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Vision et chirurgie réfractive

La vision est un phénomène complexe, qui comporte une étape optique dont la bonne réalisation conditionne la netteté de l’image perçue. La lumière captée par l’œil doit être focalisée sur la rétine pour y former une image aussi nette que possible…Les défauts optiques de l’œil (les amétropies: myopie, hypermétropie, astigmatisme et hypermétropie) affectent cette étape optique, et induisent un flou de l’image rétinienne. Une correction par verre de lunette ou lentilles est alors nécessaire.

L’objectif principal de la chirurgie réfractive au laser est de rendre grâce à une opération des yeux réalisée sous simple anesthésie locale (gouttes oculaires) une indépendance accrue voire totale à sa correction au patient dépendant d’un équipement optique en lunettes ou lentilles de contact. Les opérations de chirurgie réfractive permettent de corriger la vision: elles comportent de nombreuses dimensions : éthique, technique, technologique,.. et avant tout humaine.

Cette page fournit un panorama des principales facettes de la chirurgie réfractive. Elle devrait intéresser tout patient s’interrogeant sur les modalités pratiques et théoriques de la correction de la vision au laser.

Vision de l’oeil sain

Cette page est consacrée à une présentation succincte des principaux défauts optiques de l’oeil, que l’on appelle « erreurs réfractives », ou amétropies, et des techniques qui permettent de les corriger.

Pour comprendre ces défauts, il est important de connaître les principales caractéristiques et performances « normales » d’un oeil sain, et de simplifier les processus  et phénomènes optiques impliqués dans la perception visuelle.

La figure suivante représente une coupe anatomique simplifiée du globe oculaire.

Vue 3D de l'oeil et principaux éléments anatomiques de l'oeil

Représentation en coupe du globe oculaire et des principaux tissus impliqués dans la vision. L’oeil peut être assimilé à une sphère, dont le diamètre est proche de 23 mm en moyenne (plus longs chez les myopes, plus court chez les hypermétropes).

 

Les étapes de la vision humaine

L’œil humain est doté d’un système optique complexe, dont le rôle est de capter la lumière émise par le monde environnant afin d’en produire une représentation sous forme de sensation visuelle.

La vision est un sens élaboré, qui met en jeu de nombreux évènements de nature complexe et dont certains sont encore mal élucidés.  Elle fait intervenir une cascade d’évènements amorcée par la captation par l’œil de photons provenant de la cible observée, et achevée par une sensation visuelle née de l’activation de structures neuronales spécialisées du cortex occipital.

Etape optique de la vision

La première étape de ce processus peut être qualifiée d’optique, car elle comporte les réfractions successives au travers des interfaces optiques de l’œil (film lacrymal, cornée, cristallin, vitré) des ondes lumineuses jusqu’aux photorécepteurs rétiniens. Cette étape est importante car elle conditionne la qualité de la vision chez les sujets par ailleurs indemnes de pathologies des voies visuelles. La qualité de la réfraction des rayons lumineux est donc essentielle à l’obtention d’une vision nette.  La résolution d’un instrument optique ne dépend pas que de la qualité des lentilles et éléments optiques qui le constituent: la qualité du capteur où se forme l’image est également cruciale. La densité en photorécepteurs rétiniens conditionne l’obtention d’une bonne « finesse » de l’image, c’est à dire d’une bonne acuité visuelle .

Etape neuro sensorielle de la vision

L’étape suivant la transmission de l’information optique vers la rétine photosensible est neuro sensorielle: elle vise à convertir le signal lumineux en signal électrique, qui sera transmis au cerveau pour activer les aires visuelles et provoquer la sensation visuelle. Il existe des aires cérébrales dédiées aux sensations visuelles; la vision est le sens qui sollicite le plus le cerveau. La vision est une sensation qui naît dans le cortex cérébral, l’oeil est avant tout un « capteur de lumière ». Il existe cependant un codage relativement complexe de l’information visuelle dès sa réception au niveau de la rétine. Les informations ainsi codées quittent l’oeil pour emprunter les voies visuelles via le nerf optique, dont l’ophtalmologiste voir l’émergence (papille optique) lors de l’examen du fond d’oeil.

Les acteurs de la vision

On distingue les éléments réfractifs (cornée et cristallin), qui dévient la lumière vers la rétine, et le capteur (la rétine). L’oeil est muni d’un diaphragme (la pupille irienne) situé entre la cornée et le cristallin.

Eléments optiques

Les acteurs principaux de l’étape optique de la vision sont la cornée et le cristallin. Par analogie avec celui d’un appareil photographique, l’objectif de l’oeil humain est constitué de ces deux lentilles. Ces tissus ont pour rôle essentiel de faire converger la lumière captée par l’oeil vers la rétine. Entre les deux, se trouve un diaphragme, la pupille irienne, dont le diamètre varie de manière à réguler la quantité de lumière captée et transmise vers la rétine.

