SCORE Analyzer
Détection du kératocône infraclinique et prévention de l’ectasie avec le logiciel SCORE Analyzer.
Le logiciel Score est un programme informatique d’intelligence artificielle destiné à fournir une aide à la décision clinique en chirurgie réfractive pour le dépistage précoce des formes débutantes de kératocône infra-clinique et la prévention de l’ectasie cornéenne. Conçu par les Dr Damien Gatinel et Alain Saad entre 2009 et 2011, il a obtenu le marquage CE en Décembre 2013. Il découle des conclusions d’un travail de recherche clinique débuté en 2002, et utilise les données fournies par le topographe Orsbcan IIz (Bausch & Lomb, Technolas PV, Allemagne).
NB: en 2021, l’algorithme SCORE a été adapté inclus dans le logiciel de l’instrument OCT à haute résolution ANTERION (Heidelberg Engineering). Ce qui suit concerne la version développée pour le topographe à balayage par fente Orbscan (Technolas Bausch & Lomb).
Présentation du logiciel SCORE Analyzer :
Le logiciel SCORE Analyzer est un programme d’aide à la décision clinique. Un site internet lui est consacré (en anglais) : www.score-analyzer.com
Le logiciel utilise les données acquises par le topographe spéculaire et d’élévation Orbscan IIz. Le logiciel SCORE reprend l’affichage classique « Quadmap » (4 cartes) et le complète par de nouveaux indices quantitatifs rassemblés dans des cartes conçues pour une interprétation rapide et aisée.
Le SCORE Analyzer doit être utilisé pour le dépistage précoce des formes infracliniques débutante de kératocône chez des sujets myopes, jamais opérés de chirurgie réfractive, et âgés de moins de 50 ans : ces caractéristiques découlent de celles des yeux inclus dans le groupe témoin ayant servi à l’élaboration du logiciel.
La valeur du Score
La valeur du score correspond au résultat d’une fonction discriminante comportant 12 variables dont le seuil optimal pour une détection sensible et spécifique a ajusté pour correspondre à la valeur « zéro ».
– une valeur négative (score<0) correspond à une cornée jugée comme indemne d’une forme fruste de kératocône.
– une valeur positive (score >0) correspond à une cornée jugée comme atteinte d’une forme fruste de kératocône.
La valeur absolue de cette valeur (sa « distance » avec le seuil) est indicative du caractère « normal » ou « anormal » de la cornée analysée. La réalisation d’une chirurgie réfractive cornéenne de type LASIK est déconseillée en cas de valeur positive.
La carte « Radar »
Le radar est une carte présentant les 6 indices topographiques parmi les plus discriminants utilisés pour le calcul du score. Les valeurs de chaque indice sont portées sur un demi-axe, et les 6 demi-axes reliés entre eux de manière à ce que les points de coordonnée reliés de chacun des indices forment un polygone. Une échelle de couleur allant du vert au rouge permet une analyse visuelle rapide des résultats. La couleur jaune correspond à la valeur limite (moyenne plus ou moins deux déviations standards d’une population normale). Les couleurs orange et rouge correspondent à des valeurs anormales.
Les variables utilisées pour la construction du radar sont:
– L’épaisseur du point le plus fin (microns) qui correspond à l’épaisseur minimale du mur cornéen (en utilisant un facteur acoustique de 0.92 pour l’Orbscan)
– L’élévation maximale postérieure (microns) qui correspond à la distance maximale dans les 3mm centraux entre les données postérieures cornéennes et la sphère de référence postérieure calculée.
– L’irrégularité dans les 3mm centraux de la face antérieure (dioptries) qui est proportionnelle à la déviation standard des valeurs prises par la courbure locale de la surface antérieure.
– Le décentrement vertical du point le point le plus fin (mm) et qui correspond au déplacement du point le plus fin vis-à-vis du centre géométrique de la cornée.
– La différence entre l’épaisseur centrale moyenne (zone centrale diamètre 2 mm) et l’épaisseur la plus fine.
