Advancing the diagnosis of Dry Eye Syndrome : development of dynamic, automated tear film Break-Up assessment

[Resumen] El síndrome de ojo seco es un trastorno común de la película lagrimal que afecta a un sector significativo de la población, impactando en la calidad de vida. El diagnóstico de esta enfermedad es difícil debido a su etiología multifactorial, por lo que hay varias pruebas clínicas para evaluar diferentes aspectos de la película lagrimal. Una de las pruebas empleadas habitualmente es el test de BUT, que consiste en medir el tiempo transcurrido desde el último parpadeo hasta la ruptura de la película lagrimal, representada por la aparición de áreas oscuras que corresponden al adelgazamiento de la película lagrimal en la superficie ocular. Además del tiempo, hay varias características de la ruptura como la zona, la forma, el tamaño y la evolución, que podrían afectar a la severidad del síndrome de ojo seco. Sin embargo, el test de BUT presenta una baja repetibilidad debido principalmente a la apreciación subjetiva de los puntos oscuros, las diferencias entre expertos y la variabilidad de la película lagrimal. Además, la caracterización a mano de las zonas de ruptura es una tarea tediosa que consume mucho tiempo. La automatización del análisis de la ruptura reduciría su carácter subjetivo, permitiendo una evaluación más precisa de la película lagrimal. Este trabajo presenta una metodología novel para una evaluación de la ruptura de la película lagrimal totalmente automática. Este estudio permite un análisis cuantitativo y cualitativo de la inestabilidad de la película lagrimal como una extensi´on de la medida de BUT, que se centra solo en el tiempo. Esta metodolog´ıa proporciona resultados de precisión en los mismos rangos que entre los propios expertos. Así, la evaluación automática de la ruptura ahorra tiempo a los expertos proporcionando resultados imparciales que no están afectados por factores subjetivos.Resumo O síndrome de ollo seco é un trastorno común da película lacrimal que afecta a un sector significativo da poboación, impactando na calidade de vida. A diagnose desta enfermidade é difícil debido a súa etioloxía multifactorial, polo que hai varias probas clínicas para avaliar diferentes aspectos da película lacrimal. Unha das probas empregadas habitualmente é o test de BUT (Break-Up Time), que consiste en medir o tempo transcorrido dende o último pestanexo ata a ruptura da película lacrimal, representada pola aparición de áreas escuras que corresponden ó adelgazamento da película lacrimal na superficie ocular. Ademais do tempo, hai varias características da ruptura como a zona, forma, tamaño e evolución, que poderían afectar á severidade do síndrome de ollo seco. Sen embargo, o test de BUT presenta unha baixa repetibilidade debido principalmente á apreciación subxectiva dos puntos escuros, ás diferencias entre expertos e á variabilidade da película lacrimal. Ademais, a caracterización á man das zonas de ruptura é unha tarefa tediosa que consume moito tempo. A automatización da análise da ruptura reduciría o seu carácter subxectivo, permitindo unha avaliación máis precisa da película lacrimal. Este traballo presenta unha metodoloxía novel para unha avaliación da ruptura da película lacrimal totalmente automática. Este estudo permite unha análise cualitativa e cuantitativa da inestabilidade da película lacrimal como unha extensión da medida de BUT, que se centra só no tempo. Esta metodoloxía proporciona resultados de precisión nos mesmos rangos que entre os propios expertos. Deste xeito, a avaliación automática da ruptura aforra tempo ós expertos proporcionando resultados imparciais que non están afectados por factores subxectivos.[Abstract] Dry Eye Syndrome (DES) is a common disorder of the tear film which affects a significant sector of the population, impacting on quality of life. The diagnosis of this condition is difficult due to its multifactorial etiology, so there are a wide number of tests to evaluate different aspects of the tear film. Among the different tests available, the Break-up Time test (BUT) is a widely used measure to evaluate the quality and stability of the tear film on the ocular surface. It consists in measuring the time elapsed since the last blink until the tear film break-up, that is, the appearance of dark areas related to a thinning of the tear film on the surface of the eye. Besides the time, there are several break-up features such as the location, shape, size and dynamics of the breakup areas, which could affect to dry eye severity. However, the BUT test is affected by low repeatability mainly due to a subjective appreciation of the dark spots, the differences among the experts, and the variability of the tear film. Furthermore, the characterization by hand of break-up areas is a tedious and time consuming task. The automation of the break-up assessment would reduce its subjective character, allowing a more accurate evaluation of tear film stability. This work presents a novel methodology for a fully automatic assessment of the tear film break-up. The proposed methodology allows a quantitative, qualitative analysis of tear film instability, as an extension of BUT measurement, which is focused only on time. It provides accuracy results that are in the same ranges as the experts themselves. Therefore, the automated breakup assessment saves time for experts providing unbiased results which are not affected by subjective factors

Parallel definition of tear film maps on distributed-memory clusters for the support of dry eye diagnosis

