Cátedra N° 06 - Exámenes y programas

Cátedra N° 06

"Exámenes y programas"

Docente: TMO Claudio Zett Lobos

Año: 2014

Fig. 1 Evolución de la tecnología vs área comercial del OCT

RTA 5 de Marco / Talia (Retinal Thickness analyzer)

El RTA es la única herramienta que proporciona los tres componentes dominantes de cambios del glaucoma asociados en el fondo de ojo, que serían: Mácula, región peripapilar y zona del disco

El otros aspecto que permite estudiar el RTA es el grosor macular. En estudios con el tomógrafo de coherencia óptica (OCT) el grosor macular se ha mostrado útil en el estudio de los pacientes glaucomatosos, puesto que las células ganglionares y la CFN conforman la tercera parte del grosor retiniano total a nivel de la mácula.

Fig. 2 RTA 5 de Marco / Talia

Fig. 3 Reporte del OCT RTA Talia

GDx VCC de Zeiss

Esta técnica es la única que ha sido diseñada específicamente para el estudio cuantitativo de la CFNR. Se basa en las propiedades polarizantes de la CFNR y deduce su espesor a partir de los cambios de polarización que se producen en un haz láser proyectado.

Fig. 4 Equipo GDx de Zeiss

A continuación se presentarán una comparación de cada scan (Fig. 5) con respecto a la base de datos normativas, para cada edad.

Fig. 5 Reporte comparativo entre un ojo normal y otro con glaucoma

Algunos otros OCT

Fig. 6 OCT Cirrus HD - OCT de Zeiss

Fig. 7 Espectral OCT / SLO (OTI)

Fig. 8 OCT 3D - 1000 Topcon

Fig. 9 SOCT Copernicus de Optopol

Fig. 10 Spectralis HRA + OCT de Heidelberg

Pero ¿Por qué imagenología ocular?

Mirándolo desde el punto de vista del glaucoma

El diagnóstico del glaucoma se basa en varios parámetros clínicos, tanto estructurales como funcionales, topos los cuales tratan de determinar el estado de los axones del nervio óptico.

El AIGS COnsenso, redefine el glaucoma. El comité del glaucoma basado en la evidencia del AIGS Consensus Meeting ha propuesto: "Daño en el nervio óptico estructural progresivo" como el nuevo "Gold Standard".

El glaucoma es estructural antes que funcional, por lo cual, hay una pérdida del 40% de los axones, previo a daño campimétrico. Además en un 56,0% de los hipertensos oculares tiene pérdidas de la capa de fibras nerviosas 6 años antes de la aparición de defectos campimétricos. Basados en la topografía del nervio óptico versus daño de campo visual, el 55% de los hipertensos oculares pasan a considerarse glaucomatosos.

SAFE (Structure and Function Evaluation)

El daño glaucomatoso del nervio óptico predice la pérdida funcional visual. Los cambios de la CFNr preceden a los del nervio óptico, lo que enfatiza la importancia de estudiar cuidadosamente las características estructurales durante los exámenes clínicos.

Perlas clínicas estrucutrales

La gran ventaja de los equipos de imagenología ocular, es controlar la progresión del glaucoma respecto a su estado inicial. Principalmente, por la superposición entre las variabilidades normales y anormales de sus bases normativas.

El espectro del glaucoma

El examen de la papila y de la CFNr es fundamental para el diagnóstico y control del glaucoma. Además, el diagnóstico más temprano permite instituir ante el tratamiento. Los factores de riesgo determinan la tasa de progresión en todo el espectro. Y por último, el tratamiento y el diagnóstico oportuno, previene la pérdida de visión en todo el espectro.

Fig. 11 Espectro del glaucoma

Declaración de consenso para el estudio estructural y funcional en el glaucoma

Los métodos de detección de la estructura del nervio óptico deben ser parte de la rutina clínica del glaucoma. Que aún la sensibilidad y especificidad de los equipos modernos de imagenología ocular es limitada; por lo que aún tiene validez la evaluación por expertos de la estereoretinografía papilar.

