Glaucoma Detection Using Pupillary Response

Abstract

Glaucoma is one of the main causes of avoidable blindness. It is a neurodegenerative disease that results in damage in the optic nerve, leading to blindness by the destruction of the ganglion cells, progressively and irreversibly. An early diagnosis is essential to prevent this type of damage and increase the quality of life of patients. Recent studies show that patients with glaucoma have a diminished pupillary response to blue-light stimuli, with a reduction of intrinsically photosensitive retinal ganglion cells (ipRGCs).

Pupillometry, a technique that allows the assessment of the pupillary response to light, has gained renewed interest with the discovery of melanopsin, present in ipRGCs, and its sensitivity to blue light. These cells contribute to the pupillary light reflex, along with cones and rods. Chromatic pupillometry quantifies the pupillary response to blue and red light stimuli. In healthy people, pupil recovery after the blue stimulus is inferior to that of the red stimulus, due to the activation of these photosensitive ganglion cells.

The aim of this project was to develop a portable and accessible device to analyse the pupillary response to coloured light stimuli using a smartphone. Initially, the smartphone flashlight was used as a stimulus, but it was not enough to stimulate the ipRGCs. So, after some experiments, a system was developed using a smartphone that allows stimulating the pupil using a coloured ring light. Validated in healthy people, the results were in agreement with those in the literature, with a slower pupil recovery after stimulus for blue light. It has also been evaluated in people with glaucoma.

The system developed in this Ph.D. project showed to be a promising portable device for chromatic pupillometry, with stimuli targeted to the activation of intrinsically photosensitive retinal ganglion cells, with the potential to be used for glaucoma screening.

Alternate abstract:

O glaucoma é uma das principais causas de cegueira evitável. É uma doença neurodegenerativa que resulta em danos no nervo ótico, conduzindo à cegueira pela destruição das células ganglio- nares, de forma progressiva e irreversível. Um diagnóstico precoce é essencial para se prevenir este tipo de danos e aumentar a qualidade de vida dos pacientes. Estudos recentes mostram que pacientes com glaucoma têm uma resposta pupilar diminuída a estímulos de luz azul, com redução das células ganglionares da retina intrinsecamente fotossensíveis.

A pupilometria, técnica que permite avaliar a resposta pupilar à luz, ganhou renovado inte- resse com a descoberta da melanopsina, presente nas células ganglionares da retina intrinseca- mente fotossensíveis, e da sensibilidade à luz azul. Estas células contribuem para o reflexo pupilar à luz, juntamente com os cones e bastonetes. A pupilometria cromática quantifica a resposta pu- pilar a estímulos de luz azul e vermelha. Em pessoas saudáveis, a recuperação da pupila após estímulo azul é inferior ao vermelho, por ativação destas células ganglionares fotossensíveis.

O objetivo deste projeto era desenvolver um dispositivo para análise da resposta pupilar a estímulos luminosos coloridos, portátil e acessível, utilizando um telemóvel. Inicialmente utilizou- se a luz do flash do telemóvel como estímulo, mas não mostrou ser suficiente para estimular as células ganglionares da retina intrinsecamente fotossensíveis. Assim, depois de algumas experiências, desenvolveu-se um sistema utilizando um telemóvel que permite estimular a pupila com um iluminador cromático anelar. Validado em pessoas saudáveis, os resultados foram concor- dantes com a literatura, com uma recuperação da pupila após o estímulo de luz azul mais lenta. Foi ainda avaliado em pessoas com glaucoma.

O sistema desenvolvido neste projeto de doutoramento revelou ser promissor como equipamento portátil para pupilometria cromática, com estímulo direcionado para a ativação das células ganglionares da retina intrinsecamente fotossensíveis, e com potencial de ser utilizado para rastreio de glaucoma.