[Abstract] Background and objectives The analysis of the interference patterns on the tear film lipid layer is a useful clinical test to diagnose dry eye syndrome. This task can be automated with a high degree of accuracy by means of the use of tear film maps. However, the time required by the existing applications to generate them prevents a wider acceptance of this method by medical experts. Multithreading has been previously successfully employed by the authors to accelerate the tear film map definition on multicore single-node machines. In this work, we propose a hybrid message-passing and multithreading parallel approach that further accelerates the generation of tear film maps by exploiting the computational capabilities of distributed-memory systems such as multicore clusters and supercomputers. Methods The algorithm for drawing tear film maps is parallelized using Message Passing Interface (MPI) for inter-node communications and the multithreading support available in the C++11 standard for intra-node parallelization. The original algorithm is modified to reduce the communications and increase the scalability. Results The hybrid method has been tested on 32 nodes of an Intel cluster (with two 12-core Haswell 2680v3 processors per node) using 50 representative images. Results show that maximum runtime is reduced from almost two minutes using the previous only-multithreaded approach to less than ten seconds using the hybrid method. Conclusions The hybrid MPI/multithreaded implementation can be used by medical experts to obtain tear film maps in only a few seconds, which will significantly accelerate and facilitate the diagnosis of the dry eye syndrome.Ministerio de Economía y Competitividad; TIN2013-42148-PPortugal. Fundação para a Ciência e a Tecnologia; POCI-01-0145-FEDER-006961Portugal. Fundação para a Ciência e a Tecnologia; UID/EEA/50014/2013Portugal. Fundação para a Ciência e a Tecnologia; SFRH/BPD/111177/2015

Fitting ODE models of tear film breakup

Several elements are developed to quantitatively determine the contribution of different physical and chemical effects to tear breakup (TBU) in normal subjects. Fluorescence (FL) imaging is employed to visualize the tear film and to determine tear film (TF) thinning and potential TBU. An automated system using a convolutional neural network was trained and deployed to identify multiple TBU instances in each trial. Once identified, extracted FL intensity data was fit by mathematical models that included tangential flow along the eye, evaporation, osmosis and FL intensity of emission from the tear film. Optimizing the fit of the models to the FL intensity data determined the mechanism(s) driving each instance of TBU and produced an estimate of the osmolarity within TBU. Initial estimates for FL concentration and initial TF thickness agree well with prior results. Fits were produced for $N=467$ instances of potential TBU from 15 normal subjects. The results showed a distribution of causes of TBU in these normal subjects, as reflected by estimated flow and evaporation rates, which appear to agree well with previously published data. Final osmolarity depended strongly on the TBU mechanism, generally increasing with evaporation rate but complicated by the dependence on flow. The method has the potential to classify TBU instances based on the mechanism and dynamics and to estimate the final osmolarity at the TBU locus. The results suggest that it might be possible to classify individual subjects and provide a baseline for comparison and potential classification of dry eye disease subjects

Automatic detection of fluorescein tear breakup sequence

Dry Eye Syndrome is a common disease in the western world, with effects from uncomfortable itchiness to permanent damage to the ocular surface. Almost 5 million Americans over 50 years old suffer from dry eye. A conservative estimate shows that approximately 17 million Americans have contact lens related dry eye -one of the main factors to contact lens discontinuation. In addition, the incidence of the disease is on the rise. Nevertheless, there is still no gold standard test that can reliably detect dry eye. One of the most commonly used tests by clinicians to detect dry eye is the Fluorescein Break Up Time (FBUT). However, results vary a lot between clinicians. Other tests such as observing the tear meniscus height are also performed regularly by the clinicians but not necessarily in conjunction with the FBUT test. Therefore there is a real need for a reliable, robust and operator-dependent method to evaluate dry eye. To our knowledge, no previous research has been conducted on automatic evaluation of dry eye in fluorescein images. In this thesis, we present new algorithms to automatically detect various dryness signs and make a number of original contributions. The first problem we address is how to detect the dry areas in fluorescein videos of the anterior of the eye, which are captured using a portable camera. We present a new multi-step algorithm which first locates the iris in each image in the video, then aligns the images according to the location of the iris and finally analyzes the aligned video to find the regions of dryness. We produce a novel segmentation result called dryness image, which depicts the various degrees of tear film thinning over the corneal surface. Then, we demonstrate through experiments that there is a large variation in the estimated Break Up Time (BUT) between clinicians and no ground-truth can be defined. To overcome that, we define a new value based on the clinical definitions of the BUT. These definitions are converted to image processing properties and an estimate of the BUT is computed using temporal analysis of the aligned video. We demonstrate that our new value is in the accepted range of the BUT values provided by the clinicians. We present an extension to the dryness algorithm, which is based on transforming the video to a volume by considering each video frame as a slice in a 3D volume. On a volume, a temporal monotonic constraint can be applied between pixels in consecutive slices. The constraint enforces the clinical definition of tear film thinning over time -the amount of fluid cannot increase while not blinking. The constraint is applied directly into the cost function and the whole volume is segmented simultaneously using graph-cuts. As a consequence, the approach is more robust and less sensitive to alignment errors. Finally, we generalize the idea and explain how monotonic constraints can be applied to other imaging modalities. In the last part of the thesis, we develop a new algorithm to evaluate the tear meniscus height and shape using graph-cuts. We formulate the segmentation problem using asymmetric cost functions and demonstrate its power and usefulness for the task. The asymmetry induces which directional moves are permitted in the minimization process and thus produces a result that adheres to the known shape properties of the tear meniscus. The iterative algorithm provides simultaneously the best segmentation result and shape prior of the meniscus

Objetivación en el diagnóstico del síndrome de ojo seco. Correlación entre pruebas clínicas