– La valeur de la différence I-S (Dioptries) qui correspond à la différence entre les valeurs moyennes kératométriques de 5 points équidistants localisés à 1.5 mm du vertex au niveau de la surface cornéenne antérieure supérieure (S) et inférieure (I). Elle reflète le degré d’asymétrie verticale de la surface cornéenne antérieure.
Courbes d’épaisseur (pachymétrie) : épaisseur moyenne et taux (vitesse) d’amincissement vers le point le plus fin.
La courbe d’épaisseur moyenne (« averaged pachymetry ») est constituée des valeurs moyennes d’épaisseur de la cornée de la périphérie vers le centre (point le plus fin), selon 9 anneaux concentriques de largeur 0.5 mm, contigus de la périphérie (diamètre 9 mm) vers le centre de la cornée (où la valeur moyenne considérée est celle d’une pastille centrale de 1 mm de largeur centrée sur le point le plus fin).
La courbe du taux d’amincissement correspond à la vitesse d’amincissement du mur cornéen vers le point le plus fin : chaque valeur est exprimée comme un pourcentage, qui reflète la réduction d’épaisseur entre deux anneaux contigus.
Origine du SCORE Analyzer
Choix d’un modèle clinique pertinent
Les formes frustes de kératocône sont définies par certains auteurs comme des formes infra-cliniques très débutantes, où l’atteinte de la face antérieure de la cornée n’est pas suffisamment prononcée pour qu’elle éveille la suspicion ; les valeurs prises par les indices utilisés pour le dépistage se situent en deçà des seuils de détection fixés pour ceux-ci.
Comment étudier les caractéristiques topographiques des yeux atteints de ces formes frustes de kératocône ? En théorie, on pourrait analyser de manière rétrospective des cartes topographiques anciennes, effectués au stade précoce de l’affection pour des yeux aujourd’hui atteints de kératocône avéré, dans l’espoir d’y retrouver les prémices de cette affection. Malheureusement, il est rare que des patients aient bénéficié d’une topographie cornéenne, alors qu’ils étaient visuellement asymptomatiques, et ne présentaient aucun signe d’appel à l’examen biomicroscopique (lampe à fente).
Un autre modèle clinique peut être utilisé pour traquer les formes les plus débutantes du kératocône: les yeux les moins atteints de patients atteints de « kératocône très asymétrique entre les deux yeux », c’est à dire avancé (forme clinique et/ou topographique avérée) sur un œil, et très débutant sur l’autre (c’est-à-dire objectivement infraclinique, avec négativité de la détection fondée sur des indices de topographie spéculaire en mode Placido). L’œil le moins atteint n’était inclus au sein du groupe d’intérêt de notre modèle clinique, que si les tests de dépistage issus de la topographie spéculaire (ex :critères de Klyce- Maeda) étaient négatifs, c’est-à-dire que la classification automatique par réseau neuronal (Corneal Navigator, topographe OPDScan, Nidek, Japon) fournissait des pourcentages de similitudes strictement nuls pour le diagnostic topographique objectif de kératocône avéré, de kératocône suspect et de dégénérescence pellucide marginale, …alors que l’autre œil était bien entendu testé positif pour le diagnostic de kératocône avéré.
Ce modèle clinique est précieux car il permet de constituer un groupe d’yeux dont on a la certitude (grâce à l’atteinte avéré de l’autre œil) qu’ils correspondent à une forme débutante de kératocône infraclinique (1). L’existence de formes strictement unilatérales de kératocône est déniée par la plupart des auteurs (2,3) Il peut être jugé plus pertinent d’inclure ces yeux diagnostiqués comme « normaux »(par erreur, ou plutôt car à un stade très débutant – inférieur au seuil retenus pour les critères Placido), que des yeux qui seraient directement diagnostiqués comme « suspects de kératocône » avec les indices Placido. A partir du moment où les cornées sont étiquetés comme « suspectes », elles doivent de faire reconsidérer l’indication d’une chirurgie réfractive cornéenne. Dans ce contexte, le problème est plutôt de vérifier que cette suspicion est fondée, et non portée par excès (fausse positivité pour les indices, dont la spécificité n’est pas absolue).
