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Three-Dimensional Mechanical Characterization of Normal, Subclinical, and Keratoconic Corneas Using Motion Tracking Brillouin Microscopy - 13/09/25

Doi : 10.1016/j.ajo.2025.06.027 
J. Bradley Randleman 1, 2, , Hongyuan Zhang 1, Bassel Hammoud 1, Barbara A.L. Dutra 1, 3, Bianca N. Susanna 1, 3, 4, Giuliano Scarcelli 5
1 From the Cole Eye Institute (J.B.R., H.Z., B.H., B.A.L.D., B.N.S.), Cleveland Clinic, Cleveland, Ohio, USA 
2 Cleveland Clinic Lerner College of Medicine of Case Western Reserve University (J.B.R.), Cleveland, Ohio, USA 
3 Department of Ophthalmology (B.A.L.D., B.N.S.), University of Sao Paulo, Sao Paulo, Brazil 
4 Sorocaba Eye Hospital (B.N.S.), Sorocaba, Brazil 
5 Fischell Department of Bioengineering (G.S.), University of Maryland, Maryland, USA 

Inquiries to J. Bradley Randleman, Cole Eye Institute, Cleveland Clinic, Cleveland, Ohio, USACole Eye InstituteCleveland ClinicClevelandOhioUSA

Résumé

Purpose

To characterize the 3-dimensional (3-D) mechanical differences between normal corneas and those with subclinical keratoconus (SKC) or clinical keratoconus (KC) using motion-tacking (MT) Brillouin microscopy.

Design

Prospective cross-sectional study.

Methods

There were 50 eyes from 50 patients evaluated, including 20 Control eyes from 20 patients, 20 SKC eyes from 20 patients, and 10 stage I or II KC eyes from 10 patients. All patients had Scheimpflug imaging for group classification and MT Brillouin microscopy using a custom-built device for mechanical evaluation. Mean and minimum MT Brillouin shift values were generated in the anterior, middle, and posterior stromal regions. Receiver operating characteristic (ROC) curves were generated for MT Brillouin metrics to determine the area under the ROC curve (AUROC), sensitivity, and specificity for each variable at each location.

Results

There were no significant differences between groups for age, sex, or mean keratometry. There were significant differences between control, SKC, and KC groups for all MT Brillouin metrics, with greatest differences in anterior min (Δ 43–57 MHz, P < .001) and Mean (Δ 34–37 MHz, P < .001), middle min (Δ 44–69 MHz, P < .001) and Mean (Δ 39–54 MHz, P < .001), and least differences in posterior min (Δ 15–22 MHz, P < .001) and Mean (Δ 20–32 MHz, P < .001). Anterior min values fully separated both SKC and KC groups from controls (AUC = 1.0 for each), while anterior mean (AUC = 0.98, 1.0), middle mean (AUC = 0.96, 1.0), and middle min (AUC = 0.94, 1.0) performed better than posterior mean (AUC = 0.81, 0.95) or posterior min (AUC = 0.78, 0.88).

Conclusions

MT Brillouin microscopy identified 3-dimensional differences between controls eyes and those with subclinical or early-stage keratoconus. Differences were most pronounced in the anterior stroma and least pronounced in the posterior stroma, indicating relevant axial mechanical differences in eyes with SKC.

NOTE: Publication of this article is sponsored by the American Ophthalmological Society.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

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Vol 278

P. 305-316 - octobre 2025 Retour au numéro
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