La córnea
La córnea es la parte frontal transparente del ojo que cubre el iris, la pupila y la cámara anterior y tiene una función óptica y protectora.
La rigidez de la córnea desempeña un papel fundamental en la conformación de la córnea con respecto a la presión intraocular y las intervenciones físicas. Sin embargo, sigue siendo difícil medir las propiedades mecánicas de forma no invasiva. Aquí, informamos de la primera medición del módulo de cizallamiento en córneas humanas in vivo utilizando la elastografía de coherencia óptica (OCE) basada en ondas elásticas superficiales. En un estudio piloto de 12 sujetos sanos de entre 25 y 67 años, la velocidad de la onda de Rayleigh fue de 7,86 ± 0,75 m/s, lo que corresponde a un módulo de cizallamiento de 72 ± 14 kPa.
El módulo de cizalladura es una constante elástica que caracteriza el cambio de forma que experimenta un material elástico cuando se aplican en él esfuerzos cortantes.
Nuestros datos revelan dos tendencias inesperadas: no se encontró ninguna correlación entre la velocidad de la onda y la presión intraocular entre 13-18 mmHg, y el módulo de cizallamiento disminuye con la edad (- 0,32 ± 0,17 m/s por década). Proponemos que la rigidez de corte está gobernada por la matriz interfibrilar, mientras que la resistencia a la tracción está dominada por las fibrillas de colágeno. La OCE de onda Rayleigh puede resultar útil para el diagnóstico clínico, las cirugías refractivas y el seguimiento del tratamiento .
La córnea desempeña un papel importante en la visión humana al proporcionar aproximadamente dos tercios del poder de refracción del ojo. La forma de menisco de la córnea es el resultado de un equilibrio mecánico de la córnea con respecto a la presión intraocular (PIO). Un cambio en la homeostasis mecánica puede alterar la forma de la córnea y, por lo tanto, afectar a la agudeza visual. Esta relación es también la base de las cirugías refractivas que mejoran la visión, como la queratomileusis in situ asistida por láser (LASIK) y las Incisiones limbares relajantes (LRI), en las que los errores de refracción se corrigen mediante la combinación de la ablación del tejido y la remodelación resultante impulsada por la tensión y la rigidez. Se cree que los tejidos corneales pierden rigidez en los trastornos degenerativos de la córnea, como el queratocono, que da lugar a la ectasia cónica con deterioro de la visión. Un tratamiento aceptado para la ectasia, el reticulado corneal (CXL), tiene por objeto estabilizar mecánicamente la córnea. Por lo tanto, la medición de los parámetros mecánicos de la córnea es útil para evaluar la salud de la córnea, mejorar los tratamientos refractivos y diagnosticar los trastornos degenerativos
Si bien la medición de la presión intraocular por tonometría está bien establecida y se realiza de forma rutinaria como parte de la atención estándar, sigue siendo un reto caracterizar cuantitativamente la integridad física de la córnea en un entorno clínico. Las técnicas de caracterización mecánica estándar, como extensiometria uniaxial de tiras (corneales), las pruebas de compresión e inflado, han proporcionado una comprensión básica de la biomecánica corneal ex vivo, pero estos métodos invasivos no son aplicables para el uso clínico.
Elastografía
Para la medición in vivo, la elastografía es prometedora, y se han ideado varios enfoques específicos con diferentes ventajas. La elastografía por ultrasonido de imágenes de esfuerzo y las imágenes de elasticidad de onda de cizallamiento (SWEI) se han utilizado para examinar la esclerosis y los cánceres de hígado, pero su resolución espacial y la energía acústica necesaria no son adecuadas para las aplicaciones corneales rutinarias. Se propuso la elastometría de ondas superficiales mediante un par de transductores de ultrasonido para las aplicaciones corneales, pero el enfoque de dos puntos no ofrecía una resolución espacial ni la capacidad de distinguir diferentes tipos de ondas elásticas. Los analizadores de la respuesta ocular y la elastografía óptica que utilizan estímulos de aire proporcionan índices empíricos relacionados con las propiedades viscoelásticas de la córnea. Sin embargo, estos enfoques no ofrecen una lectura cuantitativa del módulo elástico y requieren un análisis numérico complejo para las mediciones de resolución espacial. La microscopía de Brillouin puede medir el módulo longitudinal de la córnea con una alta resolución espacial, pero son los módulos de cizalla y de Young los que están directamente relacionados con la rigidez de la córnea con respecto a la fuerza externa.
Elastografía de coherencia óptica
La elastografía de coherencia óptica (OCE) ha surgido como una técnica prometedora con una alta resolución espacial y una gran sensibilidad a la deformación mecánica de los tejidos. Recientemente, se ha probado una técnica de OCE basada en la compresión en seres humanos, pero la capacidad de medir la elasticidad queda por desarrollar cuantitativamente. Los enfoques cuantitativos basados en la excitación de ondas elásticas han sido ampliamente estudiados con tejidos ex vivo y animales vivos.
En el artículo se informa, por primera vez hasta donde sabemos, de la medición cuantitativa in vivo del módulo de cizallamiento de la córnea humana. Esta medición fue posible gracias al empleo de un sistema OCE con una sonda de contacto miniatura que excita ondas elásticas de baja energía de manera segura en la córnea humana en un rango de frecuencia centrado alrededor de 10 kHz. Esta frecuencia de excitación relativamente alta induce ondas elásticas de tipo Rayleigh en la córnea humana, lo que permite realizar mediciones con gran precisión y resolución espacial. También demostramos la medición in vivo de la esclerótica humana.
Un estudio piloto de 12 sujetos sanos arrojó conclusiones interesantes que no se esperaban de los resultados anteriores ex vivo, como la dependencia del módulo de cizalla de la edad y los niveles fisiológicos de la PIO.
Proporcionamos posibles explicaciones para nuestra observación sobre la base de un modelo mecánico constitutivo de la córnea.
El trabajo es una colaboración entre el Instituto de Óptica (Visual Optics and Biophotonics Lab) y el Wellman Center for Photomedicine y Harvard Medical School, Massachusetts General Hospital, Boston, MA, USA
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