Les yeux qui ont été inclus dans notre modèle ressemblent à ceux qui posent un problème diagnostique dans le cadre du bilan avant chirurgie réfractive, comme celui présenté ici:
Les yeux à risque d’ectasie présentent quelques anomalies mineures, mais situées en deçà des seuils de détection topographique classiques (4). L’utilisation d’un modèle clinique fondé sur l’étude de l’œil le moins atteint dans le cas d’une atteinte très asymétrique entre les deux yeux a été utilisée ou reprise par de nombreux auteurs (5-8). En raison de la rareté des formes apparemment unilatérales de kératocône (2,3), la constitution d’un effectif suffisant d’yeux atteints de manière certaine d’une forme fruste de kératocône (négatifs pour les tests en vigueur alors que leurs yeux controlatéraux sont atteints) représente une difficulté certaine : il nous a fallu près de 10 ans pour collecter un échantillon suffisamment important.
Utilisation d’une fonction discriminante
Les cornées « Placido normales » mais appartenant à un patient génétiquement atteint de kératocône (atteinte avérée de l’œil controlatéral) ont été étudiées en topographie d’élévation par balayage par fentes lumineuses (Orbscan IIz, Technolas PV, Allemagne), et comparées à un groupe témoin de cornées saines appartenant à des patients myopes opérés de LASIK n’ayant présenté aucune complication pendant les 5 ans de suivi postopératoire.
Dans ces yeux atteints de formes frustes de kératocône, de nombreux indices calculés à partir de l’élévation antérieure, postérieure et de la pachymétrie étaient statistiquement différents de ceux mesurés chez des yeux normaux (1). L’irrégularité de courbure de la face antérieure calculée dans les 3 mm centraux était également statistiquement augmentée (0.98+/- 0.34 vs 1.25+/-0.38 D). Toutefois, la comparaison des distributions entre deux échantillons (cornées normales vs forme fruste de kératocône) révèle un chevauchement important des distributions de ces valeurs.
Il est intéressant de constater que malgré la normalité des indices Placido, un test statistique effectué entre le groupe des cornées atteintes de kératocône fruste et les cornées normales révèle une différence statistiquement significative en matière de courbure antérieure. La normalité des indices Placido signifie simplement que les valeurs prises par les indices calculés pour chacune de ces cornées se situent en deçà des seuils initialement choisis pour ces tests! Dans l’absolu, l’irrégularité de la face antérieure des cornées atteintes de kératocône fruste demeure en moyenne statistiquement plus importante que celles des cornées normales : cependant, la superposition des valeurs prises par les cornées de chaque échantillon ne laisse pas augurer de l’obtention d’une bonne sensibilité et spécificité avec un test uniquement fondé sur ce critère, et un seuil que l’on fixerait plus bas. On pourrait certes identifier des formes frustes de kératocône avec ce simple critère et un seuil abaissé, mais on accuserait de nombreux yeux normaux à tort…
D’autres paramètres présentaient des différences statistiquement significatives entre les deux groupes: l’épaisseur centrale moyenne était réduite (524.3+/-35 vs 554.6+/-36 microns), la différence entre cette valeur et celle du point le plus fin (thinnest point) était augmentée (12.1+/-5 .6 vs 6.8+/-3.1 microns), la distance avec le centre géométrique du point le plus fin était augmentée (0.95+/-0.37 vs 0.64+/-0.32), et la valeur d’élévation postérieure vis à vis de la sphère de référence calculée après recentrement sur le point le plus fin était plus grande en regard de ce point (26.3+/-11 microns vs 19.7+/-8.6 microns).
