L’astigmatisme est un défaut oculaire fréquent; quand on parle d’astigmatisme et de sa correction, on sous entend généralement le caractère « régulier » de l’astigmatisme; L’astigmatisme régulier est souvent défini comme la composante de l’astigmatisme qu’il est possible de corriger par un verre de lunette, à l’inverse de l’astigmatisme dit irrégulier.
L’astigmatisme irrégulier regroupe les aberrations optiques qu’il n’était pas possible d’étudier de manière précise avant la généralisation de l’aberrométrie oculaire. Grâce à l’aberrométrie, ce concept s’est transformé en celui d’aberrations dites de « haut degré »; leur type et leur taux respectifs sont précisés par l’étude du front d’onde oculaire, qui permet de scinder les aberrations qui le composent en des termes de différents degrés. Le couplage au topographe cornéen permet d’étudier les aberrations induites par la face avant de la cornée (à partir de la mesure de la topographie de la cornée).
Astigmatisme régulier
L’astigmatisme régulier correspond aux termes de degré 2 dans la classification de Zernike : la décomposition en polynomes de Zernike des déphasages du front d’onde attribue à l’astigmatisme régulier deux composantes : Z(2,-2) et Z(2,2). Ces composantes sont « indépendantes » (mathématiquement, on dit qu’elles sont orthogonales: elles permettent de décomposer tout astigmatisme régulier en une combinaison de ces deux termes). La valeur des coefficients C(2,-2) et C(2,2) qui pondèrent ces termes dépend de l’orientation (en degré) et de la magnitude (en dioptrie) de l’astigmatisme régulier:
En cas d’astigmatisme direct ou inverse (orienté exactement à 90° vs 0°), seule la composante C(2,2) a une valeur non nulle (négative si astigmatisme direct, positive si astigmatisme inverse). La valeur de C(2,-2)=0
En cas d’astigmatisme oblique (orienté à exactement 45° vs 135°), seule la composante C(2,-2) = 0.
Les astigmatismes orientés sur d’autres axes (ex : 25° vs 115°) résultent en une combinaison de valeurs non nulles pour C(2,-2) et C (2;2).
L’astigmatisme régulier est corrigé en lunettes, en chirurgie réfractive (LASIK, PKR) et en chirurgie de la cataracte (implant torique).
La correction de l’astigmatisme repose sur l’utilisation d’un dispositif qui génère un astigmatisme de même magnitude mais orienté à 90° de l’astigmatisme à corriger.
La correction de l’astigmatisme régulier repose sur l’induction d’un astigmatisme équivalent en magnitude, mais orienté à 90°. Ici, le déphasage induit par l’astigmatisme régulier est représenté par un polynôme de Zenike Z(2, +/-2) (en bas). Un dispostif correcteur induit un déphasage équivalent en magnitude, mais il doit être orienté de manière à ce que ce déphasage soit orienté à 90° de celui de l’œil. De cette manière, la somme de ces déphasages résulte en un déphasage nul. Dans le cas d’un implant torique en chirurgie de la cataracte, il convient d’aligner l’implant de manière optimale, en fonction de l’orientation de l’astigmatisme cornéen. L’implant torique ne corrige que la composante régulière de l’astigmatisme.
L’astigmatisme irrégulier
Il correspond aux déphasages infligés par des aberrations de degré supérieur ou égal à 3. Un taux modéré d’astigmatisme irrégulier est mesuré pour les yeux humains, et ce taux augmente avec la dilatation de la pupille. Les aberrations les plus fréquemment retrouvées sont de type coma : Z(3,-1) et Z(3,1), trefoil : Z(3,-3) et Z (3,3), aberration sphérique Z(4,0) et Z(6,0).
L’astigmatisme irrégulier n’est pas corrigeable en lunettes. Il peut être réduit par le port de lentilles de contact rigides, une photoablation laser personnalisée, ou le traitement de la cause (ex : implant décentré).
Le kératocône provoque de l’aberration de type coma car l’asymétrie cornéenne provoque un déphasage asymétrique. Le chemin optique depuis la fovéa est plus court dans région où la cornée est moins cambrée (en supérieur) et plus long dans la région où la cornée est plus cambrée.
Le kératocône comporte généralement un degré important d’asymétrie cornéenne; la cambrure inférieure entraîne un retard de phase (allongement du chemin optique), alors que la portion moins cambrée (en supérieur) entraine une avance de phase. Le déphasage est représenté par l’aberration de type de coma, dont la notation dans la classification des polynômes de Zernike est Z(3,+/-1).
