Astigmatisme – explications

Astigmatisme : comprendre un défaut optique tridimensionnel

L’astigmatisme est souvent présenté comme une simple « déformation » de la cornée. Cette image est utile mais incomplète. La puissance optique varie selon l’orientation, la cornée possède une face antérieure et une face postérieure, et le cristallin peut aussi contribuer à l’astigmatisme oculaire. Cette page développe les notions de méridiens, de conoïde de Sturm, de toricité, de cylindre et d’axe.

1. Astigmatisme : définition générale

L’astigmatisme est en ophtalmologie un défaut optique de l’œil fréquent, correspondant à une amétropie dite cylindrique, qui peut être associée aux amétropies dites sphériques (myopie ou hypermétropie), et qui provoque un flou visuel non corrigible par un verre sphérique seul. L’astigmatisme requiert en effet une correction par un verre dit « cylindrique » (cylindre), une lentille torique ou un implant torique. L’astigmatisme peut être :

• Isolé (astigmatisme simple)
• Associé (astigmatisme composé) à la myopie, l’hypermétropie, et/ou la presbytie

C’est un défaut tout à fait opérable en chirurgie réfractive et en chirurgie de la cataracte.

L’astigmatisme régulier peut être corrigé non seulement par le port d’un verre de lunette, mais également par celui d’une lentille de contact torique, ou par une chirurgie réfractive appropriée (le plus souvent au laser, plus rarement par implant torique ou par incisions cornéennes relaxantes).

2. Astigmatisme : un défaut optique tridimensionnel

Pour appréhender l’astigmatisme, il faut raisonner dans les trois dimensions de l’espace. Une coupe de l’œil permet de représenter schématiquement le trajet des rayons lumineux dans les yeux myopes, emmétropes ou hypermétropes.

Dans un œil astigmate, la réfraction des rayons lumineux varie avec le méridien considéré ; un œil peut être emmétrope selon une direction (ex. : méridien horizontal) et myope (ou hypermétrope) selon une autre (ex : méridien vertical). Dans un œil astigmate, on distingue deux méridiens particuliers, qui sont mutuellement perpendiculaires : ce sont les méridiens de puissance extrême : l’un est le plus puissant (vergence maximale), l’autre le moins puissant (vergence minimale).

L’œil astigmate présente un défaut optique (amétropie) dont la particularité est de varier selon l’axe du méridien considéré. Tous les méridiens peuvent être trop puissants (myopie), mais présentent une variation de puissance entre eux. L’œil présente alors un astigmatisme dit « myopique composé ».

3. Astigmatisme : notions élémentaires

3.1 Astigmatisme : absence de stigmatisme

L’œil est un système optique complexe destiné à former l’image de la scène observée sur la rétine. Cette image est ensuite échantillonnée par la mosaïque des photorécepteurs rétiniens. Si l’image formée sur la rétine est fidèle, la vision est nette. En assimilant l’objet regardé à un point : si l’image de ce point est elle-même un point (tous les rayons se coupent en un point) et qu’elle se forme sur la rétine, alors la vision de ce point est fidèle. La propriété d’un système optique à faire d’un point objet un point image s’appelle le stigmatisme. On devine que l’astigmatisme (« a » privatif) correspond à l’absence de stigmatisme ; cette déperdition du stigmatisme réduit la qualité de l’image et explique le flou visuel provoqué par l’astigmatisme. En l’absence de défaut optique, seule la diffraction intervient pour réduire la qualité optique de l’œil. Dans des conditions optimales (aucune aberration et pupille dilatée pour réduire au maximum la diffraction), les dimensions de l’image formée d’une source lumineuse ponctuelle sont un peu élargies, mais son diamètre est du même ordre que celui d’un cône de la fovéa (deux microns environ). La fovéa est la région de la rétine utile pour la vision précise centrale et où la densité des cônes est maximale. Cette densité autorise une résolution (acuité visuelle) de l’ordre de 20/10.