Comme souligné précédemment, les moyennes calculées pour chacun de ces paramètres, bien que significativement différentes sur le plan statistique, étaient trop proches vis-à-vis de la distribution des valeurs mesurées pour qu’elles puissent, considérées de manière isolée, être réellement cliniquement significatives, et permettre de bâtir un test de dépistage suffisamment sensible et spécifique. Pourtant, le gradient d’amincissement de la cornée de la périphérie de la cornée vers le centre, l’indice d’irrégularité topographique à 3 mm, le décentrement vertical du point le plus fin, la différence entre la pachymétrie centrale et la pachymétrie la plus fine ainsi que la différence entre la kératométrie inférieure moyenne et la kératométrie moyenne supérieure mesurée à 5 mm du vertex sont parmi les indices ayant montré un pouvoir discriminant potentiel. Cependant, l’utilisation isolée de chaque indice ne permet pas de différencier avec suffisamment de sensibilité et de spécificité les cornées normales des cornées du groupe étudié en raison du chevauchement important des valeurs prises par les cornées incluses dans l’échantillon.
En revanche, l’utilisation combinée de ces critères, fondée sur le calcul d’un indice composite avec une technique d’analyse discriminante, a permis d’obtenir un test diagnostique plus sensible et spécifique. Le groupe témoin utilisé pour bâtir le test était composé d’yeux de patients myopes âgés de moins de 50 ans, opérés de LASIK myopique sans complication (en particulier l’ectasie), et suivis pendant 5 ans au moins. Rappelons que le groupe d’étude était composé d’yeux classés comme normaux avec une topographie de Placido et le réseau neuronal fondé sur l’utilisation des indices de Klyce et Maeda : ces yeux sont toutefois susceptibles d’évoluer spontanément (et a fortiori en cas de chirurgie cornéenne) vers une forme d’ectasie. Le choix d’un seuil optimal a permis d’obtenir une sensibilité de 93% et une spécificité de 92% pour le dépistage du kératocône fruste.
Ces résultats été à l’origine de la conception de l’algorithme du SCORE Analyzer (SCORE : « Screening Corneal Objective Risk of Ectasia ») fondé sur l’utilisation d’une combinaison d’indices topographiques spéculaires de Placido et d’élévation possédant un certain pouvoir discriminant (existence d’une différence statistiquement significative des moyennes calculées entre les groupes testés pour chacun de ces indices). Parmi les indices présentant une différence statistiquement significative entre les deux groupes, en ont été retenus douze parmi les plus discriminants. Chacun de ces indices était utilisé et contribuait au calcul d’un score, grâce à une fonction discriminante qui les combinait linéairement.
Le score obtenu permet de classer les observations en fonction du degré de similitude avec des cornées susceptibles d’ectasie spontanée (évolution vers une forme plus prononcée de kératocône). Le seuil choisi, qui correspond à la frontière permettant de séparer avec une sensibilité et une spécificité maximale les échantillons étudiés, a été ajusté pour prendre la valeur « zéro ».
Un score positif (>0) prédit une cornée suspecte, tandis qu’un score négatif (<0) prédit une cornée normale. Plus la valeur du score est positive, plus les caractéristiques topographiques de la cornée considérée sont proches de celles d’un kératocône, et inversement. La réalisation d’une chirurgie réfractive cornéenne doit être reconsidérée en cas de valeur positive, voire faiblement négative en fonction du contexte clinique (forte correction myopique, terrain atopique, etc.)
Exemples d’utilisation du logiciel SCORE
Voici un exemple de carte obtenue à partir d’une acquisition Orbscan chez un patient atteint d’une forme très asymétrique de kératocône (l’œil gauche présentait une forme avérée).
Le cas suivant correspond à un cas d’ectasie iatrogène post LASIK, pour lequel le logiciel SCORE a pu être utilisé de manière rétrospective et mesurer un Score positif en préopératoire.
Les cartes préopératoires, qui n’éveillaient pas de suspicion particulière, ont été rétrospectivement utilisées pour établir une carte avec le logiciel SCORE Analyzer.
Le Score de l’oeil droit est positif, indiquant que la combinaison d’indices topographiques permettait d’aboutir à une conclusion que l’inspection subjective ne pouvait aisément deviner: la présence d’une susceptibilité pour l’ectasie cornéenne.
