Docteur Damien Gatinel

1) Topographie cornéenne

Le topographe cornéen est un instrument de mesure qui réalise une cartographie spécialisée de la cornée, le hublot transparent antérieur de l’œil.

L’examen est sans contact et donc complètement indolore ; La carte obtenue est une carte topographique de la surface cornéenne, semblable aux cartes d’états majors. Cette carte montre avec une précision de l’ordre de quelques millièmes de millimètre le galbe général de la cornée, et les particularités de son relief local. Elle sert à confirmer la régularité de la cornée et la possibilité d’un traitement au laser, ainsi que le choix de matériel et l’ajustement précis de certains paramètres chirurgicaux. La topographie cornéenne permet d’étudier l’origine de l’astigmatisme (qui est en général majoritairement cornéen). Les personnes qui souffrent d’un astigmatisme irrégulier ou d’une anomalie cornéenne, tel le kératocône, peuvent être dépistée par ce procédé. La topographie est donc essentielle pour déterminer l’admissibilité d’un patient au LASIK.

Topographie de courbure. En haut ; projection du disque de Placido sur le dome cornéen, permettant le calcul de la courbure axiale de la cornée (à gauche en mm, à droite après conversion en dioptries).

Le topographe Orbscan relève d’une technologie plus récente qui permet au chirurgien de non seulement détecter les irrégularités de la surface cornéenne, mais également de cartographier la surface cornéenne postérieure.

Les appareils de topographie conventionnels ne peuvent fournir que des données sur la surface antérieure de la cornée. Le topographe Orbscan peut également déterminer si la surface cornéenne postérieure est saine. Cette capacité supplémentaire d’examiner la surface postérieure est essentielle en termes d’innocuité. Elle permet au chirurgien de mieux déterminer l’admissibilité de la cornée au procédé en dépistant des formes très débutantes de pathologie cornéenne. L’Orbscan permet de déterminer l’épaisseur de la cornée (pachymétrie) en chaque point. Le point d’épaisseur minimale de la cornée est ainsi systématiquement repéré, alors qu’il peut être ignoré quand l’épaisseur de la cornée n’est mesurée qu’avec un pachymètre à ultrasons.

VOIR ET ENTENDRE : IMPORTANCE DE BIEN CONNAITRE LA GEOMETRIE DE LA CORNEE

2) Pachymétrie cornéenne

Un pachymètre est un appareil qui sert à mesurer l’épaisseur cornéenne. Cette mesure est systématique avant chirurgie réfractive.

Connaître l’épaisseur minimale de la cornée avant l’intervention permet de s’assurer qu’elle soit suffisante pour créer un capot de LASIK et pour procéder à la photoablation en toute sécurité. Il est également essentiel d’évaluer l’admissibilité à un second traitement. Les personnes dont la cornée est mince (environ moins de 510 microns au centre) peuvent ne pas avoir assez de tissu pour un traitement primaire ou secondaire en LASIK.

Un traitement par laser de surface est en général possible si le défaut visuel ne dépasse pas 5à 6 D environ. Au delà, le traitement de surface est possible, mais les risques de sous correction sont plus importants.

Les pachymètres conventionnels prennent des mesures en un point donné, soit là où la sonde touche la cornée. Le topographe Orbscan effectue la mesure optiquement sans toucher la cornée, ce qui permet la lecture de toute sa surface et non simplement d’un point isolé. La capacité de déterminer l’épaisseur de tous les points permet de s’assurer qu’un point mince n’est pas manqué et contribue à une plus grande innocuité.

La topographie Orbscan et la pachymétrie par ultrasons sont effectuées systématiquement dès la première visite préopératoire, afin de poser une indication opératoire adaptée et sécurisée.

3) Analyse de front d’onde (wavefront analysis)- aberrométrie

L’analyse de front d’onde correspond à l’étude de l’étape optique de la vision.

Elle s’effectue avec un instrument appelé aberromètre. Celui-ci peut détecter des aberrations optiques minimes. L’analyseur de front d’onde évalue chaque rayon de la lumière qui entre dans l’œil, puis détermine quels changements produiront l’image la plus nette.

Par conséquent, l’analyseur de front d’onde mesure avec précision l’anomalie de la réfraction globale de l’œil, y compris les aberrations provoquées par le film lacrymal, les cornées antérieure et postérieure, le cristallin, le corps vitreux et la rétine. Or, si les systèmes de topographie cornéenne peuvent détecter les irrégularités de la cornée, ils ne peuvent en faire autant dans les autres parties de l’œil.

Le détecteur de front d’onde mesure la réfraction de nature sousmicronique ou d’environ 0,01 D. Quand une réfraction est mesurée à l’aide des tests subjectifs conventionnels, la précision se situe entre 0,25 et 0,50 D.