Mantener la estructura y función de la película lagrimal es esencial para que pueda existir una correcta visión y confort ocular. El Síndrome de Ojo Seco (SOS) es una enfermedad de la unidad funcional lagrimal con un diagnóstico controvertido cuya prevalencia ha aumentado mucho en los últimos años, influyendo a la calidad visual y calidad de vida de las personas. La principal finalidad del presente trabajo es objetivizar tests clínicos de diagnóstico de SOS mediante técnicas semiautomáticas y automáticas de procesado de imagen y video, y desarrollar nuevos protocolos de medida, y así como analizar las relaciones entre los diferentes tests. Para ello, tomando como referencia los principales mecanismos de la patogénesis del Síndrome del ojo seco (la inestabilidad y la hiperosmolaridad lagrimal), la presente tesis se divide en tres partes principales: 1) un conjunto de cuatro estudios de la estabilidad de la película lagrimal donde se realizan análisis de diferentes parámetros de la misma y se valida un test automático de medida; 2) un estudio para validar un test de medida semiautomático para evaluar la altura del menisco lagrimal; y finalmente 3) un estudio donde se proponen y evalúan diferentes métodos de medida para el uso de un osmómetro basado en el descenso del punto de congelación aplicado a la película lagrimal. Los estudios de validación demostraron resultados prometedores en los tests automáticos y semiautomáticos para el estudio de la estabilidad y cantidad de lágrima. Se encontraron además relaciones importantes de la estabilidad lagrimal con la cantidad de lípidos producidos a nivel palpebral, el área y evolución de la velocidad de ruptura y la osmolaridad lagrimal, Así mismo, los protocolos relacionados con el osmómetro basado en el punto de congelación, aunque presentan ciertas limitaciones, pueden aplicarse en lágrima con la dilución adecuad

Artificial intelligence in dry eye disease

Dry eye disease (DED) has a prevalence of between 5 and 50%, depending on the diagnostic criteria used and population under study. However, it remains one of the most underdiagnosed and undertreated conditions in ophthalmology. Many tests used in the diagnosis of DED rely on an experienced observer for image interpretation, which may be considered subjective and result in variation in diagnosis. Since artificial intelligence (AI) systems are capable of advanced problem solving, use of such techniques could lead to more objective diagnosis. Although the term ‘AI’ is commonly used, recent success in its applications to medicine is mainly due to advancements in the sub-field of machine learning, which has been used to automatically classify images and predict medical outcomes. Powerful machine learning techniques have been harnessed to understand nuances in patient data and medical images, aiming for consistent diagnosis and stratification of disease severity. This is the first literature review on the use of AI in DED. We provide a brief introduction to AI, report its current use in DED research and its potential for application in the clinic. Our review found that AI has been employed in a wide range of DED clinical tests and research applications, primarily for interpretation of interferometry, slit-lamp and meibography images. While initial results are promising, much work is still needed on model development, clinical testing and standardisation

Age related variations in anterior ocular characteristics and response to short term contact lens wear

The purpose of this thesis was to investigate age related variations in anterior ocular characteristics and their effect on the response to short-term (one-hour) open eye orthokeratology (OK) lens wear and overnight hydrogel lens wear. Sixty-three volunteer subjects were divided into three groups comprising children (Group I), young adults (Group II) and older adults (Group III). Anterior ocular characteristics that were measured included corneal topography with the Medmont corneal topographer, total, stromal and epithelial thickness with the Holden-Payor optical pachometer, microscopic cell characteristics with the confocal microscope, corneal aesthesiometry, corneal modulus of elasticity, and tear film, palpebral and eyelid characteristics. The older cornea was found to be more spherical in shape (asphericity Q = -0.24 ± 0.07 in group III compared to -0.34 ± 0.09 and -0.32 ± 0.17 in groups I and II respectively) and showed a tendency from with-the-rule to against-the-rule astigmatism. Older subjects also had a decreased endothelial cell density (2596 ± 111 cells/mm2 in group III compared to 2793 ± 138 cells/mm2 in group II) and reduced eyelid tension compared to the younger groups. Children were found to have lower blink rates than adults. It was concluded that these changes might have a significant impact on contact lens wear. The responses to two contact lens based techniques, orthokeratology (OK) and hydrogel overnight wear (ON), were studied. Sixty subjects (20 per group) wore reverse-geometry lenses (BE, Ultravison Aust Pty Ltd) of Boston XO material in one eye under open eye conditions for one hour in one eye only. Changes in unaided visual acuity, corneal curvature, corneal thickness and confocal microscopic variables were measured after OK lens wear. All subject groups showed statistically significant improvements (p &lt 0.05) in unaided visual acuity, a trend for more positive (less prolate) corneal asphericity, increase in apical corneal radius and decrease in central total corneal thickness, after OK lens wear. When the groups were stratified, statistical significance was obtained between the older group and the other two younger groups for change in apical corneal radius (0.23 ± 0.01 mm in group I, 0.15 ± 0.01 mm for group II, 0.06 ± 0.33 for group III). The change in asphericity also showed significant differences between the older age group (0.10 ± 0.08 mm) and the young adult group (0.21 ± 0.13). Central corneal thinning obtained after one hour of OK lens wear revealed significant differences between the older adult group (-1.9 ± 3.2 μm) and the other two groups (-5.0 ± 5.9 μm in group I, -5.0 ± 2.0 μm for group II). Sixty subjects wore hydrogel lenses (One-Day Acuvue, Johnson and Johnson Visioncare Pty Ltd) made of etafilcon A in one eye only overnight during sleep at their home. Changes in unaided visual acuity, corneal curvature, corneal thickness, confocal microscopic variables and slitlamp variables were measured after ON lens wear. All subjects showed significant thickening (p &lt 0.05) of the cornea with ON wear, more in the lens-wearing eye. This study reported that the edema response induced by Acuvue contact lenses is stromal in origin. The edema response of the older group (33.9 ± 11.5 μm) was lower than the other two groups as demonstrated by the difference in the change in central stromal thickness (49.3 ± 20.3 μm for group I and 51.0 ± 20.0 μm for group II). However, a statistically significant difference in the change in thickness was not reached either for the central total corneal thickness or for other topographic locations. Corneal and visual changes found in this study confirm previous reports of the effects of short term OK and hydrogel ON lens wear. Older lens wearers showed a reduced or delayed response to short-term lens wear. Studies investigating the effects of age with long lens-wearing durations are warranted to quantify these effects further

An evaluation of gas permeable contact lens polymers and the effects on the corneal endothelium of long term PMMA contact lens wear

Purpose: Long term hard contact lens wear may produce corneal changes, the most significant of which are those in the corneal endothelium. A proposed link with hypoxia being the main cause of these changes is fairly strong, and therefore the purpose of this thesis was twofold. To determine; 1. If prolonged hard contact lens wear has deleterious and potentially dangerous effects on the endothelium and 2. If the newer generation of oxygen permeable polymers demonstrated enhanced mechanical and physical properties to those of non-permeable polymethylmethacrylate. Methods: A method of polarography was developed as an electro-chemical means of measuring the diffusion of oxygen through various contact lens materials (n=8). Apparatus was devised to measure stress/strain curves on RGP material samples (n=12) and relate their mechanical properties to oxygen permeability values. High oxygen permeable lenses were fitted to astigmatic corneas to determine the degree of lens flexure and the corresponding induced astigmatism. Contact specular microscopy of the corneal endothelium was carried out on long term PMMA lens wearers (n=57) and a group of normal controls (n=45). Morphometry, using image analysis of the photomicrographs, allowed calculation of the mean cell area, cell density, coefficient of variation in cell area, and the skewness and kurtosis of the cell population of both groups of subjects. Central corneal thickness was measured in both groups of subjects. Results: Polarography was found to be a repeatable method of measuring oxygen permeability in a range of GP materials of varying oxygen permeability. All RGP materials tested, demonstrated significantly greater oxygen permeability than PMMA but less than that suggested by the manufacturers. The Young's Modulus of materials (n=7) varied significantly across the range tested and there was a significant correlation between oxygen permeability and flexibility (r=-.98). The flexing of high Dk lenses on astigmatic eyes was significant, but the degree was unpredictable. Specular microscopy revealed significantly greater polymegethism (t test, p10 years) contact lens wear. Although no individual cornea showed evidence of decompensation, the widespread endothelial changes observed suggest that this might be a risk following intra-ocular surgery

Non-invassive assessment of the tear film and the ocular surface: Effect of contact lenses

El diagnóstico y tratamiento del síndrome del ojo seco es un reto debido al carácter multifactorial de la enfermedad y la falta de un test clínico “gold standard”. Además, la falta de correlación entre los signos y síntomas de la enfermedad del ojo seco, la falta de correlación entre métricas, su baja repetibilidad, su carácter invasivo y su relativa objetividad dificulta el estudio de la película lagrimal y el diagnóstico de la enfermedad del ojo seco. En el Capítulo 1 del presente trabajo se describen las características principales de la película lagrimal y la enfermedad del ojo seco, y se realiza una revisión bibliográfica sobre técnicas no invasivas de análisis de la película lagrimal y la superficie ocular. Las técnicas de imagen no invasivas tienen un alto potencial a explotar en el estudio de la película lagrimal y del síndrome del ojo seco. El análisis no invasivo de la superficie ocular permite a los clínicos evaluarla bajo condiciones más naturales, evitando el lagrimeo reflejo y la desestabilización de la película lagrimal. Generalmente, estas técnicas son más precisas, repetibles y objetivas que las invasivas. Por lo tanto, técnicas no invasivas deberían ser consideradas para evaluar la película lagrimal y la superficie ocular frente a técnicas invasivas para conseguir una mayor capacidad diagnóstica y manejo de los pacientes con sequedad ocular. Aunque existen muchas técnicas de imagen de análisis de la película lagrimal, este es todavía un campo de estudio que necesita más investigación y que tiene un alto potencial para ser explorado. Por lo tanto, es necesario el desarrollo de nuevos métodos no invasivos y objetivos para evaluar la película lagrimal, siendo necesarios más estudios para mejorar la correlación de estas métricas con hallazgos clínicos en pacientes con sequedad ocular. El Capítulo 2 está enfocado en la justificación y objetivos de la presente tesis doctoral. Debido a la incidencia y morbilidad a la alza del síndrome del ojo seco, es de vital importancia mejorar el diagnóstico temprano de esta patología para proporcionar un mejor tratamiento de la enfermedad. El diagnóstico de la enfermedad del ojo seco es todavía un reto y son necesarias pruebas clínicas objetivas con buena sensibilidad y especificidad, repetibilidad, que sean fáciles de realizar y adecuadas para la práctica clínica. Por lo tanto, nuevas métricas objetivas son todavía requeridas para proporcionar nuevos hallazgos en el análisis de la película lagrimal. Así, el Tear Film and Ocular Surface Society Dry Eye Workshop II Diagnostic Methodology Report reconoció la necesidad de desarrollar nuevas métricas no invasivas, objetivas y tan automáticas como sea posible para evaluar la película lagrimal y la superficie ocular. La presente tesis doctoral tiene como objetivo 1) Estudiar los factores de riesgo de la enfermedad del ojo seco, la repetibilidad de algunas métricas actuales de análisis de la superficie ocular, y la eficacia de la aplicación de bolsas térmicas; 2) Desarrollar y validar nuevas métricas para evaluar la superficie ocular y la película lagrimal de una manera no invasiva y tan objetiva como sea posible; y 3) evaluar el efecto de diferentes lentes de contacto, lágrima artificial, parpadeos y el uso del ordenador en la superficie ocular y en las métricas desarrolladas en la presente tesis doctoral. El Capítulo 3 describe la metodología general de los estudios realizados en la presente tesis doctoral. La superficie ocular y la película lagrimal fueron analizadas mediante diferentes dispositivos: El Keratograph 5M, el osmolarímetro TearLab, el aberrómetro IRX3, el Medmont E 300, el Cobra fundus camera y el Light Disturbance Analyzer. Además, los síntomas oculares fueron evaluados mediante los cuestionarios Ocular Surface Disease Index y el 5-item Dry Ey Questionnaire. Diferentes métricas no invasivas basadas en el procesamiento de imágenes fueron desarrolladas mediante Matlab© R2018a. Finalmente, estas nuevas métricas fueron aplicadas a sujetos adaptados con lentes de contacto. En el Capítulo 4 se estudiaron los factores de riesgos sistémicos, ambientales y del estilo de vida de la enfermedad del ojo seco, debido a la influencia del carácter etiológico multifactorial de la enfermedad en su diagnóstico. Este es un estudio transversal en 120 participantes caucásicos con edades comprendidas entre 18 y 89 años (47.0 ± 22.8 años). Diferentes variables fueron obtenidas en una única sesión clínica: historia médica, información sobre las condiciones ambientales y el estilo de vida, el cuestionario Ocular Surface Disease Index, el cuestionario 5-item Dry Eye Questionnaire, el tiempo de ruptura lagrimal no invasivo, la osmolaridad y la tinción de la superficie ocular. El diagnóstico de la enferemedad del ojo seco se llevó a cabo de acuerdo con el criterio descrito por el Tear Film and Ocular Surface Society Dry Eye Workshop II Diagnostic Methodology Report. Un modelo de regresión logística multivariado fue construido incluyendo las variables con un p-valor inferior a 0.15 en el análisis univariado. Se obtuvo una prevalencia de 57.7 % para la enfermedad del ojo seco. No se encontraron diferencias en la edad entre aquellos sujetos sanos y con el síndrome del ojo seco (p = 0.243). Sin embargo, el grupo con la enfermedad del ojo seco tenía más mujeres (p = 0.008). La regresión logística univariada identificó los siguientes parámetros como potenciales factores de riesgo para la enfermedad del ojo seco: Sexo femenino, horas de sueño al día, menopausia, ansiedad, enfermedades sistémicas reumatológicas, ansiolíticos, tomar medicación diariamente, cirugía ocular, dieta de pobre calidad, ingerir una cantidad mayor de ultraprocesados en la dieta, no beber café y horas de exposición al aire acondicionado por día. La regresión logística multivariada reveló que las horas de sueño al día, la menopausia y el uso de ansiolíticos estaban independientemente asociados con la enfermedad del ojo seco (p ≤ 0.026). Para concluir, la enfermedad del ojo seco está asociada con factores de riesgos sistémicos, ambientales y del estilo de vida. Estos hallazgos son útiles para identificar potenciales factores de riesgo modificables, en conjunto con los tratamientos convenciones para la enfermedad del ojo seco. Debido a la relevancia del tiempo de ruptura lagrimal no invasivo en el diagnóstico de la enfermedad del ojo seco, el Capítulo 5 tiene como objetivo evaluar la repetibilidad intraexaminador del tiempo de ruptura lagrimal no invasivo utilizando el Oculus Keratograph 5M, el cual es una de las herramientas más utilizadas para la evaluación objetiva de la película lagrimal. 80 sujetos sanos con edades comprendidas entre 30 y 89 años participaron en el presente estudio. Las medidas fueron clasificadas de acuerdo con la edad, el sexo y la presencia o no de síndrome del ojo seco. La repetibilidad de las medidas fue evaluada a través de la desviación estándar entre las medidas en cada sujeto, el coeficiente de repetibilidad y el coeficiente de variación. Además, el método de regresión Passing-Bablok fue aplicado. Los coeficientes de repetibilidad mostraron una baja repetibilidad en las medidas de todos los grupos, con valores entre 3.57 y 7.14; 9.90 y 19.79; y 51.90 y 65.49, para cada coeficiente, respectivamente. No se encontraron diferencias estadísticamente significativas en el tiempo de ruptura lagrimal no invasivo entre los sujetos sanos y con la enfermedad del ojo seco (p = 0.188). Los grupos con más riesgo de desarrollar sequedad ocular tenían una mejor repetibilidad. La regresión Passing-Bablok también confirmó una falta de acuerdo entre el valor máximo y mínimo del tiempo de ruptura lagrimal no invasivo. Para concluir, el tiempo de ruptura lagrimal no invasivo tiene una baja repetibilidad intraexaminador incluso considerando el sexo, la edad o el diagnóstico del ojo seco. Sin embargo, no solo esta baja repetibilidad es debida al dispositivo, sino que también es debida a la variabilidad intrínseca de la película lagrimal. Debido al hecho de que el enrojecimiento ocular es un importante signo a tener en cuenta en algunas enfermedades inflamatorias y a la relación entre el enrojecimiento ocular y la enfermedad del ojo seco, el Capítulo 6 tiene como objetivo evaluar la repetibilidad intraexaminador de las medidas de enrojecimiento de la superficie ocular obtenidas mediante el Oculus Keratograph 5M. Setenta y ocho ojos derechos de 78 voluntarios sanos con edades comprendidas entre 18 y 79 años participaron en el presente estudio. El enrojecimiento de la conjuntiva bulbar fue medido tres veces consecutivas en el mismo ojo. El enrojecimiento fue clasificado automáticamente por el dispositivo dependiendo de la zona evaluada: temporal bulbar, nasal bulbar, temporal limbal, nasal limbal y total. La repetibilidad fue evaluada para cada métrica a través del cálculo de la desviación estándar entre las medidas en cada sujeto, el coeficiente de repetibilidad y el coeficiente de variación. Además, el método de regresión Passing-Bablok fue aplicado. Un p-valor inferior a 0.05 fue definido como estadísticamente significativo. Los coeficientes de repetibilidad revelaron una repetibilidad aceptable en todas las métricas. El método de regresión Passing-Bablok también confirmó el buen grado de acuerdo entre la medida máxima y mínima de enrojecimiento bulbar para cada métrica. La repetibilidad más alta fue conseguida en el enrojecimiento bulbar total con una pendiente de 1; por lo tanto, solo errores sistemáticos causados por el intercepto podrían alterar los resultados. En el resto de las métricas, la repetibilidad fue peor cuando el enrojecimiento ocular era mayor pero, incluso en estos casos, la repetibilidad fue aceptable. El análisis de Friedman mostró diferencias estadísticamente significativas entre la tercera medida y las primeras dos, siendo la tercera ligeramente más elevada. Sin embargo, estas diferencias no pueden considerarse clínicamente significativas. Finalmente, las medidas bulbares obtuvieron valores clínicamente más elevados que las limbales; el enrojecimiento bulbar total fue clínicamente más elevado que los valores limbales; y los valores nasales fueron clínicamente mayores que los temporales. Como conclusión se obtuvo que el Keratograph 5M es un dispositivo útil y repetible para evaluar el enrojecimiento ocular. Todas las medidas proporcionaron valores objetivos con una repetibilidad aceptable, lo cual podría ayudar a los clínicos en el diagnóstico y tratamiento de diferentes patologías relacionadas con la inflamación de la superficie ocular, como el síndrome del ojo seco o la uveítis. Debido a que el Keratograph 5M es una de las herramientas más utilizadas para la evaluación objetiva de la superficie ocular, conocer su utilidad en el seguimiento de algunos tratamientos es relevante. Por lo tanto, el Capítulo 7 tiene como objetivo evaluar la asociación entre la aplicación de las bolsas térmicas MGDRx EyeBags y los signos y síntomas de la superficie ocular en sujetos jóvenes y mayores. Treinta voluntarios jóvenes con edades comprendidas entre 18 y 31 años (23.95 ± 3.94 años) y treinta sujetos mayores con edades comprendidas entre 61 y 90 años (77.97 ± 8.11 años) participaron en este estudio. Distintos parámetros de la superficie ocular fueron evaluados mediante el Oculus Keratograph 5M, siguiendo las recomendaciones del Tear Film and Ocular Surface Dry Eye Workshop II Diagnostic Methodology Report. Solo los sujetos que tenían una puntuación positiva en uno de los cuestionarios y el tiempo de ruptura lagrimal no invasivo inferior a 10 segundos fueron incluidos en el estudio. Después de la aplicación de las bolsas térmicas en ambos ojos, diariamente y durante dos semanas, el protocolo fue realizado de nuevo. Los sujetos fueron instruidos a realizar un masaje palpebral inmediatamente después de la aplicación de las bolsas térmicas. El grado de cumplimiento del tratamiento y el grado de mejora fueron también evaluados. El grupo joven mostró una mejora del tiempo de ruptura lagrimal no invasivo, la capa lipídica, el porcentaje de pérdida de las glándulas de meibomio en el párpado superior y en los síntomas de sequedad ocular durante las dos semanas de tratamiento. Mejoras en la calidad del meibum, la obstrucción de las glándulas, la puntuación de telangiectasias, y en los síntomas de ojo seco fueron encontradas en el grupo de mayor edad. El ANOVA mixto reveló mejor tiempo de ruptura lagrimal no invasivo y capa lipídica en los sujetos jóvenes. A pesar de que el cumplimiento del tratamiento fue mayor en los sujetos mayores que en los jóvenes (p = 0.002), no se encontraron diferencias estadísticamente significativas en la mejora subjetiva entre grupos (p = 0.097). Para concluir, los síntomas de sequedad ocular mejoraron después de la aplicación de las bolsas térmicas, mientras que el tiempo de ruptura lagrimal no invasivo y la capa lipídica mejoraron solo en el grupo de sujetos jóvenes. El Tear Film and Ocular Surface Dry Eye Workshop II Diagnostic Methodology Report reconoció la necesidad de desarrollar nuevas métrica no invasivas y tan objetivas como sea posible para evaluar la película lagrimal y la superficie ocular. Por ello, el Capítulo 8 está enfocado en el desarrollo de nuevas métricas para evaluar la película lagrimal y la superficie ocular de una forma no invasiva y objetiva. En la primera parte de este capítulo (Capítulo 8.1) se desarrolla un método para evaluar la visibilidad de las glándulas de meibomio a partir del análisis de los valores de intensidad de gris de los píxeles de las meibografías obtenidas a través de meibografía infrarroja de no contacto. El Capítulo 8.1.1 tiene como objetivo desarrollar este nuevo método semiautomático para analizar la visibilidad de las glándulas de meibomio cuantitativamente. 112 voluntarios sanos con edades comprendidas entre 18 y 90 años (48.3 ± 27.5 años) participaron en el presente estudio. Las meibografías fueron obtenidas del párpado superior de los sujetos mediante el Oculus Keratograph 5M y se clasificaron en 3 grupos: Grupo 1 = Sujetos con buena visibilidad subjetiva de las glándulas y una pérdida de las glándulas 1/3 del área total de las glándulas de meibomio. Las nuevas métricas basadas en la visibilidad de las glándulas de meibomio fueron calculadas y posteriormente comparadas entre grupos. Correlaciones de Rho Spearman fueron utilizadas para evaluar las correlaciones entre cada métrica y el porcentaje de pérdida de las glándulas de meibomio con la muestra completa y después de excluir el grupo 2. Un p-valor inferior a 0.05 fue definido como estadísticamente significativo. Cincuenta y seis sujetos fueron clasificados en el grupo 1 (24.5 ± 9.6 años), 19 en el grupo 2 (69.2 ± 21.3 años) y 37 en el grupo 3 (73.6 ± 13.7 años). No se encontraron diferencias estadísticamente significativas entre el grupo 1 y el 2 en el porcentaje de pérdida de glándulas de meibomio. Todas las métricas, excepto la entropía, mostraron una visibilidad mayor de las glándulas de meibomio en el grupo 1 que en los otros dos grupos. Se encontraron correlaciones moderadas estadísticamente significativas para todas las métricas, con excepción de la entropía. Las correlaciones fueron más fuertes después de excluir el grupo 2 del análisis. Como conclusión se obtuvo que el método propuesto es útil para evaluar la visibilidad de las glándulas de meibomio de una forma objetiva y repetible, lo cual podría ayudar a los clínicos a mejorar el diagnóstico de la disfunción de las glándulas de meibomio y el seguimiento de sus tratamientos. En el Capítulo 8.1.2, se analiza la capacidad diagnóstica de estas nuevas métricas relacionadas con la visibilidad de las glándulas para detectar la disfunción de las glándulas de meibomio, así como sus correlaciones con otros signos clínicos y síntomas de la enfermedad el ojo seco y la disfunción de las glándulas de meibomio. 112 voluntarios sanos (48.3 ± 27.5 años) participaron en el presente estudio. Distintos parámetros de la superficie ocular fueron evaluados mediante el Oculus Keratograph 5M. Los sujetos fueron clasificados de acuerdo con la presencia o ausencia de disfunción de las glándulas de meibomio. Las nuevas métricas basadas en la visibilidad de las glándulas de meibomio fueron calculadas y posteriormente comparadas entre grupos. La capacidad diagnóstica de distintos parámetros de la superficie ocular y de las métricas basadas en la visibilidad de las glándulas fue estudiada a través de curvas de la característica operativa del receptor. Un modelo de regresión logística fue utilizado para obtener una curva combinada de las métricas con la capacidad diagnostica más elevada. Diferencias estadísticamente significativas fueron encontradas entre los grupos para todos los parámetros de la superficie ocular evaluados y las nuevas métricas basadas en la visibilidad de las glándulas de meibomio, excepto para el primer tiempo de ruptura lagrimal no invasivo y la expresibilidad de las glándulas. Las nuevas métricas relacionadas con la visibilidad de las glándulas mostraron una sensibilidad y especificidad superior que las métricas actuales cuando su capacidad diagnostica se evalúo sin ninguna combinación. La capacidad diagnóstica aumentó cuando las nuevas métricas desarrolladas se incorporaron a la regresión logística conjuntamente con el porcentaje de pérdida de glándulas de meibomio, la altura del menisco lagrimal, los síntomas de sequedad ocular y la puntuación de anormalidad en el margen palpebral (p < 0.001). La combinación de la mediana de la intensidad de los pixeles de los valores de gris de la meibografía con las métricas que se acaban de mencionar consiguió el área bajo la curva más elevada (0.99), y una excelente sensibilidad (1.00) y especificidad (0.93). Para concluir, las nuevas métricas basadas en la visibilidad de las glándulas de meibomio tienen más poder diagnóstico para la disfunción de las glándulas de meibomio que las métricas actuales y pueden servir como una herramienta complementaria para apoyar en el diagnostico de la disfunción de las glándulas de meibomio. En el Capítulo 8.2, se desarrolla un método para evaluar la propagación y la dinámica de la película lagrimal a través del seguimiento de las partículas en suspensión en la película lagrimal después del parpadeo. Se evaluaron distintos parámetros de la superficie ocular y se grabó un video de la propagación de las partículas en suspensión en la película lagrimal después de un parpadeo espontáneo en 81 voluntarios sanos (43.7 ± 27.0 años) utilizando el Oculus Keratograph 5M. El software desarrollado automáticamente descomponía el video en “frames” para posteriormente seguir la posición de las partículas manualmente durante 1.75 segundos después del parpadeo. Las siguientes métricas relacionadas con la dinámica de la película lagrimal fueron automáticamente calculadas: media, mediana, máxima y mínima velocidad de las partículas, la velocidad en diferentes intervalos de tiempo después del parpadeo y el tiempo transcurrido hasta que la velocidad de las partículas decrece hasta < 1.20 mm/segundo. La repetibilidad de cada métrica basada en la dinámica de la película lagrimal, y sus correlaciones con signos y síntomas de sequedad ocular fueron analizadas. Se realizó también una regresión logística binomial para evaluar la predictibilidad de las nuevas métricas para diferentes parámetros oculares. La repetibilidad tendió a ser inferior justo después del parpadeo (variabilidad de 12.24 %), mientras que las métricas a partir de 0.5 segundos tenían una repetibilidad aceptables (variabilidad por debajo del 10 %). Las nuevas métricas basadas en la dinámica de la película lagrimal estaban positivamente correlacionadas con el tiempo de ruptura lagrimal no invasivo y negativamente con la pérdida de glándulas de meibomio. La regresión logística binomial reveló que las métricas basadas en la dinámica de la película lagrimal pueden predecir el tiempo de ruptura lagrimal no invasivo. Sin embargo, no se encontró una asociación estadísticamente significativa con la pérdida de glándulas de meibomio. Esto significa que una mayor velocidad de propagación de las partículas en suspensión en la película lagrimal después del parpadeo está relacionada con un tiempo de ruptura lagrimal más largo. La métrica llamada “tiempo transcurrido hasta que la velocidad de las partículas decrece hasta < 1.20 mm/segundo” puede ser considerada la mejor métrica para evaluar la calidad de la película lagrimal, debido a que estaba más fuertemente correlacionada con el tiempo de ruptura lagrimal no invasivo (r = 0.42, p = 0.004), estaba más fuertemente asociada en la regresión logística binomial con el tiempo de ruptura lagrimal y mostró una buena repetibilidad (variabilidad = 5.49 %). Como conclusión se obtuvo que las nuevas métricas desarrolladas basadas en la dinámica de la película lagrimal son parámetros emergentes que pueden servir para evaluar la homeostasis de la película lagrimal e indirectamente evaluar la calidad de la película lagrimal en condiciones naturales con una repetibilidad aceptable. En el Capítulo 8.3, se desarrolla un método para evaluar el espesor de la capa lipídica a través del análisis de los valores de intensidad de gris de los píxeles del disco de Plácido reflejado en la película lagrimal. Distintos parámetros de la superficie ocular fueron evaluados utilizando el Oculus Keratograph 5M en 94 voluntarios sanos (43.8 ± 26.8 años). La c

Avances en el diagnóstico del síndrome ojo seco. Patrones lipídicos interferenciales

El diagnóstico del Síndrome Ojo Seco (SOS) es complejo debido a su etiología multifactorial y a la importante variabilidad que muestran los tests clínicos. La subjetividad de dichos test es la principal responsable de su amplia variabilidad. Además, hay pruebas clínicas importantes que no se realizan debido a su gran dificultad y subjetividad. El estudio de la capa lipídica de la película lagrimal (PL), mediante el examen del patrón lipídico interferencial (PLI), es una prueba muy útil que deberia ser imprescindible en el diagnostico del SOS Evaporativo. Sin embargo, es difícil de interpretar y muy subjetiva. El objetivo principal de esta tesis es objetivizar el estudio la capa lipídica de la PL. Se evalúa la repetibilidad de la categorización subjetiva de los PLIs y se presentan los resultados de una nueva aplicación informática que permite evaluar automáticamente el PLI. Asimismo, se muestra una nueva plataforma web que permite obtener una base de datos con imágenes de PLIs en concordancia con cuatro clínicos expertos. Los resultados mostraron que la aplicación automática puede valorar los PLIs de forma similar a los observadores experimentados. Asimismo, como los lípidos meibomianos son los principales responsables de la capa lipídica de la PL se estandariza la medición de los mismos mediante el estudio de la meibometría. Finalmente, dado que la medida de la osmolaridad de la PL es la prueba “Gold Standard” en el diagnostico del SOS, y la altura del menisco lagrimal (TMH) es una prueba no invasiva de la valoración del volumen lagrimal; se estudió la medida de la osmolaridad mediante la técnica de impedancia eléctrica (TearLab) y la TMH mediante técnicas de imágenes. Los resultados mostraron que la osmolaridad TearLab, a pesar de mostrar una alta variabilidad, se correlacionó significativamente con la TMH, sobre todo en pacientes sintomáticos de mayor edad