La cornée (le « hublot transparent » à l’avant de notre œil) a une puissance optique (« focale ») fixe, alors que le cristallin (la lentille interne) dispose d’une focale variable qui permet la « mise au point » (c’est l’accommodation, qui est utilisée pour la vision de près). La cornée et le cristallin réfractent (dévient le trajet) de la lumière vers la rétine qui correspond à la « pellicule sensible » de l’œil.

La cornée et le cristallin sont donc assimilables à des lentilles optiques, dont la courbure et l’indice de réfraction permettent aux rayons lumineux de converger vers la rétine. La cornée est au contact de l’air : la différence d’indice de réfraction entre l’air et le tissu cornéen est importante. La cornée est le dioptre le plus puissant de l’oeil, dont elle assure environ les 2/3 du pouvoir optique.

Les opérations à visée correctrice au laser intéressent la cornée: le laser excimer délivre un profil d’ablation, qui permet de modifier la courbure de la cornée de  manière à compenser le défaut à corriger: une réduction de la courbure permet de corriger la myopie. Une augmentation de la courbure permet de corriger l’hypermétropie. Une « égalisation » de la courbure permet de corriger l’astigmatisme. Enfin, la chirurgie de la presbytie repose souvent sur l’induction d’une courbure variable (multifocalité).

Le capteur de lumière

La rétine est une membrane multi-couche tapissant l’intérieur de la paroi oculaire et qui contient des éléments photosensibles appelés photorécepteurs. La fovéa est la région de la rétine ou se projette la partie centrale du champ de vision (zone dédiée à la vision des lettres). Elle est tapissée d’éléments cellulaires photosensibles appelés « cônes« . Une condition élémentaire pour une vision nette est que la projection sur la rétine de l’objet observé soit elle même nette… Cela suppose que les rayons lumineux émis par la source observée convergent et se coupent dans le plan de la rétine. Les yeux myopes ont une longueur axiale excessive;  ils sont « trop longs », le plan de la rétine est en arrière de celui où sont focalisés les faisceaux lumineux émis par les sources lointaine. L’image qui se forme sur la rétine du myope est floue.

Il pourrait être judicieux de déplacer le plan de la rétine vers celui où se coupent les rayons lumineux, en raccourcissant l’oeil… mais ce type de chirurgie serait lourd et dangereux ! Une solution alternative élégante est de modifier le pouvoir optique des éléments optiques de l’oeil pour que les rayons soient à nouveau focalisés sur la rétine. Les opérations au laser permettent de sculpter la cornée pour en moduler la puissance optique et atteindre cet objectif.

 

La cornée et le cristallin permettent de focaliser les rayons lumineux vers la rétine.

La cornée et le cristallin sont les lentilles de l’oeil humain. La cornée a un pouvoir optique fixe: il varie en fonction des yeux, car la courbure de la cornée varie (le rayon de courbure centrale peut avoir une longueur comprise entre 7 et 8.5 mm environ). Le cristallin est une structure remarquable: souple (du moins jusqu’à l’âge de la presbytie), transparente (jusqu’à l’apparition d’une cataracte). Sa souplesse permet au cristallin de se déformer, et de modifier son pouvoir optique en fonction des besoins visuels (vision de loin, vision de près).

 

Rétine et performance visuelle

La rétine possède un nombre limité de photorécepteurs par unité de surface ; ces photorécepteurs peuvent être comparés aux « pixels » (plus exactement photosites car ces éléments sont sensibles à la lumière) d’un capteur CCD.

L’espacement et la taille (2.5 à 3 microns) des cônes est maximale dans la fovéa, qui est la région centrale de la rétine où se projette normalement le centre de l’image observée (par exemple les lettres des mots que vous lisez actuellement). La densité des cônes au centre de la fovéa permet d’atteindre une certaine résolution maximale, c’est à dire un score d’acuité visuelle, que l’on exprime généralement en nombre de dixièmes, à ne pas confondre avec les dioptries.