Principe de l’analyse

La lumière qui se propage est souvent représentée comme un faisceau rectiligne de rayons lumineux. Une source de lumière ponctuelle émet ces rayons qui doivent être focalisés en un point pour restituer une image fidèle de la source.

La lumière correspond en fait à une onde électromagnétique à laquelle les photodétecteurs rétiniens sont sensibles. Son enveloppe est appelée front d’onde. La vision nette d’un point lumineux (ex : étoile) suppose que l’œil puisse capter les fronts d’onde lumineux qui en sont émis et ont traversé l’espace (puis l’atmosphère terrestre), avant de les faire converger sur la fovéa.

De même que les fronts d’onde peuvent avoir subi l’effet des turbulences atmosphériques (d’où le scintillement des étoiles dans le ciel) , les imperfections des différentes tuniques oculaires transparentes de l’œil (cornée, cristallin), peuvent induire une déperdition de la qualité de l’image rétinienne par le biais d’une déformation importante du front d’onde. La connaissance de la forme du front d’onde permet de calculer la façon dont un point lumineux est imagé sur la rétine (fonction d’étalement du point : point spread function : PSF)

Les irrégularités ou les aberrations de la cornée et du cristallin créent des anomalies ou déforment les fronts d’onde (perturbent le trajet de rayons). La technologie du front d’onde repose sur la détection et l’analyse de ces déformations.

L’analyseur de front d’onde (aberromètre) émet un faisceau de lumière laser inoffensif à faisceau unique dans l’œil et les concentre sur la rétine. Le faisceau est alors réfléchi sous forme d’un front d’onde qui traverse l’œil en sens inverse en subissant l’influence des différents milieux oculaires avant d’être recueilli par le capteur de l’aberromètre.

Le front d’onde est alors filtré par un alignement de minuscules objectifs (micro lentilles). Chaque micro-lentille focalise une parcelle du front d’onde de la lumière réfléchie, et l’image créée par l’alignement d’objectifs est captée par une caméra vidéo.

Dans un œil normal et dépourvu d’aberrations optiques, le font d’onde émergent est plat (les rayons émis depuis la fovéa sont parallèles à la sortie de l’oeil). Ces parcelles de front d’onde imagées par les micro lentilles du capteur forment une mosaïque relativement harmonieuse et l’image vidéo révèle une répartition symétrique des petits points de lumière qui forment un quadrillage régulier.

Dans un œil qui présente des aberrations importante, les parcelles du front d’onde sont faiblement alignées (les rayons émergents ne sont plus tout à fait parallèles), et les points focalisés de façon éparse.

Le système compare alors la configuration interne de l’œil à une configuration idéale sans aberration optique (le quadrillage vert de l’illustration précédente serait parfaitement régulier dans ce cas idéal).

La différence générée est explicitée au chirurgien sous forme de cartes colorées, qui traduisent en image l’importance de ces aberrations optiques. Ces aberrations peuvent être décrites par des fonctions mathématiques appelées polynômes de Zernike. Ces fonctions correspondent globalement aux aberrations optiques qui déforment de le front d’onde.

L’intérêt majeur de l’aberrométrie est de révéler l’existence et de permettre de quantifier les aberrations dites d’ordre supérieur qui ne peuvent être corrigées par de simples systèmes sphérocylindriques, tels que des lunettes ou des verres de contact.

Elles sont provoquées par d’infimes déformations ou défaut d’alignement des composantes optiques de l’œil (cornée, cristallin) et comprennent, par ordre de signification visuelle, des aberrations sphériques, le coma, l’astigmatisme d’ordre supérieur, etc.

Ces aberrations existent en quantité variable dans tous les yeux. Elles peuvent augmenter en cas de pathologie comme le kératocône, ou après une chirurgie cornéenne. Elles sont responsables d’une réduction de la sensibilité au conraste de l’œil. Inversement, la réalisation dune photoablation personnalisée qui retire les aberrations optiques augmente le contraste visuel et la capacité de discrimination des fins détails des images perçues.

Faut il traiter systématiquement les aberrations de haut degré ?

Le rôle délétère des aberrations de haut degré quand leur taux est normal reste discuté. Elles sont présentent à des taux relativement constants quelque soit le degré d’amétropie associé (myopie, hypermétropie, astigmatisme).

Elles pourraient procurer à l’œil certains avantages comme un accroissement de la profondeur de champ ou un lissage des aberration de chromaticité. En revanche, quand leur taux s’élève, elles peuvent entraîner des plaintes visuelles particulières (halos lumineux, éblouissements ; sensation de réduction du contraste, ect…). Il est donc important de limiter dans tous les cas l’élévation des aberrations de haut degré. Ceci n’est pas toujours aisé pour le traitement des fortes myopies ou hypermétropies en raisons de contraintes physiques incontournables. Toutefois, une planification et un centrage optimal du traitement laser permettent de limiter l’élévation des aberraitons de haut degré.