3.2 Effet de l’astigmatisme sur le trajet optique

L’astigmatisme est un défaut optique complexe. Cette complexité est liée à la difficulté à représenter tridimensionnellement l’effet provoqué par cette aberration. Pour comprendre la nature de l’astigmatisme régulier, il suffit de se rappeler que la puissance optique d’une lentille dépend de sa courbure. Plus celle-ci est élevée, plus la distance focale sera courte. On peut ainsi rapprocher courbure et puissance d’une lentille ; pour une lentille pourvoyeuse d’astigmatisme, la courbure (et donc la puissance optique) varie entre les méridiens.

L’image d’un point sera formée ponctuellement dans un plan (appelé plan focal, puisqu’il correspond au foyer de la lentille). Ce plan est d’autant plus proche de la lentille que celle-ci possède une courbure importante. Au-delà de ce plan focal, la lumière poursuit son trajet, le faisceau n’étant plus convergent mais divergent.

Imaginons une lentille « solide » dans un espace à 3 dimensions, dont la courbure varie régulièrement selon les méridiens, et ce, entre deux méridiens de puissance extrêmes (le plus puissant et le moins puissant), perpendiculaires entre eux ; une telle lentille est dite torique. Elle peut être vue comme un assemblage continu de sections de lentilles de puissance variable. Elle ne peut pas faire d’un point source une image ponctuelle, car les rayons réfractés par la lentille iront focaliser à une distance différente selon le méridien qu’ils auront traversé. Ainsi, il n’existe pas de plan idéal pour recueillir l’image d’un point (même si certains plans sont meilleurs que d’autres).

3.3 La conoïde de Sturm

Il en résulte une figure relativement complexe, qui ressemble un peu à un empennage d’avion (rappelons que nous n’avons représenté que le trajet des rayons lumineux entre les deux méridiens extrêmes).

Si l’on poursuit cette méthode en ajoutant les rayons réfractés par d’autres méridiens intermédiaires, on commence à entrevoir la nature complexe du trajet des faisceaux lumineux induits par la réfraction d’une lentille ou d’un dioptre torique. L’enveloppe de l’ensemble des rayons réfractés par un système astigmate est appelée conoïde de Sturm (Sturm conoid).

Plusieurs points sont à noter :

• La forme de la tache focale varie entre l’ellipse plus ou moins allongée, dans l’espace situé en dehors des « focales » principales
• La forme de la tache focale est d’allure globalement ovalaire dans l’espace situé entre les focales
• La réduction de la qualité optique est moindre si l’on recueille l’image du point source dans un plan situé entre les focales principales (zone dite du cercle de moindre diffusion)

4. Classification de l’astigmatisme

Les différents types d’astigmatisme rencontrés en pratique clinique sont classés selon la position des plans des focales principales par rapport à la rétine de l’œil concerné.

Type d’astigmatisme	Position des focales	Caractéristiques
Myopique simple	Une focale sur la rétine, l’autre en avant	Un méridien emmétrope
Myopique composé	Deux focales en avant de la rétine	Tous méridiens myopes
Hypermétropique simple	Une focale sur la rétine, l’autre en arrière	Un méridien emmétrope
Hypermétropique composé	Deux focales en arrière de la rétine	Tous méridiens hypermétropes
Mixte	Une focale en avant, l’autre en arrière	Rétine au cercle de moindre diffusion

L’astigmatisme mixte, quand il est modéré, est compatible avec une bonne acuité visuelle non corrigée, car la dégradation du stigmatisme est moindre qu’en cas d’astigmatisme myopique composé. La rétine est en effet située dans la région du cercle de moindre diffusion. Il induit cependant souvent des symptômes de « fatigue visuelle ».

5. Astigmatisme direct et indirect

Par convention :

• Un astigmatisme direct (ou conforme – « with-the-rule » ou WTR) induit une focalisation des rayons de telle sorte que la focale « verticale » est située dans un plan plus éloigné de la pupille d’entrée que la focale « horizontale ». Un astigmatisme direct est engendré par une courbure plus prononcée des méridiens verticaux de la cornée (ou du cristallin).
• Un astigmatisme indirect (ou non-conforme – « against-the-rule » ou ATR) induit une focalisation des rayons de telle sorte que la focale « horizontale » est située dans un plan plus éloigné de la pupille d’entrée que la focale « verticale ». Un astigmatisme indirect est engendré par une courbure moins prononcée des méridiens verticaux de la cornée (ou du cristallin).

