), la segunda longitud de aplanación (A2L) y la diferencia entre la longitud de primera aplanación (A1L) y la A2L, lo cual demuestra su utilidad en la monitorización de los cambios corneales luego del CXL³⁰.

Precisión y repetibilidad con el Corvis ST

Varias publicaciones en este ámbito han llegado a diferentes conclusiones. Hon y Lam⁸ concluyeron que la amplitud de deformación en la concavidad máxima (HCDA) y el tiempo de aplanación 1 (AT1) fueron los únicos dos parámetros de distorsión corneal con buena repetibilidad y sin diferencia entre sesiones, al igual que el CCT. Hong et al.³¹ compararon la PIO del Corvis ST con la de otros dispositivos, concluyendo que el Corvis ST presentaba la mejor repetibilidad y reproducibilidad. Bak-Nielsen et al.³² concluyeron que los siguientes parámetros presentaban un coeficiente de variación menor del 10%: PIO, CCT, AT1, longitud de aplanación 1 (AL1), tiempo de concavidad máxima (HCT), radio de concavidad máxima (HCR), HCDA, longitud de deflexión de la concavidad máxima, amplitud de deflexión de la concavidad máxima (en milímetros y en milisegundos) y el tiempo de aplanación 2 (AT2). Chen et al.³³ compararon 40 ojos sanos con 42 post-PRK, encontrando resultados similares a los anteriores, siendo así que en los ojos sanos la PIO, el CCT y el AT1 mostraron un coeficiente de correlación intraclase (ICC) ≥ 92%, seguidos por el HCDA (ICC: 0.88), el radio de curvatura (ICC: 0.70), la velocidad de aplanación 2 (AV2) (ICC: 0.65) y el tiempo de concavidad máxima (ICC: 0.64). El resto de los parámetros mostraron amplios coeficientes de variación y bajos ICC. En los pacientes post-PRK, la repetibilidad más alta se observó en PIO, CCT, AT1 y HCDA (ICC ≥ 90), seguidos de AT2 (ICC: 0.89), AV2 (ICC: 0.79), HCT (ICC: 0.66) y el radio de curvatura (ICC: 0.63). Asimismo, Yang et al.³⁴ concluyeron que la repetibilidad de los parámetros es aceptable tanto en ojos normales como en ojos con queratocono.

Corvis ST en enfermedades corneales

Yang et al.³⁴ estudiaron 77 ojos con queratocono de 47 pacientes y 77 ojos derechos de 77 individuos normales, y concluyeron que los nuevos parámetros del Corvis ST (radio máximo inverso, DA ratio max [2 mm], Pachy slope, DA ratio max [1 mm], ARTh, Integrated radius, SP-A1 y CBI) pueden diagnosticar queratocono. Similares hallazgos realizaron Ren et al.³⁵, quienes afirman que los resultados de los nuevos parámetros obtenidos en queratocono subclínico fueron significativamente diferentes en los controles normales y los ojos con queratocono; por ende, podrían utilizarse para distinguir queratocono y queratocono subclínico de ojos normales. Además, Liu et al.³⁶ y Vinciguerra et al.³⁷ afirman que la combinación de esta tecnología con la tomografía corneal aumenta la precisión para la detección del queratocono subclínico, siendo el TBI y el CBI los índices más valiosos por contar con altas sensibilidad y especificidad. Por el contrario, Tian et al.³⁸ y Ali et al.³⁹ encontraron que el HCDA puede ser útil en combinación con otros parámetros para el diagnóstico y el manejo de los pacientes con queratocono.

Un metaanálisis publicado por Wang et al.⁴⁰ determinó que la biomecánica corneal se ve alterada en pacientes con diabetes mellitus, asociándose a un aumento de los valores de HC, FRC, PIOcc y PIO correlacionada de Goldman).