Quand ces aberrations sont présentes initialement à des taux supérieure à la normale, elles peuvent être traitées en plus de la myopie ou hypermétropie en couplant les données du topographe-aberromètre au logiciel pilotant le laser.

Le traitement des aberrations d’origine cornéennes seules ou totales peut être sélectionné avec ce logiciel, qui permet également au chirurgien d’ajuster la taille des zones optiques et de transition afin d’optimiser le résultat final. Cette technologie est employée à la Fondation Rothschild pour les re-traitement de patients opérés dans les années 80-90 avec la technique (aujourd’hui abandonnée) de kératotomie radiaire. Cette technique qui consistait à réaliser des incisions à la périphérie de la cornée a produit de bons résultats dans l’ensemble, mais était globalement moins précise que la chirurgie au laser, et ne permettait pas toujours de préserver de larges et régulières zones optiques. Elle générait alors un taux important d’aberrations de haut degré, dont certaines sont aujourd’hui accessible au traitement laser.

4) Mesure de la résistance biomécanique de la cornée

Intérêt et principes de mesure.de l’hysteresis cornéen.

Alors que de nombreux instruments permettent d’étudier les propriétés géométriques et optiques (topographie cornéenne) ou histo-morphologiques (étude en microscopie confocale), l’estimation des propriétés biomécaniques de la cornée fut longtemps cantonnée à la recherche jusqu’à l’introduction de l’Ocular Response Analyzer® (Reichert, Buffalo, NY). Cet instrument fournit au clinicien une estimation non invasive de l’hystérésis cornéen, et utilise ce paramètre physique pour accroître la précision de la mesure de la pression intra-oculaire. La mesure objective de l’état biomécanique préopératoire pourrait accroître la sensibilité de la détection de ces cornées « à risque biomécanique ».

Une des applications clinique de la mesure de l’hystérésis cornéen est la détection de cornées à risque biomécanique dans le cadre de la chirurgie réfractive cornéenne.

Nous avons été les premiers en France à utiliser l’Ocular Response Analyzer dans des contextes cliniques variés et pour le bilan pré opératoire en chirurgie réfractive.

Qu’est-ce que l’ Hysteresis cornéenne?

L’hysrérésis a été décrit par Sir James Alfred Ewing en 1890 . L’hysteresis est une propriété présente chez certains systèmes physiques caractérisée par le caractère différé dans le temps de la réponse à de une force qui leur est appliquée. Ces systèmes réagissent « doucement » et ne reviennent pas instantanément à leur forme d’origine car ils absorbent une partie de l’énergie mécanique incidente qu’ils dissipent sous une autre forme (châleur). Les systèmes visqueux possèdent une hytérésis élevé.

La pression exercée pour la mesure pressionnelle correspond à un stress mécanique pour la cornée (force exercée sur l’ensemble de la surface offerte par le mur cornéen ). Le recueil des données relatives à la « gestion » de ce stress mécanique par la cornée renseigne sur ses propriétés biomécaniques.

Le comportement mécanique du tissu cornéen répond aux lois de la physique et peut être modélisé comme un système au comportement visco-élastique. L’élasticité et la viscosité confèrent au tissu cornéen deux caractéristiques comportementales distinctes :

-comportement élastique ; un système parfaitement élastique peut stocker de l’énergie avant de la restituer quasi intégralement. Un ressort métallique est un exemple de système élastique. Après compression (même prolongée), l’énergie est stockée (déformations moléculaires réversibles) puis restituée de manière quasi instantanée. Dans certaines conditions de tension, un système élastique a tendance à présenter des oscillations .lors de la restitution de l’énergie.

-comportement visqueux ; un système visqueux oppose une résistance qui s’accroît de façon non proportionnelle à l’intensité force de déformation exercée. Il existe une dissipation de l’énergie mécanique incidente (sous forme d’énergie thermique), qui explique un retour différé à l’état d’équilibre d’origine.

Principes de fonctionnement de l’Ocular Response Analyzer

L’instrument émet un jet d’air calibré continu dirigé vers le dôme cornéen. Cette pression augmente par sommation au cours du temps et exerce une force d’intensité croissante en chaque point de la surface cornéenne exposée au flux d’air. Cette force va entraîner une déformation de la cornée.

La pression exercée par le flux d’air est monitorée à de très brefs intervalles de temps (millisecondes) par l’instrument tout au long de l’examen. L’aplanation est détectée grâce à la mesure de l’intensité de lumière infra-rouge réfléchie par la cornée. Cette lumière est émise selon une incidence oblique, et sa réflexion (également oblique dans une direction opposée) vers un capteur photosensible est d’autant plus importante que la courbure cornéenne est faible. L’aplanation correspond à un pic d’intensité lumineuse réfléchie, car cet à cet instant la surface cornéenne agit un peu comme un miroir plan. La pression à l’aplanation correspond à la pression mesurée lors du pic infrarouge.

