POLARImeTRÍA LáseR

CAPÍTULO 7. Pruebas estructurales
CAPÍTULO 7.3
Polarimetría láser
José M.ª Martínez de la Casa, Elena Hernández, Carmen Méndez Hernández,
Carmen Martín Valdizán, Ana Fernández Vidal, María Matilla, Julián García Feijóo
1. INTRODUCCIÓN
cambiando su estado de polarización y que el
cambio de polarización sufrido es proporcional
al espesor de la CFNR medido en micras. Esta
relación ha sido determinada histológicamente
en monos y 1° de retraso equivale a 7,4 micras
de espesor de la CFN (3).
La medida de la capa de fibras nerviosas de
la retina (CFNR) mediante la polarimetría láser
se basa en la asunción de las propiedades polarizantes de las fibras nerviosas retinianas, fenómeno conocido como birrefringencia (1,2).
Debido a estas propiedades, un haz luminoso
que atraviese la CFNR ve modificado su estado
de polarización y teóricamente el cambio sufrido es proporcional al trayecto de la luz por el
medio polarizante (espesor del medio) y puede
ser detectado (fig. 1). Este cambio del estado de
polarización se denomina retraso. El polarímetro láser (SLP) es un láser confocal con un elipsómetro que mide el retraso. Existe una relación
lineal entre el espesor de la capa de fibras y el
cambio de polarización sufrido por el haz, por
tanto, conociendo este último se puede deducir
el espesor de la CFNR (3).
Por todo ello al estudiar la CFNR mediante la
polarimetría láser se está asumiendo que la capa
de fibras nerviosas es un medio polarizante, que
la polarización de la luz se produce de un modo
homogéneo, que el haz atraviesa la CFNR en
todo su espesor y es reflejado por las capas internas de la retina atravesando de nuevo la CNFR,
2. EVOLUCIÓN DE LA POLARIMETRÍA
Si bien el primer prototipo de polarímetro
capaz de realizar medidas de la CFNR se desarrolló a finales de los 80, hasta 1994 no apareció el primer polarímetro clínico. Este primer
instrumento presentaba graves problemas de
reproducibilidad lo que impedía su uso para el
diagnóstico precoz del glaucoma. En sucesivas
versiones el instrumento mejoró la reproducibilidad de sus medidas y desde 1997 se dispone
de un instrumento capaz de realizar una medida
objetiva de la capa de fibras nerviosas y determinar la probabilidad de daño glaucomatoso comparando automáticamente los resultados del test
con una base de datos de controles normales.
2.1. GDx-Nerve Fiber Analyzer
(GDx-NFA, Laser Diagnostic Technologies,
San Diego, CA, USA)
Este polarímetro láser fue la primera versión
comercializada de este instrumento (fig. 2). Su
aplicación principal era la medición cuantitativa
del grosor de la capa de fibras nerviosas (CFNR)
de la retina peripapilar; sin embargo, muchos
factores como la birrefringencia corneal o el tamaño de la papila, suponían un artefacto en la
Figura 1: Mecanismo de funcionamiento de la polarimetría láser.
149
Diagnóstico y tratamiento del glaucoma de ángulo abierto
mento anterior para cada ojo. En la exploración
inicial se ha de adquirir una primera imagen sin
compensación que presenta el retardo total del
ojo, el software analiza la región macular para
determinar el eje y la magnitud de la birrefringencia del segmento anterior por la orientación
del patrón de birrefringencia de la mácula y la
magnitud de la birrefringencia del segmento anterior se calcula analizando el perfil circular de
birrefringencia de la mácula (6). Una vez que
el eje y la magnitud de la birrefringencia corneal han sido determinados se puede adquirir
la imagen de la capa de fibras que es automáticamente compensada con los valores obtenidos
previamente.
Con este polarímetro se obtienen mejores resultados en cuanto a sensibilidad, especificidad
y reproducibilidad (7), que permiten detectar
glaucomas preperimétricos, como lo demuestra
un trabajo realizado sobre el ojo adelfo de pacientes con glaucoma asimétrico (8).