Ces dixièmes sont proportionnels à la résolution angulaire, c’est à dire au pouvoir séparateur de l’oeil, qui est l’angle minimum en deça duquel il n’est pas possible de « séparer » deux points distincts: cet angle minimal de résolution (désigné par l’acronyme anglais de MAR pour Minimum Angle of Resolution) est pour l’oeil humain de 30 secondes d’arc (1/120e de degré) soit une acuité visuelle théorique pouvant atteindre 20/10 dans de bonnes conditions d’observation (pour comprendre ces unités et en savoir plus: acuité visuelle et pouvoir séparateur oculaire)
Toutefois, une acuité visuelle de 10/10 voire 12/10 avec correction est considérée comme normale en physiologie.
Certaines maladies affectent les cônes de la fovéa, ce qui induit une réduction de l’acuité visuelle (perte de dixièmes d’acuité visuelle sans correction), qui ne peut alors être corrigée par des verres correcteurs. L’amblyopie est une affection qui correspond à un mauvais « décodage » de l’image au niveau des aires visuelles. Elle survient quand un défaut optique n’est pas dépisté dans l’enfance (ce qui est malheureusement souvent le cas quand ce défaut ne concerne qu’un œil, par exemple un astigmatisme unilatéral). Les voies visuelles poursuivent leur maturation jusque l’âge de 6 ans environ : si un œil voit « flou » depuis un âge précoce et demeure non corrigé, les voies reliant cet œil au cerveau ne se développeront pas normalement. Ceci peut conduire à une perte irrémédiable de dixièmes, alors même que le défaut optique peut être corrigé (lunettes, ou chirurgie laser) et que l’œil est anatomiquement normal. Si le défaut optique est dépisté tôt, une rééducation spécifique permet en général d’empêcher le développement d’une amblyopie.

Les défauts optiques de l’oeil

Les défauts optiques sont liés au fait que tout ou partie des rayons lumineux constitutifs de l’image de l’objet sont focalisés en dehors du plan de la rétine. La réfraction de la lumière par la cornée et le cristallin n’est pas optimale vis à vis de la longueur de l’oeil; on parle ainsi d’erreur réfractive (amétropie). Ces erreurs comprennent les amétropies sphériques (myopie, l’hypermétropie), les amétropies cylindriques (astigmatisme simple et composé), et la presbytie, qui est une insuffisance d’accommodation. Tous ces défauts peuvent faire l’objet d’une correction chirurgicale au laser.

Amétropies sphériques

En cas d’amétropie sphérique, tout se passe comme si on avait reculé  ou avancé l’écran recueillant la lumière d’un projecteur sur lequel l’image était initialement bien nette. L’image observée devient d’autant plus floue que l’on écarte l’écran de sa position initiale (voir les causes de la vision floue du myope). Dans le cas d’un oeil atteint d’une anomalie de la réfraction, la rétine n’est pas dans le plan où l’image « projetée » par la cornée et le cristallin est la plus nette.

Les verres correcteurs ou les lentilles de contact permettent de dévier les rayons lumineux avant qu’ils ne  pénètrent dans l’œil, afin que ceux-ci convergent à nouveau sur la rétine et y forment une image nette. Ces verres sont simples à tailler, et peuvent être, de part leur symétrie de révolution, obtenus à partir de segments de sphère, d’où le terme « sphérique » pour qualifier ces amétropies.

Par exemple, l’oeil myope étant « trop long », le plan de l’image la plus nette, où convergent les rayons lumineux émis par une source lointaine, est situé en avant de la rétine. Un verre de lunette de géométrie adaptée (concave, plus mince au centre qu’aux bords) fait diverger les rayons lumineux avant qu’ils ne frappent la cornée. Cette divergence permet aux rayons d’être réfractés « plus loin », dans le plan de la rétine, corrigeant ainsi la myopie.

De même, l’hypermétropie (oeil trop court, les rayons ne convergent pas assez vite) est corrigée par l’adjonction d’un verre convexe (« loupe ») sur le trajet des rayons lumineux incidents: ceux ci sont déjà convergents quand ils rencontrent la cornée.

Les amétropies cylindriques

Les amétropies cylindriques regroupent les astigmatismes simples, et composés. L’astigmatisme est du à une variation excessive de la courbure de la cornée et/ou du cristallin entre les méridiens. La lumière n’est plus focalisée en un point, ce qui cause le flou visuel; l’absence de focalisation ponctuelle (qui est une propriété appelée « stigmatisme ») donne son nom au défaut optique : a-stigmatisme, absence de stigmatisme.

La géométrie du verre correcteur nécessaire pour rétablir le stigmagtisme est assimilable à une portion de cylindre ou de tore, d’où le terme « cylindrique » pour qualifer ces amétropies. Le verre possède une géométrie destinée à compenser les variations de courbure de la cornée et/ou du cristallin.

 

En résumé:

* La vision est un phénomène complexe que l’on peut grossièrement scinder en deux étapes :

– l’étape optique : elle assure le transport des rayons (photons lumineux) émis par la source observée vers la rétine.

l’étape cognitive : elle fait intervenir la rétine, les voies visuelles (où l’information est « codée » sous forme d’influx neuronal) et les aires cérébrales occipitales (où l’information est « décodée » pour produire la sensation visuelle).

En cas d’erreur réfractive, l’étape optique est altérée. Pour un œil myope, hypermétrope ou astigmate non corrigé, la vision est floue  car l’image observée n’est pas bien projetée sur les cellules photoréceptrices (cônes) de la fovéa. La chirurgie réfractive a pour but de corriger les anomalies optiques de l’oeil et parfaire l’étape optique de la vision

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