Kératocône : astigmatisme régulier et irrégulier
Voici un exemple clinique illustrant ces différences.
Il s’agit d’un patient atteint de kératocône stable, opéré de cataracte et ayant bénéficié d’une insertion d’implant torique pour corriger la composante régulière de l’astigmatisme. En post opératoire, l’acuité visuelle est de 10/10 sans correction de loin, et Parinaud 3 sans correction de près. L’étude aberrométrique permet de scinder les conséquences de l’astigmatisme régulier cornéen (et de sa compensation par l’implant), ainsi que la persistance des effets liés à l’astigmatisme irrégulier (voir aussi : exemple examen aberrométrique et kératocône)
Rendu de la courbure cornéenne antérieure. Cette carte est issue du mode « Cornea summary » et révèle une toricité et une asymétrie cornéenne importante avec cambrure inférieure plus marquée (courbure instantanée). L’interprétation automatisée de cette cornée est « clinical keratoconus » (soit « kératocône clinique »).
L’étude topo-aberrométrique avec l’OPDSCAN III permet d’explorer les contributions relatives de la cornée et de l’implant (interne):
Représentation en mode overview (vue d’ensemble) de la mesure topo aberrométrique chez ce patient présentant un kératocône et opéré de cataracte avec implant torique. A gauche, carte OPD (variations de la réfraction au sein de l’aire pupillaire), au centre carte de courbure axiale, et à droite, carte OPD interne (variations de la réfraction au sein de l’aire pupillaire liées au dioptres internes: interface face postérieure de la cornée/ humeur acqeuse, et implant torique). On note que l’astigmatisme cornéen est faible, alors que l’astigmatisme cornéen et interne sont élevées (proche de 7D) mais orientés à 90°. Cette neutralisation mutuelle explique le faible astigmatisme total résiduel.
Cette correction quasi totale de l’astigmatisme régulier est corroborée par l’étude de la position de l’implant vis à vis de l’astigmatisme (toricité) cornéenne.
L’image recueillie en mode « Toric IOL display » comporte une photo prise en rétro illumination, avec visualisation de l’implant. Les marques sur l’implant permettent de repérer l’orientation de celui-ci vis-à-vis de l’orientation de l’astigmatisme cornéen (à droite). Ici, l’implant est parfaitement aligné: son astigmatisme compense alors celui de la cornée.
La carte du déphasage cornéen induit par la toricité cornéenne (composante régulière) est représentée ici, en microns.
Représentation du déphasage lié à la composante régulière de l’astigmatisme cornéen. (représentation du front d'onde cornéen restreinte aux aberrations Z(2,-2) et Z(2,2) )
La représentation de la composante régulière de l’astigmatisme induit par l’implant torique révèle une magnitude similaire, et une orientation à 90°.
Représentation de la composante régulière de l’astigmatisme induit par l’implant torique. Noter l’orientation à 90° de celui-ci vis-à-vis de la composante régulière de l’astigmatisme cornéen.
L’orientation adéquate de l’implant (son méridien le plus puissant est aligné avec le méridien cornéen le moins puissant) peut être quantifiée par l’étude des composantes de l’astigmatisme (polynômes de Zernike : Z(2,-2) et Z (2,2).
La représentation du front d’onde oculaire est restreinte au seules aberrations de degré 2 (astigmatisme régulier). L’astigmatisme régulier total est très fable: les composantes cornéennes et internes s’annulent. Les valeurs absolues des coefficients correspondant à l’astigmatisme cornéen et interne (C2,-2) et C(2,2) sont identiques, mais leur signe est opposé, ce qui explique leur « neutralisation » mutuelle.
L’examen de la carte OPD, qui montre les fluctuations réfractives au sein de l’aire pupillaire, révèle cependant la présence d’une augmentation de la puissance négative en inférieur. Cette asymétrie réfractive est la conséquence de l’asymétrie cornéenne (kératocône).
La carte OPD montre les variations de puissance dioptrique locale (vergence), exprimées en dioptries, pour l’œil entier. Ces variations sont liées à l’astigmatisme régulier et aux aberrations de haut degré. Si l’œil n’était atteint que d’un défaut optique de type « défocus » (myopie pure : défocus négatif en dioptries, hymermétropie pure : défocus positif en dioptries) alors la carte serait monochrome. Autrement dit, il n’y aurait pas de fluctuations locales de puissance dioptrique. La carte OPD inclut l’effet de toutes les aberrations (défocus, mais aussi astigmatisme régulier et irrégulier – aberrations de haut degré). Sur cet exemple, on observe un gradient de puissance globalement vertical: la réfraction est plutôt légèrement hypermétropique dans la moitié supérieure de la pupille, et myopique dans la moitié inférieure de la pupille. Une variation de ce type est généralement induite par l’aberration de type coma. Elle apporte une multifocalité potentiellement utile pour la vision de près, expliquant les performances inhabituelles en vision de près non corrigée pour un patient pseudophake (impant monofocal torique)
La carte OPD restreinte aux seules aberrations optiques de haut degré confirme la responsabilité des aberrations de haut degré dans la génèse de l’augmentation de puissance inférieure.
