+ +

Astigmatisme régulier et irrégulier

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.

 

Origine de l’astigmatisme irrégulier

L’astigmatisme irrégulier s’observe dans certaines affections oculaires, qui peuvent impliquer la cornée et/ou le cristallin: toute déformation irrégulière de la cornée (ex: kératocône, cicatrice cornéenne), asymétrie (ex: décentrement après LASIK), génère de l’astigmatisme irrégulier d’origine cornéenne.

L’astigmatisme irrégulier interne peut être provoqué par une ectopie du cristallin (maladie de Marfan), une cataracte (inhomogénéité du noyau cristallinien), un déplacement ou une bascule de l’implant (tilt) après chirurgie de la cataracte.

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, l’étude de l’astigmatisme irrégulier correspond au recueil et à l’analyse des aberrations dites de « haut degré ». Le type et le taux de ces aberrations 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 de l’aberromètre au topographe cornéen (ex: topo aberromère OPD SCAN – Nidek, ou iTrace – Tracey) permet d’étudier de manière spécifique les aberrations induites par la face avant de la cornée (à partir de la mesure de la topographie de la cornée). En soustrayant les aberrations de la cornée à celle de l’oeil entier, on peut estimer le taux d’aberration d’origine interne.

 

Astigmatisme régulier

L’astigmatisme régulier correspond à une variation régulière du défocus avec l’azimuth. Le défocus est quantifié grâce aux termes de degré 2 dans la classification de Zernike. La décomposition en polynômes 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).

termes de Zernike pour astigmatisme régulier

Les termes de degré 2 correspondent à l’astigmatisme dit « régulier » et au defocus (myopie ou hypermétropie)

 

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) a une valeur non nulle, et 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).

La magnitude de l’astigmatisme régulier est égale à la racine carrée de la somme des carrés des composantes 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.

Zernike astigmatisme correction

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, déformation cornéenne (provoquée par les frottements oculaires selon l’auteur de ce site) 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.

aberration coma keratocone

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).

Le schéma ci dessous représente de manière schématique le front d’onde émergent d’un oeil affecté de kératocône, qui subit une variation de chemin optique depuis la fovéa:

le kératocone génère un déphasage de type coma

Déphasage induit par le kératocône : le chemin optique est plus « long » dans la direction du sommet du kératocône que dans la partie supérieure de la cornée. Le déphasage créé est une aberration de type coma verticale, avec un retard de phase en inférieur, et une avance en supérieur. La déformation induite par le kératocône génère également de l’astigmatisme régulier, souvent orienté de manière oblique.

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)

keratocone topographie OPD SCAN III Nidek

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):

overview Keratocone et implant torique

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.

 

Toric IOL display Nidek OPD SCAN III

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.

déphasage astigmatisme cornéen OPD

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°.

déphasage implant torique front d'onde cornéen

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).

composant zernike astigmatisme compensation implant torique

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).

OPD implant torique astigmatisme irrégulier

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.

carte OPD HO implant torique astigmatisme irrégulier

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 ».

 

aberrations haut degré astigmatisme irrégulier HOA

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):

PSF MTF convolution

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).

PSF MTF convolution oeil entier

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.

 Astigmatisme irrégulier interne : ectopie du cristallin

La carte topo – aberrométrique (OPD SCAN) obtenue chez un patient présent un astigmatisme oculaire total à la fois d’origine cornéenne et interne;

astigmatisme cornéen et interne conjgués

L’encadré souligne les magnitudes et orientation de trois composantes de l’astigmatisme. La carte représentant la vergence interne (Internal OPD) révèle une accentuation verticale de la vergence, plus marquée au niveau des hémi méridiens inférieurs. La carte topographique axiale (au centre) montre une toricité cornéenne régulière (astigmatisme cornéen régulier). L’irrégularité (RMS) est maximale en interne (0.742 microns pour une pupille de 5.72 mm)

L’examen à la lampe à fente après dilatation révèle l’origine de l’astigmatisme interne régulier et irrégulier: il existe une sub luxation du cristallin, induite par une rupture de la zonule en inférieure – dans un contexte de syndrome de Marfan. La zonule est un ligament élastique, qui maintient le cristallin dans un état de tension au repos. La rupture partielle des fibres zonulaires (tissu élastique affecté par la maladie de Marfan) provoque un relâchement local du cristallin avec bombement localisé. Ce bombement provoque une augmentation globale de la vergence dans l’axe vertical, plus marquée en regard de la rupture zonulaire.

ectopie du cristallin avec augmentation de la vergence inférieure relachement zonulaire

A gauche, la carte « Internal OPD » qui représente la distribution de puissance optique (vergence) au sein de la pupille qui n’est PAS induite par la cornée. A droite, cliché biomicroscopique du segment antérieur de l’oeil après dilatation, qui permet de diagnostiquer la subluxation du cristallin.

L’image suivante montre la superposition entre la carte OPD et l’image photographique de l’examen à la lampe à fente:

subluxation du cristallin et carte de vergence

La luxation inférieure du cristallin provoque une augmentation localisée de la vergence interne. A droite, représentation schématique de la modification géométrique induite par le relâchement zonulaire: le cristallin bombe de manière asymétrique (flèches)

 

Voir aussi : rotation d’implant torique chez un patient atteint de kératocône et opéré de cataracte

 Astigmatisme – explications

Astigmatisme cornéen

2 réponses à “Astigmatisme régulier et irrégulier”

  1. jessie dit :

    Bonjour,
    J’ai un astigmatisme irrégulier diagnostiqué par le docteur saad. Je vais avoir des lentilles rigides mais en attendant cela ne fait que empirer. Comment ralentir sa progression ? depuis 3 jours, je vois le sol déformé et il me parait loin . Celà est encore pire sans lunettes. L’astigmastisme irrégulier peut en être la cause ?
    Merci
    Cordialement

Laisser un commentaire

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *