Análisis morfogeométrico de la estructura hemiesférica del segmento anterior del ojo humano y su aplicación clínica

Abstract

[SPA] Esta tesis doctoral se presenta bajo la modalidad de compendio de publicaciones.La superficie refractiva más importante del ojo humano es la córnea, que presenta una estructura de forma hemiesférica localizada en el segmento ocular anterior. Esta estructura, incluso en un escenario no patológico, no es perfecta, dado que presenta asimetrías que provocan deformaciones, desalineamientos y descentramientos entre ambos ojos del mismo individuo. Cuando además existen patologías corneales, como pueden ser las ectasias, esta asimetría, y por tanto sus efectos, se acentúan, provocando en el paciente un deterioro ciertamente importante de la capacidad visual, lo que da cuenta de la importancia de disponer de sistemas que permitan una caracterización corneal precisa que facilite la detección, diagnóstico y clasificación de las ectasias. En esta tesis doctoral se ha propuesto un sistema integrado capaz de detectar (fase preclínica) y diagnosticar (fase clínica), de manera eficiente y desde un punto de vista óptico-geométrico, la progresión de la ectasia corneal, permitiendo de esta forma incidir de manera directa en el proceso de toma de decisiones relativas a la calidad visual de los pacientes. Para ello, y partiendo de un modelo sólido personalizado en 3D generado con herramientas de Diseño Asistido por Ordenador, se han propuesto diversos parámetros morfogeométricos macroscópicos de tipo lineal, superficial, volumétrico y angular, con el objetivo de caracterizar la progresión de la ectasia corneal más importante, el denominado queratocono. La estructura microscópica también se ha estudiado, programando una aplicación que permite cuantificar el polimegatismo y el pleomorfismo de las células endoteliales corneales. Posteriormente, se han revisado los distintos sistemas univariantes y multivariantes de diagnóstico y clasificación del queratocono, y se ha comprobado que los parámetros morfogeométricos permiten tanto la detección como la clasificación del queratocono en base a su grado de severidad de acuerdo con las escalas RETICS, Amsler-Krumeich y Alió-Shabayek. Además, se han propuesto dos modelos predictivos (demográfico-óptico-geométricos) de clasificación del grado de la enfermedad en base a la escala RETICS, que han dado lugar al desarrollo de dos aplicaciones informáticas denominadas EMKLAS y KERATOSCORE, que a su vez dan cuenta de la dificultad inherente a la detección de esta enfermedad en la fase preclínica. Por último, se ha aplicado un modelo sólido personalizado obtenido mediante impresión 3D a la educación del paciente, comprobándose que la percepción visual y táctil del modelo permite a los pacientes entender mucho mejor su enfermedad y el tratamiento indicado para ella, mejorando la percepción de calidad del servicio prestado en las clínicas oftalmológicas.

[ENG] This doctoral dissertation has been presented in the form of thesis by publication. The most important refractive surface of the human eye is the cornea, which has a hemispherical-shaped structure located in the anterior ocular segment. This structure, even in a non-pathological scenario, is not perfect, since it presents asymmetries that cause deformations, misalignments and decenterings between the two eyes of the same individual. When there are also corneal pathologies, such as ectasias, this asymmetry, and therefore its effects, are accentuated, causing in the patient a certainly significant deterioration of the visual capacity, something that shows the importance of having systems that allow precise corneal characterization to facilitate the detection, diagnosis and classification of ectasias. In this doctoral thesis, an integrated system capable of efficiently detecting (preclinical phase) and diagnosing (clinical phase), from an optical-geometric point of view, the progression of corneal ectasia, has been proposed, thus allowing a direct impact on the decision-making process concerning the visual quality of patients. To do so, and starting from a solid model customized in 3D generated with tools of Computer Assisted Design, several macroscopic morphogeometrical parameters of linear, superficial, volumetric and angular type have been proposed, with the aim of characterizing the progression of the most important corneal ectasia, the so-called keratoconus. The microscopic structure has also been studied, having programmed an application that allows to quantify the polymegatism and pleomorphism of the endothelial corneal cells. Subsequently, several univariate and multivariate diagnostic and classification systems for keratoconus have been revised, and it has been proven that morphogeometrical parameters allow both the detection and classification of keratoconus, basing on its degree of severity according to the RETICS, Amsler-Krumeich and Alió-Shabayek scales. In addition, two classification predictive models (demographical-optical-geometrical) of the disease degree based on the RETICS scale have been proposed, resulting in the development of two computer applications called EMKLAS and KERATOSCORE, which show the inherent difficulty of detecting this disease in its preclinical phase. Finally, a 3D printed personalized solid model has been applied to patient’s education, showing that the visual and tactile perception of the model allows patients to better understand their illness and the treatment indicated for it, improving the perception of quality of service provided in ophthalmological clinics.