Il est possible de représenter le seul effet des aberrations de haut degré : carte OPD HO ou HO signifie « High Order » (haut degré). On note la persistance du gradient de courbure vertical: celui-ci est donc induit par l’asgtigmatisme dit « irrégulier », qui est représenté par l’aberration de type coma (voir plus loin), dont l’origine est essentiellement cornéenne (kératocône avec bombement inférieur, qui entraîne une augmentation locale de la puissance réfractive).
L’étude des aberrations de haut degré confirme la présence d’un taux élevé d’aberration de type coma: cette aberration représente l’essentiel des aberrations responsables de l’astigmatisme « irrégulier ».
L’examen topo aberrométrique permet de séparer les déphasages induits par la cornée (au centre) antérieure sur le front d’onde oculaire total (à gauche). Par soustraction, on obtient l’effet cumulé de la face postérieure de la cornée et de l’implant torique. On note que les aberrations de type coma dominent le front d’onde total et cornéen. Il existe un taux non négligeable de coma « interne ». Celle-ci est attribuable en partie à l’asymétrie cornéenne postérieure, et au gradient d’indice de réfraction opposé entre face postérieure et humeur aqueuse qui est opposé en signe (et moindre) à celui qui sépare l’air de la face antérieure de la cornée. La face postérieur de la cornée, dont la déformation est souvent plus prononcée que celle de la face antérieure de la cornée, neutralise une partie non négligeable du coma antérieur. Une autre explication à cette compensation interne est « mécanique »; le déphasage de type coma traduit une première réfraction asymétrique, qui engendre un trajet asymétrique des rayons réfractés vers l’implant torique; cette asymétrie provoque une deuxième réfraction qui compense cette première asymétrie (Artal et al. The human eye us an example of robust optical desing. J Vis, 2006;10(6):1-7
L’effet des composants oculaires et de leur contribution à l’astigmatisme régulier et irrégulier peut être étudié au moyen des cartes « Optical quality » (Qualité optique):
La mesure du front d’onde permet de calculer la PSF (répartition de l’intensité lumineuse d’un point source sur la rétine), la MTF (contraste de l’image rétinienne) et une simulation de la projection d’une image rétinienne d’une plance d’optotypes. En haut, l’effet de la composante régulière de l’astigmatisme est représenté: noter l’étalement important et diffus de l’intensité lumineuse: l’aspect globalement circulaire et non elliptique correspond au cercle de moindre diffusion (astigmatisme mixte d’équivalent sphérique quasi nul). L’ajout de la compoisante irrégulière induit une asyémtrie dans cette répartition lumineuse. En bas, l’effet simulé du composant irrégulier de l’astigmatisme seul (aberrations de haut degré) montre une diffusion lumineuse verticale supérieure: effet de l’aberration de type coma). La PSF a une orientation caractéristique, avec une diffusion lumineuse en forme de « comète », dont le sommet est inférieur (orientation de l’aberration coma).
Au final, l’implant torique a permit de neutraliser la composante régulière de l’astigmatisme cornéen. Après implantation et orientation adéquate de celui-ci, la qualité optique de l’oeil demeure entachée par la composante « irrégulière » de l’astigmatisme, représentée principalement par de l’aberration de coma, conséquence de l’asymétrie cornéenne (kératocône).
La mesure du front d’onde oculaire total permet de calculer la PSF (répartition de l’intensité lumineuse d’un point source sur la rétine), la MTF (contraste de l’image rétinienne) et une simulation de la projection d’une image rétinienne d’une planche d’optotypes. L’astigmatisme cornéen régulier est compenser par l’astigmatisme de l’implant, qui en revanche ne compense pas la composante irrégulière de l’astigmatisme cornéen (coma). Noter l’aspect de la PSF, en comète avec un pic d’intensité lumineuse maximale vers le bas.
Voir aussi : rotation d’implant torique chez un patient atteint de kératocône et opéré de cataracte