Aunque el GDx-VCC puede discriminar de
forma más precisa entre ojos sanos y glaucomatosos (9,10) y sus medidas presentan una mayor
correlación con la sensibilidad visual (11,12)
que las obtenidas con las versiones previas del
instrumento, todavía existe un porcentaje significativo de imágenes del GDx-VCC (10-15%),
con patrones de birrefringencia o de retraso
«atípicos» (ABPs) (13) (APR), por interferencias
de las estructuras subretinianas (14). Los ABPs o
APR muestran áreas desiguales de aumento del
espesor en áreas normalmente asociadas con
descenso del espesor (ej. Cuadrantes temporal
y nasal) y rodeando la papila en su totalidad
(fig. 4), probablemente relacionados con una
relación señal/ruido insuficiente producida por
adelgazamiento del epitelio pigmentario de la
retina, más frecuentes pacientes de edad avanzada (15) y miopes (16).
Figura 2: GDx Nerve Fiber Analyzer.
medición del espesor de la CFNR, requiriendo
una cuidadosa interpretación de los resultados.
El GDx-Nerve Fiber Analyzer incorporaba un
compensador para neutralizar los efectos polarizantes de la córnea que asumía un grado de polarización corneal fijo para todos los individuos,
lo que suponía una compensación incompleta
de la birrefringencia corneal.
2.2. GDx con Compensador Corneal Variable
(GDx-VCC; Carl Zeiss Meditec, Dublin, CA)
El GDx-VCC compensa individualmente la
birrefringencia (4,5) (fig. 3) sumando el retraso
producido por la birrefringencia de la córnea,
el cristalino y la CFNR. Las últimas versiones
permiten compensar la birrefringencia del seg-
2.3. GDx-ECC (GDx-Enhanced Corneal
Compensation, Carl Zeiss Meditec;
Dublin,CA)
Este modelo de GDx, fue desarrollado para
incrementar la relación señal/ruido y eliminar
Figura 3: GDx con Compensador Corneal Variable.
150
7.3. Polarimetría láser
3. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
Para cada medida el aparato genera dos imágenes: una imagen de reflectancia (fig. 6) generada por la luz reflejada por la retina y una imagen de retardo que es convertida en grosor del
RNFL mediante un factor de conversión.
Cada imagen se compone de 256 (horizontal) por 128 (vertical) pixels que en un ojo emétrope equivale a 0,04565 mm de tamaño, lo que
supone un campo total de 11,9 por 5,9 mm, 40°
en horizontal y 20° en vertical.
Tras introducir los datos clínicos del paciente así como su fecha de nacimiento, sexo, etnia,
enfermedades sistémicas y equivalente esférico,
analizamos cada ojo de forma independiente. La
primera imagen, denominada de compensación
corneal, corresponde a la región macular, se utiliza para obtener la compensación de la birrefringencia corneal y requiere comprobar el posicionamiento exacto de la elipse correspondiente
Figura 4: Imagen de GDx-VCC con patrón de birrefringencia atípico.
los artefactos asociados con los patrones de retraso o birrefringencia atípicos (18) (fig. 5). Lo
que confirman varios estudios (17,18).
Figura 5: Imagen de GDx-VCC con ARP (izquierda) e imagen de GDx- ECC del mismo ojo (derecha).
Figura 6: Imágenes generadas por GDx-VCC.
151
Diagnóstico y tratamiento del glaucoma de ángulo abierto
de catarata o refractiva. A continuación se ha de
situar la elipse peripapilar que puede ser modificada en caso de atrofia peripapilar o creciente
escleral, etc. En la fase de adquisición se obtiene
la media de tres imágenes de la zona situada entre los dos círculos concéntricos que aparecen
alrededor de la papila. La imagen se presenta en
cuatro segmentos centrados en la papila: superior e inferior con 120°, nasal con 70°, y temporal con 50° y se muestra una representación
gráfica llamada TSINT (temporal, superior, nasal,
inferior, temporal). De las medidas obtenidas se
obtiene el índice de fibras nerviosas (NFI), que
refleja la probabilidad de que el paciente tenga
un daño glaucomatoso en una escala de 0 a 100,
donde los valores por encima 40 se consideran
anormales. La zona donde se realiza el cálculo
se determina automáticamente y se ajusta para
35 pixels con un diámetro interior de 27 y 8 de
ancho.