Le score de l’œil gauche (évolution non compliquée) était légèrement négatif:
Intérêt du logiciel SCORE
L’intérêt d’un système automatisé de détection topographique des kératocônes infracliniques débutant est multiple. Il permet tout d’abord de combiner un ensemble d’indices discriminants issus de la topographie spéculaire, d’élévation et d’épaisseur en un chiffre unique (le score), pour une évaluation plus exhaustive de chaque cornée étudiée. Il s’agit de la première méthode de détection automatisée qui combine des indices de topographies Placido, d’élévation et pachymétrique, et cette association a prouvé sa supériorité vis-à-vis de l’usage séparé l’une ou de l’autre des deux technologies (9–,11).
Conclusion
La topographie cornéenne est un l’outil de référence pour la détection des formes infracliniques de kératocône. La topographie spéculaire de Placido permet de dépister une partie de ces formes infracliniques (formes étiquetées comme Placido-suspectes), mais sa sensibilité et sa spécificité ne sont pas suffisantes pour s’abstenir du recueil des données de l’élévation et de la pachymétrie totale (tomographie).
Tous ces résultats convergent et suggèrent fortement que le chirurgien soucieux d’accroître la sensibilité du dépistage du kératocône infraclinique débutant doit accorder de l’attention à l’examen de la face postérieure de la cornée et de son épaisseur, qui est évaluée de manière plus globale par l’examen de la distribution pachymétrique (carte de tomographie ou pachymétrie). Le SCORE Analyzer vise à atteindre cet objectif.
VIDEO: présentation du logiciel SCORE analyser (Bordeaux, 24 Mai 2014)
voir l’article en lien concernant une étude de validation du SCORE Analyzer : https://www.gatinel.com/2013/10/saad-gatinel-d-retrospective-testing-of-the-score-for-the-detection-of-ectasia-susceptibility-case-report-of-ectasia-7-years-after-lasik-int-j-kerat-ect-cor-dis20132273-78/
Références
1) Saad A, Gatinel D. Topographic and tomographic properties of forme fruste keratoconus corneas. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2010 ;51(11):5546-55
2) Wei RH, Zhao SZ, Lim L, Tan DT. Incidence and characteristics of unilateral keratoconus classified on corneal topography. J Refract Surg. 2011;27(10):745-51
3) Rabinowitz YS, Nesburn AB, McDonnell PJ. Videokeratography of the fellow eye in unilateral keratoconus. Ophthalmology. 1993;100(2):181-6.
4) Gatinel D, Saad A. The challenges of the detection of subclinical keratoconus at its earliest stage. Int J Keratoco Ectatic Corneal Dis 2012;1(1):36-43.
5) Muftuoglu O, Ayar O, Ozulken K, Ozyol E, Akıncı A. Posterior corneal elevation and back difference corneal elevation in diagnosing forme fruste keratoconus in the fellow eyes of unilateral keratoconus patients. J Cataract Refract Surg. 2013 ;39(9):1348-57
6) Smadja D, Touboul D, Cohen A, Doveh E, Santhiago MR, Mello GR, Krueger RR, Colin J. Detection of subclinical keratoconus using an automated decision tree classification. Am J Ophthalmol. 2013;156(2):237-246
7) Bühren J, Kook D, Yoon G, Kohnen T. Detection of subclinical keratoconus by using corneal anterior and posterior surface aberrations and thickness spatial profiles. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2010 ;51(7):3424-32
8) Fontes BM, Ambrósio R Jr, Salomão M, Velarde GC, Nosé W. Biomechanical and tomographic analysis of unilateral keratoconus. J Refract Surg. 2010 ;26(9):677-81
9) Saad A, Gatinel D. Validation of a new scoring system for the detection of early forme of keratoconus. Int J Kerat Ect Cor Dis 2012,1(2):100-108
10) Saad A, Gatinel D. Association of corneal indices for the detection of ectasia-susceptible corneas. J Refract Surg. 2012;28(3):166; author reply 166-7
11) Saad A, Hodge C, Lawless M, Gatinel D. Retrospective testing of a new method for detecting ectasia-susceptible corneas. J Cataract Refract Surg. 2011;37(10):1907-8
bonjour,
je vous pries de bien vouloir m’informer sur le langage de programmation de votre logiciel et les mise à jours des dernière année.je souhaite présenté votre logiciel devant ma classe.
je suis étudiante en informatique .