Al estudiar los efectos del glaucoma sobre la biomecánica corneal se han encontrado resultados diversos. En un estudio publicado por Jung et al.⁴¹, los pacientes con glaucoma mostraron córneas significativamente menos deformables que los controles, existiendo diferencias según la gravedad del glaucoma. Esto contrasta con la información publicada por Pradhan et al.⁴², quienes afirman que los parámetros biomecánicos obtenidos por el Corvis ST no son distintos entre individuos con glaucoma por pseudoexfoliación, individuos con glaucoma primario de ángulo abierto y los controles una vez que se realiza el ajuste de la PIO.

Corvis ST en cirugía ocular

Zarei-Ghanavati et al.⁴³ estudiaron 74 pacientes, 37 sometidos a SMILE y 37 a PRK, y concluyeron que ambos procedimientos alteran significativamente las propiedades biomecánicas de la córnea; sin embargo, los cambios eran más prominentes después de SMILE.

Bak-Nielsen et al.⁴⁴ afirman que no hay diferencias significativas en la resistencia a la deformación entre los ojos con queratocono y los ojos con queratocono que se han realizado CXL. Lanza et al.⁴⁵ reportaron que la resistencia a la deformación era aún menor en las córneas con queratocono post-CXL en comparación con las que no habían sido sometidas a CXL, tomándose además mayor tiempo para regresar a la posición de aplanación y recuperar su forma original. Resultados similares fueron presentados por Tomita et al.⁴⁶, quienes compararon la deformación corneal antes y 1 año después del tratamiento con CXL convencional y acelerado, encontrando que no hubo diferencias significativas en ambos grupos antes y después del tratamiento.

Lanza et al.⁴⁵ hallaron que las córneas sometidas a PRK mostraron similar resistencia a la deformación que los ojos normales estudiados, sugiriendo que el adelgazamiento corneal inducido por PRK no altera las propiedades biomecánicas de la córnea. En contraste con lo anterior, Pedersen et al.⁴⁷ reportaron que los procedimientos queratorefractivos basados en colgajo, como LASIK y ReLEx FLEX, y los libres de colgajo, como ReLEx SMILE, alteran la HC y el FRC al compararlos con el grupo control, resultando en una reducción similar de la biomecánica corneal, a excepción del tiempo de HC, que fue menor en los pacientes tratados con LASIK.

Microscopía óptica de Brillouin

La microscopía óptica de Brillouin es una técnica reciente utilizada para medir la biomecánica corneal in vivo mediante el análisis de la dispersión de la luz y el mapeo de las propiedades biomecánicas de la córnea en tres dimensiones. Este método permite determinar las propiedades viscoelásticas intrínsecas independientemente de la información estructural y de la presión aplicada.

La córnea muestra un comportamiento no lineal de tensión-deformación, lo que indica que su módulo no es constante. El módulo tangente, que representa el cambio en la rigidez con la tensión o la presión aplicada, aumenta gradualmente⁴⁸. Seiler et al.⁴⁹ llevaron a cabo un estudio utilizando espectroscopía de Brillouin para investigar el impacto de la edad en la rigidez corneal, y encontraron diferencias estadísticamente significativas entre córneas normales y queratoconos. Sin embargo, la precisión de los hallazgos iniciales reportados utilizando esta técnica es relativamente limitada y se requieren una validación y un refinamiento adicionales, ya que las córneas con queratocono avanzado son claramente visibles en los mapas de Brillouin como regiones con un desplazamiento de Brillouin significativamente reducido. Sin embargo, la correspondencia entre los mapas de Brillouin y la paquimetría y la topografía es menos clara en córneas con queratocono en etapas tempranas, y los desplazamientos de Brillouin se correlacionan débilmente con parámetros morfológicos como el grosor y la curvatura. Las grandes variaciones podrían originarse en los factores fisiológicos y posiblemente en factores adicionales asociados con la patogénesis del queratocono⁵⁰.