Los parámetros analizados por el software
son un resumen de las medidas basadas en los
valores del grosor del RNFL en el círculo de cálculo que es una banda fija centrada en el nervio óptico, con 0,4 mm. de ancho, un diámetro
externo de 3,2 mm. y un diámetro interno de
2,4 mm (fig. 7) que son comparados con una
base de datos y son cuantificados en términos
de probabilidad de normalidad.
En el ojo emétrope, se pueden obtener las medidas expresadas en milímetros, tal y como se
miden en la retina: radio exterior 1.628 mm y el
interior 1.256 mm. Los valores evaluados son expresados en pixels, los 256 valores están uniformemente distribuidos a lo largo del área circular. De
las tres áreas disponibles para el cálculo de los parámetros: pequeña, mediana y grande, se aconseja
utilizar la pequeña por su mejor calidad y fiabilidad. En pacientes con atrofia peripapilar, creciente miópico u otras anomalías papilares, se han de
utilizar áreas más grandes porque con la pequeña,
los datos recopilados podrían ser poco fiables. Tras
realizar las mediciones, el instrumento calcula el
retardo de la luz de todas las áreas consideradas y
los compara con la base de datos de sujetos normales de la misma edad, evaluando 13 índices.
Los resultados se pueden imprimir (fig. 8), se
presentan por separado para cada ojo según dos
Figura 7: Área de cálculo.
a la región macular, que aparecerá homogéneamente en color azul, pasándose seguidamente
a la fase de adquisición en la que se obtienen
imágenes compensadas de la CFNR. La compensación corneal se realiza en la primera prueba
y queda almacenado en la base de datos para
futuros exámenes. Es recomendable una nueva
medición de compensación corneal tras cirugía
Figura 8: Análisis de fibras nerviosas (Nerve fiber analysis).
152
7.3. Polarimetría láser
Figura 9: Imágen a color.
Figura 11: Mapa de desviación estándar.
tipos de análisis, el de fibras nerviosas (NFI) y el
serial análisis.
El NFA incluye imágenes del fondo de ojo,
mapa de espesor de CFNR, parámetros TSINT,
NFI, gráfico TSINT, y desviación del mapa de
referencia. El gráfico central TSNIT muestra datos de ambos ojos con el fin de facilitar la evaluación de la simetría interocular, que sólo se
muestra en este gráfico. Los datos aportados por
el GDx son:
• Imagen de color (fig. 9), artificialmente
añadido para ayudar a su observación y permitir
la evaluación de la calidad.
• Mapa de espesores (polarización): con
una codificación de colores de los puntos medidos que indica el espesor de la CFNR. Colores
calientes (rojo y amarillo) asociados con áreas
gruesas, que significa CFNR sana, colores fríos
asociados con zonas adelgazadas, indicando alteración en la CFNR. En sujetos normales, los
colores amarillo y rojo son asignados en secto-
res superior e inferior, los verde y azul en sectores nasal y temporal, respectivamente (fig. 10).
• Mapa de Desviación Estándar: Es un mapa
superpixelado que muestra la desviación de los
valores normales de referencia (fig. 11).
• Gráfico TSNIT (doble joroba): En la gráfica TSNIT se muestran los valores normales (área
sombreada) y los del paciente (línea oscura) del
espesor de CFNR en el área calculada. Mirando
el gráfico TSNIT, de izquierda a derecha, aparecen los valores del espesor temporal, superior,
nasal, inferior, y temporal nuevamente. En condiciones normales, el perfil CFNR muestra un
aspecto de doble joroba con mayor espesor en
sectores superior e inferior (fig. 12).
• Gráfico de simetría TSINT, es una comparación de las gráficas de ambos ojos que permite
evaluar las diferencias en el espesor de la CFNR
y en la forma y posición del gráfico TSNIT entre
los dos ojos.
Figura 10: Mapa de espesores.
Figura 12: Gráfico TSNIT (doble joroba).
153
Diagnóstico y tratamiento del glaucoma de ángulo abierto
• Mapa de desviación de la normalidad,
compara el espesor de la CFNR con la base de
datos de controles normales. Se presenta como
cuadrados pequeños de color que indican el
porcentaje de desviación de valor normal en
cada punto y se muestran sobre una imagen en
blanco y negro del fondo de ojo. La codificación
de colores sitúa la significación estadística de la
desviación de valores normales entre p>5% y
p<0,5%.