La imagen digital se recomienda como herramienta clínica para mejorar y facilitar la evaluación del disco óptico y CFNr en la gestión del glaucoma.

El análisis automatizado de los resultados mediante la utilización de bases normativas apropiadas, es útil para la identificación de anomalías en consonancia con el glaucoma. Diferentes tecnologías de imagenología ocular, pueden ser complementarias y detectar las diferentes características anormales en un mismo paciente.

Mirándolo desde el punto de vista de la retina

El OCT es un sistema tomo y topográfico, la tomografía óptica de coherencia (OCT). Permite realizar una verdadera "Biopsia clínica" y cuantificar la importancia y características del edema macular diabético, principal causa de pérdida de visión en pacientes con retinopatía diabética. Este examen abre la puerta a tratamientos modernos y sofisticados, como la inyección vítrea de acetato de triamcinolona, por tener un ejemplo.

El OCT nos permite registrar objetivamente información sobre dimensiones de lesiones o estructuras oculares, estadios evolutivos y respuesta a terapias realizadas. Debemos recordar que, por tratarse de un sistema óptico la calidad de la imagen puede verse afectada por opacidades de medio.

El OCT es un excelente método de estudio de la acumulación intra o subretinal de fluido. Además es muy sensitivo con la angiografía ocular en la identificación de edema retinal en pacientes con distrofias retinales, con la ventaja agregada de no ser invasivo y de no presentar riesgo de reacciones alérgicas al agente intravenoso.

Este método de estudio ha diagnosticado la presencia de edema retinal biomicroscópico o angiográficamente "Ausente". También ha permitido clasificar el edema en intrarretinal, subretinal o mixto.

Es un invalorable método de estudio complementario para evaluar la respuesta terapéutica al realizar mediciones comparativas del espesor retinal y la distribución topográfica del edema.

El futuro, quizás, el OCT se convierta en un método complementario muy valorado en la práctica clínica, para determinar dosis mínima de mantenimiento, mostrar los cambios retinales que podrían explicar la respuesta de algunos pacientes sin cambios angiográficos, o la falta de respuesta en otros, y responder a la pregunta sobre el origen del edema en pacientes que responden o no al tratamiento.

Tomografía de coherencia óptica

En conclusión, la tomografía óptica coherente nos proporciona in-vivo, en tiempo real y en forma no invasiva y de no contacto, imágenes de alta resolución, información tomográfica, topográfica, cualitativa y cuantitativa.

En lo referente al segmento posterior, el OCT es preferentemente útil para diagnosticar adhesiones vítreo - retinales, localización de fluido y monitorear su respuesta terapéutica, como también para diferenciar membrana neovasculares coroideas (MNC) de tipo I y II para encontrar el plano de clivaje del EPR nativo.

Biofísica óptica en imagenología ocular (Tomografía de coherencia óptica)

Se basa en la "Interferometría de baja coherencia". El funcionamiento del aparato se basa en una técnica de medición óptica denominada interferometría de coherencia que utiliza un haz de luz proyectada sobre la retina con una longitud de inda de 820 nm (Cercano al infrarrojo).

La interferometría es una técnica usada de años, para el estudio de las estrellas y el espacio, es una técnica óptica que consiste en combinar la luz proveniente de diferentes receptores, para obtener una imagen de mayor resolución gracias a los patrones de interferencia, ya sea destructiva o constructiva, resultantes al combinar la luz obtenida.

La luz tiene un comportamiento dual, o sea, se comporta como un fotón, pero también se comporta como una onda.

Las ondas son perturbaciones que avanzan o que se propagan en un medio material o incluso en el vacío. A pesar de la naturaleza diversa de las perturbaciones que pueden originarlas, todas las ondas tienen un comportamiento semejante.

El sonido es un tipo de onda que se propaga únicamente en presencia de un medio que haga el soporte de la perturbación y la luz es otro tipo de onda que no necesita un medio para propagarse.

Se pueden encontrar valles (Valor mínimo de la onda) y crestas (Valor máximo de la onda), la amplitud de una onda es el valor máximo, tanto positivo como negativo, que alcanza una onda sinusoide, y la longitud de onda es la distancia existente entre una cresta y otra, o entre un valle y otro.