Conclusiones

La biomecánica corneal es un tema de gran interés para la investigación clínica en la oftalmología moderna. Existen herramientas novedosas, como la microscopía óptica de Brillouin, que proporcionan información sobre las propiedades biomecánicas de la córnea. Sin embargo, la mayoría de los datos clínicos están relacionados con la respuesta biomecánica a la tonometría sin contacto. A pesar de los avances sustanciales en las últimas dos décadas, la caracterización in vivo de la respuesta biomecánica corneal está influenciada por la presión intraocular y por el grosor corneal central, el cual, medido por Corvis ST, también se validó como sin diferencias significativas en comparación con la paquimetría ultrasónica, que es el método de referencia. Sin embargo, al igual que con el ORA, se demostró que la presión y el grosor corneal central estaban correlacionados con los parámetros medidos, y por lo tanto podrían ser potencialmente confusos. Incluso en mediciones por dispersión de luz, como la microscopía óptica de Brillouin, la hidratación corneal podría ser un factor confusor⁵¹.

Sin embargo, los nuevos desarrollos, como el índice de esfuerzo-deformación proporcionado por el Corvis ST, han logrado estimar el endurecimiento después del tratamiento de CXL.

El conocimiento de la biomecánica corneal sería útil en varias aplicaciones clínicas, incluyendo el manejo del glaucoma, la evaluación del riesgo de ectasia y la determinación del grado y la profundidad de la CXL. La integración de datos tomográficos y biomecánicos ha demostrado potencial para mejorar la precisión en la detección de enfermedades ectásicas e identificar la susceptibilidad de desarrollar esta complicación después de la corrección visual con láser. Además, la integración con otros datos, como el frente de onda ocular, la longitud axial y la tomografía segmentada en capas (epitelio) y microlaminar (Bowman), también es prometedora. Preveemos una investigación y un desarrollo continuos y acelerados en este campo, que integrarán aún más la imagen multimodal corneal, la biomecánica, la biología molecular y la genética. En este entorno, con una cantidad abrumadora de datos clínicos, la IA desempeñará un papel fundamental para mejorar la eficacia de la atención al paciente. Desde su introducción en 1956, la IA se ha vuelto cada vez más relevante en oftalmología, ofreciendo numerosas aplicaciones potenciales. Los algoritmos de IA aprovechan la capacidad de procesamiento de las computadoras para simular y mejorar la interpretación humana, agilizando así el análisis de datos y la toma de decisiones clínicas. Un estudio pionero utilizó una red neuronal basada en 11 índices de topografía de disco de Plácido para realizar una interpretación automatizada de mapas corneales. Aunque este modelo logró una clasificación correcta para todos los mapas en el conjunto de entrenamiento, la IA ha tenido un impacto aún mayor en la detección y el tratamiento del queratocono y de otras enfermedades ectáticas corneales. Este avance ha llevado a un cambio de paradigma en la gestión de estas enfermedades, en especial con la introducción de técnicas como el crosslinking y los segmentos de anillos intracorneales. La detección de enfermedades ectáticas corneales en etapas tempranas o subclínicas es de suma importancia, sobre todo para identificar a los pacientes en riesgo de desarrollar ectasia después de someterse a cirugía refractiva con láser corneal. Se ha desarrollado el TBI mediante IA, que ha demostrado unas altas sensibilidad y especificidad para detectar estas enfermedades en estudios de validación externa.

A pesar de estos avances, algunas investigaciones han encontrado una sensibilidad relativamente baja para detectar anomalías en casos de queratocono considerados subclínicos. Esto indica la necesidad de mejorar la sensibilidad para identificar casos leves o subclínicos de manera más efectiva. La IA está desempeñando un papel cada vez más importante en la oftalmología, especialmente en la detección temprana y en el tratamiento de enfermedades ectáticas corneales, y se busca mejorar la precisión de la detección mediante la optimización de algoritmos de IA en biomecánica⁵².