• Parámetros TSNIT, que son codificados en
distintos colores para indicar la desviación de
valores normales y ayuda a distinguir entre glaucomatosos y normales junto a los datos clínicos
de los pacientes. En el cuadro TSNIT (fig. 13) incluye los siguientes parámetros:
– 1. TSNIT promedio (average) que indica el
grosor medio en el área de cálculo.
– 2. Media Superior, indica el grosor medio
en los 120° superiores.
– 3. Media Inferior, indica el grosor medio
en los 120° inferiores.
– 4. TSNIT desviación estándar, representa
la desviación estándar del grosor de la CFNR en
los 360°.
– 5. Inter-eye symmetry, mide el grado de
simetría entre ambos ojos, correlacionando las
funciones de TSNIT. Los valores oscilan entre –1
y 1, en la que los valores cercanos a 1 representan una buena simetría. En los ojos normales se
sitúan sobre 0,9.
Además el aparato calcula el NFI (Nerve Fiber Indicador) que es una medida global basada
en el mapa de grosor de la CFNR que oscila en-
tre 1-100 e indica la integridad total del RNFL,
que se relaciona directamente con la probabilidad de que ese paciente presente glaucoma y se
considera que es el mejor parámetro para discriminar entre un ojo normal y uno glaucomatoso
(18). Aunque es únicamente orientativa, es recomendable utilizar la siguiente escala como para
la evaluación del NFI:
<30, baja probabilidad de GCAA.
30-50, sospechoso de GCAA.
>50, alta probabilidad de GCAA.
El valor del NFI depende de la buena ubicación del círculo, que debe estar centrado en la
papila.
4. UTILIDADES
4.1. Diagnóstico
Algunos estudios han sugerido que las alteraciones en la CFNR características del daño glaucomatoso, pueden detectarse hasta 6 años antes
de la aparición de defectos en el campo visual.
Hace ya más de dos décadas (19), que se demostró que cuando se detecta algún cambio en
la función visual, se han podido perder el 40%
de los axones de las células ganglionares. Se ha
comprobado que el 60% de los pacientes hipertensos oculares sufren alteraciones en la CFNR
6 años antes de la aparición de defectos perimétricos (20). Los ensayos clínicos randomizados
concluyen que el primer daño detectable en pacientes con glaucoma puede ser tanto estructural como funcional (21,22). El GDx puede predecir la pérdida de campo visual por glaucoma
en ojos de riesgo (23), en un estudio en el que
se analizaron 22 ojos de pacientes con glaucoma de ángulo abierto preperimétrico evaluados
mediante GDx, campo visual Humphrey 24-2 y
campo visual con tecnología de doble frecuencia (FDT) (24), el GDx pudo predecir el desarrollo de defectos del campo visual en pacientes
con sospecha de glaucoma. Los pacientes con
menor espesor de la CFNR más probabilidades
de desarrollar escotomas en el futuro. Algunos
estudios sugieren que los pacientes hipertensos
oculares presentan espesores de la CFNR inferio-
Figura 13: Parámetros TSNIT.
154
7.3. Polarimetría láser
res medidos con Polarimetría láser, aunque hay
cierto solapamiento con las medidas en controles sanos (25-27). Sin embargo, hay estudios que
no han encontrado diferencias entre hipertensos
oculares y controles (28,29), aunque la mayoría
confirma además la buena reproducibilidad la
alta sensibilidad y especificidad en el diagnóstico de glaucoma (30-33), que proporcionan una
serie de medidas cuantitativas útiles para realizar comparaciones y monitorizar cambios (34).