Fig. 12 Descripción de una onda

Las ondas pueden sumarse, ya sea positivamente o negativamente, en la interferencia positiva, la amplitud de la onda resultante es mayor a cualquiera de las ondas individuales y si es negativa, la onda resultante será menor que las que cualquiera de las ondas individuales.

Para poder observar interferencia de ondas, se deben cumplir una serie de condiciones: Las fuentes de las luces deben ser coherentes, para tener fases constantes entre sí y que pueden interferirse. Las fuentes de luz deben ser monocromáticas, para que sean de una sola longitud de onda. Debe aplicarse el principio de superposición, en donde se dice que es imposible que un fotón aniquile a otro.

La luz emitida por el OCT es coherente, lo que implica que la distancia entre los puntos luminosos es exactamente igual. Cuando esa luz incide sobre un objeto, la respuesta  que se obtiene es un reflejo que se puede medir, y que nos da la distancia a la que se encuentra ese objeto.

La "Interferencia positiva o constructiva", es cuando las crestas o valles de 2 ondas que cumplan los requisitos anteriores, coinciden entre sí generando una onda con una amplitud resultante mayor.

La "Interferencia negativa o destructiva", es cuando la onda de una valle coincide con la cresta de otra onda, generando una onda con una amplitud resultante menor.

Fig. 13 Imagen superior: Interferencia positiva o constructiva. Imagen inferior: Interferencia negativa o destructiva

En el patrón de interferencia, las zonas claras muestran donde hay interferencias positivas y las oscuras interferencias negativas.

EL principio físico utilizada es que dos ondas de luz que coinciden en fase (Coherente), se amplifican mientras que dos ondas en oposición de fase se cancelan. Este equipo no usa cualquier tipo de interferometría, la que se puede dividir en: Interferometría coherente, Interferometría de manchado, Interferometría de baja coherencia e Interferometría astronómica.

Fig. 14 Representación de la Interferometría

El OCT usa el principio de la interferometría de baja coherencia, para lo cual usa el interferómetro de Michelson.

El poder de una fuente no coherente de espectro estrecho (O sea casi coherente), se divide en dos, mediante un espejo semitranslúcido en 45°, uno se dirige hacia un espejo de referencia interna (Perfectamente plano) y el otro hacia la muestra en estudio. Después estos 2 rayos se devuelven gracias a la reflexión y los dos haces se recombinan dentro del interferómetro llegando a un fotodetector.

En el fotodetector, producen el fenómeno de interferencia, el cual genera un patrón de franjas brillantes y oscuras, que dan cuenta de una imagen punto a punto de la muestra. La intensidad de luz de cada punto depende de la diferencia de trayectoria entre los dos haces. Pequeños desplazamientos de la superficie de referencia producen cambios en el patrón de franjas , lo que hace posible registrar y computarizar la variación de las diferentes alturas presentes en la superficie en estudio.

Para tener en cuenta, la combinación de varios A-scan, produce un B-scan, por eso se dice que se asemeja a una ecobiometría A/B

Fig. 15 Varios A-scan forman un B-scan

Fig. 16 La resolución axial es de 3𝜇 a 5𝜇. En cambio, la resolución longitudinal es de 15𝜇

Otros equipos imagenólogicos y otros términos a tener presente

Laser Confocal de barrido (HRT 3)

Los sistemas de barrido, utilizan un haz luminoso puntiforme que recorre o escanea el objeto a estudiar, en este caso la retina. Durante el proceso, el haz ilumina cada punto de la retina un corto espacio de tiempo, y la luz reflejada desde la retina es a continuación almacenada.

Se emplea un sistema de iluminación, a través, de un láser diodo (675 nm). La confocalidad, principio descrito por Minsky en los años 56 (Pero usado desde los 80). Es que se puede observar solo el plano que está situado en el punto de foco del sistema óptico eliminando, de forma óptica, a través, de un pinhole, la luz proveniente de los planos que están fuera de foco.