L’originalité de l’Ocular Analyzer réside dans sa capacité à effectuer lors d’un simple examen non pas une mais deux mesures d’aplanation consécutives : la première lors de la déformation cornéenne initiale consécutive à l’augmentation de pression, la seconde au moment ou la cornée retourne vers son état de forme initial. Au moment de l’aplanation, la cornée agit comme un miroir plan et réfléchit de façon maximale le faisceau infrarouge.

Lors de la détection de la première aplanation (premier pic infra rouge), l’émission du jet d’air est brusquement interrompue. La pression de l’air exercée sur le mur cornéen ne chute toutefois pas immédiatement, mais continue d’augmenter par inertie pendant quelques millisecondes, avant d’atteindre un maximum, puis décroître progressivement vers l’état initial d’équilibre. L’allure de la courbe de pression obtenue tout au long de l’examen est d’allure gaussienne (elle épouse un peu l’allure d’une « cloche »).

La hauteur de cette courbe en cloche est proportionnelle à la valeur de pression intraoculaire: en effet, rappelons que le flux d’air n’est interrompu par l’instrument qu’au moment où survient la première aplanation. Plus la pression intra oculaire est élevée, plus la pression d’air équivalente à fournir au voisinage de la cornée est importante pour obtenir la première aplanation. A cet instant, la partie ascendante de la courbe de pression et la hauteur de la « cloche » seront d’autant plus élevée que la pression intraoculaire est élevée.

Après la première aplanation, le dôme cornéen subit pendant quelques instant une pression supérieure à la pression intraoculaire, et le profil cornéen central devient légèrement concave en avant. La proportion de lumière infrarouge décroît alors brutalement. La seconde aplanation survient lors de la décroissance pressionnelle et est détectée grâce au second pic de lumière infrarouge réfléchi.

Analyse des signaux fournis par l’ORA

Trois courbes sont affichées pour chaque mesure sur un même graphique dont l’abscisse est une échelle de temps..

La courbe verte d’allure gaussienne correspond à la pression exercée contre le dôme cornéen ^par le jet d’air calibré.

La courbe rouge représente l’intensité de lumière infra rouge détectée pendant la mesure. La courbe bleue est obtenue par un lissage mathématique de la courbée rouge afin d’en réduire le « bruit ».

L’aspect de la courbe d’intensité renseigne quand au propriétés d’élasticité du tissu cornéen. La présence « d’oscillations » après le second pic d’aplanation traduit un excès relatif d’élasticité.

Exemple de signal mesuré chez un patient atteint de kératocône (ou le caractère élastique de la cornée est accru vis à vis du comportement visqueux)

Calcul des Index quantitatifs fournis par l’instrument

L’appareil permet de mesurer deux pressions d’ aplanations consécutives (P1 et P2), exprimées en mmHg. Schématiquement, P1 est mesurée alors que la cornée subit et résiste à une pression positive croissante du jet d’air calibré, alors que P2 est mesurée quand la cornée revient à son état d’équilibre, en phase de pression positive décroissante.

Ainsi, à partir des valeurs de P1 et P2, le logiciel de l’ORA propose différents index :

Hystérésis

-L’hystérésis est égal à la différence entre P1 et P2 (P1-P2). La valeur de l’hystérésis est proportionnel au degré de viscosité de la cornée, et inversement proportionnelle à son degré d’élasticité.

Facteur de Résistance Cornéen

L’estimation du facteur de la résistance cornéenne (Corneal Resistance Factor =CRF)

P1-KxP2, avec K=0.7. La valeur de K a été déteminée à partir d’étude cliniques et de modèles statistiques de corrélation. Cette formule accorde une pondération favoralbe pour P1 vis à vis de P2.

Pression Intra Oculaire de type Goldmann

-La pression oculaire non compensée (IOPg) est égale à la moyenne arithmétique entre P1 et P2, soit (P1+P2)/2.

Pression Intra Oculaire compensée

-La pression oculaire compensée pour les propriétés viscoélastiques de la cornée (IOPc) est égale à une combinaison linéaire entre P1 et P2, et dont la valeur est particulièrement sensible à P2 , c’est à dire à la valeur de pression mesurée lors de la deuxième aplanation.

IOPcc = P2-0.KxP1, avec K=0.43. Cette valeur de K a été déterminée à partir d’études cliniques et de modèles statistiques de régression.

En savoir plus:

Biomechanical Properties of the Cornea with the Ocular Response Analyzer

L’ocular Response Analyzer en clinique

Effet de la découpe du capot stromal du LASIK sur l’hystérèse cornéene (article en Anglais)