Los parámetros analizados por el GDx-VCC
son útiles para discriminar entre sujetos normales y glaucomatosos con defectos leves o moderados en la perimetría automatizada (35-38). La
mayoría de los parámetros presentan diferencias
significativas entre sujetos normales y glaucomatosos, aunque no parece haber diferencias
entre controles e hipertensos oculares. Entre todos los parámetros destaca el NFI como el de
mayor capacidad diagnóstica. La clasificación
diagnóstica del NFI se determinó a partir de la
distribución normal de sus valores en la base de
datos incluida en el propio GDx VCC. Otros estudios (46-48) han encontrado también que el
NFI es el parámetro de mayor rentabilidad diagnóstica para el glaucoma, con ABCs (área bajo
la curva ROC o Receiver Operating Characteristic) de hasta 0,98 (47). Lógicamente, el grado
de la extensión y profundidad de los defectos
del campo visual tiene una gran influencia en
la sensibilidad de los instrumentos de diagnóstico por imagen. La capacidad diagnóstica significativa es elevada para el NFI en los estudios
que incluyeron una población de glaucomas
con más del 50% de glaucomas severos (47), sin
embargo, en una población de glaucomas incipientes, la capacidad diagnóstica fue inferior
(ABC de 0,91 para el NFI) (46). En nuestro medio
(48), los resultados son superponibles, siendo el
NFI el parámetro con mayor ABC de nuevo. El
resto de parámetros que ofrece el GDx-VCC presentan ABCs menores que el NFI, con valores
por debajo de 0,80. Once parámetros de los 21
ofrecidos por el polarímetro presentan sensibilidades superiores al 60% para una especificidad
fijada en el 85%, aunque sólo 5 la siguen manteniendo para una especificidad del 90%. Estos
resultados se confirman en otro estudio (52),
que presenta 13 parámetros con sensibilidad
mayor al 62% para una especificidad del 80%,
en una población de predominio afroamericano, que presenta diferencias en la presentación
y evolución del glaucoma frente a la raza caucásica. Es factible que combinando los parámetros
en fórmulas discriminantes podamos conseguir
una mayor capacidad diagnóstica, como se ha
demostrado al evaluar diversos sistemas de evaluación objetiva de la CFNR (39-45,51).
Entre los parámetros de GDx con mayor capacidad predictiva y mayor capacidad de diferenciar entre pacientes glaucomatosos y controles se encuentran el Nerve Fiber Indicador (NFI),
Cociente Inferior, Modulación de la Elipse, Espesor Medio y Espesor Medio de la Elipse (46,47).
4.2. Progresión
El GDx, es una técnica útil para la detección
y la medida de la progresión en glaucoma, que
puede ayudar a detectar y a cuantificar progresión de forma precoz, incluso cuando el empeoramiento no es objetivable con perimetría, sin
embargo, el hardware ha sido modificado en
numerosas ocasiones y apenas hay estudios con
series suficientemente largas para probar la habilidad de la técnica para identificar la progresión.
Se trata de una buena técnica para este propósito ya que sus mediciones discriminan bien los
pacientes normales de los glaucomatosos (48),
predicen pérdidas de campo visual en ojos de
riesgo (49) y son altamente reproducibles (50).
La polarimetría proporciona unas medidas
(NFI o Indicador de Fibras Nerviosas) que detecta la anormalidad en la CFNR. Para mejorar estas
medidas, se ha cuantificado la forma del patrón
de «doble pendiente» (o TSNIT) del espesor de
la CFNR empleando un análisis de Fourier del
patrón de TSNIT (51). Además se ha empleado
un método de análisis por wavelet para enfatizar un cambio local en el patrón TSNIT. Combinando ambos métodos ha surgido el método
de análisis de Wavelet-Fourier (WFA) (52). Este
método es útil en el seguimiento y puede servir
para cuantificar de una manera sensible una forma anormal de la CFNR.
155
Diagnóstico y tratamiento del glaucoma de ángulo abierto
• Predicción de la progresión de la enfermedad. El WFA puede predecir una progresión posterior a partir de un examen del GDx de una sola
visita de manera fiable con el 90% de especificidad y hasta en el 70-75% en los pacientes hipertensos oculares que progresan a glaucoma (55).
Para evaluar la progresión de la enfermedad,
generalmente se emplea el software del Componente de Análisis de Progresión del GDx VCC
(Serial Analysis). Con este programa se resumen
en una misma página una serie de exploraciones
que posteriormente se evalúan por secciones.