Fig. 17 Esquema que muestra de manera simplificada el principio del microscopio confocal y el trayecto de la luz. El rayo láser (Luz azul) es filtrado por un agujero y un espejo dicroico; luego es enfocado mediante un lente objetivo sobre el espécimen y estimula la fluorescencia presente en el mismo (Luz verde). La fluorescencia es recolectada por el objetivo y dirigida al espejo dicroico que la refleja y dirige hacia un detector y sólo deja pasar la luz proveniente del plano de enfoque (Línea continua). La fluorescencia fuera de foco de las zonas que están por encima y por debajo del plano de enfoque no pasa por el agujero y por lo tanto no formará parte de la imagen.

Birrefringencia (GDx VCC)

La CFN es una estrucura birrefringente, la birrefringencia también conocida como doble refracción, es un fenómeno complicado que se presenta en algunos materiales, como en la calcita y otros cristales no cúbicos y en algunos plásticos sometido a tensión como el celofán. En la mayoría de los materiales la velocidad de la luz es la misma en todas las direcciones. Estos materiales son llamados isótropos

Fig. 18 Isótropos y anisótropos

Las sustancias isotrópicas, tienen siempre el mismo comportamiento independientemente de su dirección, en nuestro caso mismo n. Las sustancias anisotrópicas, las propiedades varían con la dirección, en nuestro caso, distinto n (CFN).

La CFN está compuesta por los axones de las células ganglionares de la retina, estos axones contienen microtúbulos en su interior, estas son estructuras que forman parte del citoesqueleto celular, son organelos cilíndricos con un diámetro menor que el de la longitud de onda usada, estos microtúbulos están ordenados paralelamente por lo cual causan el fenómeno de la birrefringencia.

Utilizar un láser de diodo de baja intensidad con una longitud de onda de 780 nm. Básicamente, se proyecta un haz láser polarizado hacia la CFN que modificará su estado de polarización tras atravesarla. Finalmente el haz es reflejado de nuevo hacia el instrumento, pero como se generan 2 rayos que viajam a distintas velocidades, se genera un retardo entre los 2 rayos, este retardo es que considera el equipo para saber el grosor de la CFN.

Fig. 19 Láser birrefringente

Algoritmos

1. Carácter finito: Un algoritmo siempre debe terminar después de un número finito de pasos.

2. Precisión: Cada paso de un algoritmo debe estar precisamente definido; Las operaciones a llevar a cabo deben ser especificadas de manera rigurosa y no ambigua para cada paso.

3. Entrada: Un algoritmo tiene cero o más entradas; Cantidades que le son dada antes de que el algoritmo comience, o dinámicamente, mientras el algoritmo corre. Estas entradas son tomadas de conjuntos específico de objetos.

4. Salida: Un algoritmo tiene una o más salidas; Cantidades que tienen una relación específica con las entradas.

5. Eficacia: También se espera que un algoritmo sea eficaz, en el sentido de que todas las operaciones a realizar en un algoritmo deben ser suficientemente básicas como para que en principio puedan ser hechas de manera exacta y en un tiempo finito por un hombre usando lápiz y papel.

Transforma la intensidad de la luz que se devuelve de la retina, en una escala de colores. La luz reflejada generalmente está entre los -50 dB a -95 dB, siendo -50 dB la máxima señal y -95 dB la menor señal.

Las estructuras retinianas que corresponden a la ROR (Reflectividad óptica relativa) alta (Elementos horizontales) como el EPR, la CFN y la coriocapilar, son los que más luz reflejan (Obtienen señales cercana a los -50 dB), es por esto que en las imágenes se ven de color rojo, y las estructuras de la ROR baja (Elementos verticales) como las capas nucleares y las plexiformes, se ven de colores más verdes y oscuros, ya que al estar verticales reflejan poca luz (Obtienen señales cercanas a los -95 dB).

Domain

Las nuevas unidades basan sus bondades en la rapidez de la adquisición de la señal de retorno emitida por el interferómetro y resolución, así se describen tecnologías como:

> Timen Domain.