L’orientation de l’astigmatisme a des conséquences fonctionnelles : l’astigmatisme myopique indirect simple correspond à une situation où l’image rétinienne d’un point est un « trait » vertical pour les objets rapprochés ; cette orientation favorise la perception plus nette des caractères d’imprimerie que si l’image d’un point était un trait horizontal. Un léger astigmatisme inverse myopique est à même de favoriser la lecture sans correction d’un presbyte, sans trop pénaliser la vision de loin.

6. Principes de la correction optique de l’astigmatisme

Pour être efficace, la correction de l’astigmatisme doit :

1. Utiliser un verre dit « cylindrique » (ou torique) afin de rétablir le stigmatisme dans un plan focal, c’est-à-dire amener vers un foyer unique les rayons focalisés par l’ensemble formé par la cornée, le cristallin et le verre correcteur
2. Utiliser un verre sphérique pour déplacer ce foyer unique dans le plan de la rétine

L’étape numéro 1 suffit dans le cas d’un astigmatisme simple.

L’axe « long » du cylindre (l’axe vertical dans cet exemple) est neutre sur le plan optique. L’axe « court » (horizontal dans cet exemple) correspond à l’axe où la correction optique est maximale. Cet axe est logiquement placé dans la même direction que l’axe le plus plat (celui où il manque une dioptrie), auquel il apporte le gain de puissance optique nécessaire à la correction de l’astigmatisme.

Correction chirurgicale au laser excimer

7. Principes de la correction chirurgicale de l’astigmatisme

Une stratégie chirurgicale ne se déduit pas du seul cylindre de l’ordonnance. Elle dépend de la structure qui produit l’astigmatisme, de sa régularité, de l’axe, de la stabilité des mesures et de la présence éventuelle d’une myopie, d’une hypermétropie ou d’une cataracte.

Technique	Cible optique principale	Paramètres déterminants
LASIK ou PKR	Astigmatisme cornéen régulier, isolé ou associé à une amétropie sphérique	Topographie, tomographie, épaisseur, centrage, axe et compensation de la cyclotorsion
Implant phaque torique	Correction intraoculaire chez certains patients, notamment avec forte myopie associée	Profondeur de chambre antérieure, endothélium, dimensionnement et orientation de l’implant
Implant torique pseudophaque	Astigmatisme cornéen lors d’une chirurgie de la cataracte	Astigmatisme cornéen total, effet de l’incision, formule de calcul, alignement et stabilité rotationnelle
Incisions arciformes	Modification de la courbure cornéenne dans des indications sélectionnées	Architecture cornéenne, profondeur, diamètre, axe et contexte postopératoire ou post-greffe

La page Chirurgie de l’astigmatisme : laser, implants et bilan présente la démarche clinique complète. Pour la géométrie de la photoablation, voir les profils d’ablation laser et la page LASIK et astigmatisme.

8. Implants toriques : mesure, calcul et alignement

Il n’existe pas de seuil universel à partir duquel un implant torique serait automatiquement indiqué. La décision dépend de l’astigmatisme cornéen total, de sa régularité, de l’effet attendu de l’incision, des objectifs réfractifs et de la reproductibilité des mesures. La face postérieure de la cornée explique une partie des écarts entre kératométrie conventionnelle et astigmatisme cornéen total.

• Mesure : comparer des acquisitions reproductibles et traiter les anomalies de surface oculaire.
• Modèle de calcul : intégrer la cornée postérieure et l’astigmatisme induit par la chirurgie.
• Marquage et orientation : faire correspondre l’axe calculé avec l’axe implanté.
• Rotation postopératoire : analyser vectoriellement le cylindre résiduel avant d’envisager un réalignement.

Approfondir avec les implants toriques, la rotation d’un implant torique et le calculateur de réalignement.

9. Simulation optique : AIOL Sci

La correction optimale de l’astigmatisme lors de la chirurgie de la cataracte nécessite de prendre en compte les caractéristiques individuelles de chaque œil. AIOL Sci permet de simuler le comportement optique de différents implants en fonction des paramètres cornéens spécifiques du patient.

10. Références

Voir aussi : Astigmatisme : explication générale | Chirurgie de l’astigmatisme | Implants toriques | LASIK et astigmatisme | Définitions et formulations | Profils d’ablation laser.