La impresión del Análisis de Progresión (datos
simulados) de GDx VCC muestra los rasgos característicos para el seguimiento del paciente. Se
ilustra la información de cuatro revisiones consecutivas (fig. 14). Uno de los apartados de este
programa cuantifica los cambios locales y lo traduce en mapas de probabilidad que siguen un
patrón de colores. Consta de cuatro columnas
que muestran los siguientes rasgos: 1) el mapa
de CFNR normal de color-falso; 2) regiones de
definida anormalidad relacionadas con el espesor focal de un modelo población-color de superpixeles indicando probabilidad; 3) mapa de
desviaciones a partir de un examen basal indicando nivel de probabilidad a través de un código de color; 4) visualización de un prototipo en
desarrollo que muestra la probabilidad de cambio en lugares señalados por medio de colores.
En otra parte de la ilustración se superponen
los resultados de todas las exploraciones a comparar, en la gráfica de «doble pendiente» o «doble joroba» que ilustra los defectos de la CFNR
por sectores (TSNIT). Una tercera parte consta
de una tabla con valores numéricos de medidas de espesor de fibras de la retina dividida en
sectores, resumiendo los datos de todas las exploraciones. Por último, el análisis muestra una
gráfica con análisis de tendencia con probabilidad basada en valores de NFI de exploraciones
sucesivas.
El daño estructural produce un daño funcional equivalente que varia en función de la
severidad de este. El daño neuronal requerido
para producir un daño funcional, es menor en
estadios avanzados de la enfermedad que en los
iniciales. Esto explica, junto a la falta de anillo
Figura 14: Componente de Análisis de Progresión del
GDx VCC.
Las imágenes de la CFNR durante las revisiones permiten tres tipos generales de análisis:
• Monitorización de cambios locales en la
CFNR en el tiempo, gracias al software del Componente de Análisis de Progresión del GDx VCC,
que cuantifica cambios locales y lo traduce en
mapas de probabilidad que siguen un patrón de
colores cuyo tamaño puede revisarse con un seguimiento visual en visitas sucesivas y nos cuantifica el cambio ocurrido en relación con las
medidas previas, señalando la probabilidad de
cambio en los parámetros de GDx habituales.
• Comparación de todas las medidas del
estado de la CFNR en visitas sucesivas. El valor total de las medidas, como el número NFI
o el valor WFA obtenido en una visita, se puede comparar con el de cualquier otra, si dicho
número es normal, simplificará el uso de la
polarimetría, algunos parámetros del GDx han
demostrado ser más capaces de seguir la progresión de la pérdida de CFNR en las revisiones
(53,54). Puede ser útil buscar tendencias hacia
el cambio (estudiando varias visitas) o signos de
cambio (exceder el umbral en una revisión determinada).
156
7.3. Polarimetría láser
parámetros globales (TSNIT average, superior
average, e inferior average) usando gráficas de
regresión para detectar cambios difusos a lo largo del tiempo (15C). Aparece además un cuadro
que señala progresión en términos de «posible»
o «probable» (15D).
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Figura 15: GDx VCC análisis guiado de progresión (Guided Progression Analysis o GPA). Adelgazamiento significativo de la CFNR a lo largo del tiempo en el sector
inferior.(A) Mapa de cambio en imágen; (B) Cambio en
el gráfico TSNIT; (C) Cuadros de resumen de parámetros; (D) Valoración global de progresión.
neurorretiniano residual, la aparente falta de
sensibilidad del GDx para identificar progresión
en pacientes con daño estructural avanzado.
Esta afirmación deriva del estudio sobre los factores disociadores en el análisis del daño progresivo estructural y funcional en pacientes con
glaucoma (56).
Un nuevo software estadístico llamado GDx
VCC análisis guiado de progresión (GPA), usa
tres parámetros diferentes para despistaje de
progresión (fig. 15): (1) Mapa de progresión en
imagen, en el que aparecen defectos focales de
la CFNR progresivos que son vistos topográficamente en rojo (15A); (2) Gráfico de progresión TSNIT que considera cambio en 64 sectores en un área alrededor de la papila y señala
cambios significativos (al menos tres segmentos
adyacentes) comparados con la situación basal
en rojo (15B) y (3): Tabla de progresión de los
parámetros que marca la tasa de progresión de
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Diagnóstico y tratamiento del glaucoma de ángulo abierto
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