> Fourir Domain.

> Spectral Domain.

Todas estas denominaciones dicen relación con la velocidad en la captura y procesamiento de la señal de retorno emitida por el interferómetro de Michelson.

Jean - Baptiste Joseph Fourier (1768 - 1830). Descomposición de funciones periódicas en series trigonométricas de Fourier se aplican en el "Dominio de la frecuencia" para obtener información que no es evidente en el dominio del tiempo.

Series de Fourier

El teorema de Fourier, base de la nueva tecnología en OCT, dice que cualquier oscilación periódica, por compleja que sea, se puede descomponer en una serie de movimientos ondulatorios simples y regulares, la suma de los cuales es la oscilación compleja inicial.


Se demuestra matemáticamente que una señal periódica se puede descomponer en una suma de senos y cosenos, formando una base ortogonal, de esta forma, señales como la voz o las ondas se pueden descomponer en un sumatorio de señales trigonométricas. El conjunto de constantes que multiplican a cada frecuencia, forman el espectro de frecuencias.

Las series de Fourier, simplifican significativamente los cálculos de serie trigonométricas complejas como lo son las frecuencias de onda entregados por el espectómetro transformando los datos de profundidad, por lo tanto, acortan ostensiblemente el tiempo de cálculo.

Time Domain

Se adquiere información temporal scan por scan, mientras el tejido es escaneado espacialmente variando en el tiempo. Las condiciones de fase de la fuente luminosa coherente (Diodo luminiscente). De esta forma la información es recolectada temporalmente en forma de potencia (Detector mecánico).

Fig. 20 Tecnología Time Domain

Fourier Domain

Se adquieren "Imágenes" (Series de Scan completos) de patrones de interferencia. Estos patrones son producidos mejorando el set up óptico normalmente con una fuente espacialmente coherente (Láser) y un espectómetro. Por lo tanto, parte del procesamiento de la información es realizado ópticamente y almacenado bidimensionalmente.

Fig. 21 Tecnología Fourier Domain

Fig. 22 Diferencia entre tecnología Fourier y Time Domain

Fig. 23 Velocidad de barrido del OCT

Resumen

Con el cambio de dos componentes de la tecnología time domain, es posible mejorar la velocidad de adquisición de los datos y la resolución. En el time domain, se debe mover durante los scans y un fotodetector es utilizado para analizar los datos midiendo las diferentes posiciones en profundidad serialmente.

Al contrario en fourier - spectral domain, no es necesario mover un espejo y, analiza los datos empleando un espectómetro que puede medir diferentes posiciones en profundidad simultáneamente y la señal es capturada por una cámara CCD.

NO HAY QUE OLVIDARSE DE...

Fig. 24 FD - OCT + Capas histológicas de la retina

Fig. 25 Límites de las capas de la retina

1. En estudios con tomografía de coherencia óptica, el grosor macular se ha mostrado útil en el estudio de los pacientes glaucomatosos, puesto que las células ganglionares y la capa de fibras nerviosas conforman la tercera parte del grosor retiniano total a nivel de la mácula.

2. La observación de la cabeza del nervio óptico, en un individuo oftalmológicamente sano, la papila se presenta como un disco de color rojo - anaranjado de bordes netos, la porción central del disco usualmente tiene una depresión y una zona de palidez, que representa una ausencia parcial o completa de axones (Excavación, paralela al reborde neural). En condiciones normales el tamaño y la excavación son las mismas, es importante observar que no siempre es así, en especial en estados patológicos.

3. Clasificación del disco óptico (Fig. 26):

Fig. 26 Clasificación del disco óptico

Fig. 27 Frecuencia de tipos de disco en glaucoma

Fig. 28 Diámetro de la excavación y del disco

4. La mayoría de las papilas normales cumplen la llamada regla ISNT (Fig. 29) o relación proporcional entre los distintos sectores del anillo. Según esta regla, el grosor del sector inferior es mayor que el sector superior a su vez es mayor que el sector nasal y éste mayor que el temporal.

Fig. 29 Papila y curva ISNT