Biométrie oculaire, calcul d’implant

Biométrie oculaire et calcul de puissance d’implant

La biométrie oculaire est un examen qui permet le recueil de certaines dimensions de l’œil comme sa longueur axiale, afin de calculer la puissance de l’implant destiné à remplacer le cristallin au cours de la chirurgie de la cataracte. Rappelons que pour que l’image rétinienne (et donc la vision) soit nette spontanément (sans correction lunettes ou lentilles), il faut que la cornée et l’implant posé après retrait de la cataracte focalisent la lumière incidente émise par la source lumineuse observée dans le plan de la rétine.

Quand on opère la cataracte, on ne modifie pas significativement la puissance optique (vergence) de la cornée. En revanche, le retrait du cristallin opacifié modifie la réfraction (les propriétés optiques de l’œil). On remplace le cristallin opacifié par un implant dont la puissance optique est choisie pour induire la réfraction désirée en postopératoire : vision nette de loin sans lunettes (emmétropie), vision nette de près sans lunettes (myopisation légère). L’implant peut être monofocal ± torique, multifocal ± torique, ou à profondeur de champ (EDOF).

Dernière mise à jour : janvier 2025

Définition et objectifs

La biométrie oculaire vise à recueillir les données permettant de calculer (prédire) la puissance de l’implant (vergence) qui, combinée à celle de la cornée, permettra à l’œil d’être corrigé pour la distance de vision nette sans lunettes souhaitée. La biométrie oculaire regroupe donc le recueil de données biométriques (longueur axiale, mesure de la puissance cornéenne = kératométrie, etc.), et permet la prédiction de la puissance optique de l’implant destinée à obtenir la réfraction postopératoire de l’œil opéré.

En savoir plus : D. Gatinel — Calcul de puissance d’implant en chirurgie de la cataracte — Réalités Ophtalmologiques, mai 2023

Une section de ce site est entièrement consacrée aux fondamentaux du calcul biométrique pour établir la puissance des implants en chirurgie de la cataracte (en anglais).

En plus de la longueur de l’œil (longueur axiale) qui est aujourd’hui mesurée par une technique d’interférométrie, la biométrie oculaire nécessite la mesure d’autres paramètres oculaires comme la puissance optique de la cornée (kératométrie), la profondeur de la chambre antérieure (distance entre cornée et cristallin), le diamètre cornéen (white-to-white), l’épaisseur du cristallin, l’épaisseur de la cornée, etc. (voir : calcul de la puissance de l’implant dans un œil modèle simplifié). La prédiction de cette puissance, qui permettra par exemple à l’œil de voir net de loin sans lunettes (emmétropisation), fait appel à une formule dite formule de calcul de la puissance de l’implant (il existe plusieurs types de formules pour le calcul de l’implant, et certaines sont plus précises que d’autres selon la morphologie initiale de l’œil considéré). En cas d’astigmatisme cornéen (un astigmatisme interne disparaît avec le retrait du cristallin lors de la chirurgie), on peut envisager la pose d’un implant dit « torique », et ceci nécessite un calcul supplémentaire (pour déterminer l’axe et le degré de correction de l’astigmatisme apporté par l’implant).

Pourquoi doit-on faire une biométrie avant chirurgie de la cataracte ?

La pose d’un implant de cristallin artificiel est de rigueur au cours de la chirurgie de la cataracte, où le cristallin est retiré (son enveloppe, le sac capsulaire, est préservée et sert de support anatomique pour l’implant). Le cristallin est une lentille dont le pouvoir optique est (avant la survenue de la cataracte) généralement voisin de 22 dioptries : couplé à la cornée, le cristallin agit comme une lentille convergente qui permet de focaliser les rayons lumineux dans le plan de la rétine. Le retirer laisse l’œil dans un état dit d’« aphakie » (œil aphake). Du fait de la perte de la vergence (puissance optique) du cristallin, l’œil aphake présente un important défaut de puissance (hypermétropie forte).

Un dialogue préliminaire est nécessaire avec le patient pour choisir la stratégie de correction visuelle. La plupart des patients opérés de cataracte souhaitent rester ou devenir emmétropes (bénéficier d’une bonne vision de loin non corrigée après l’intervention). Certains patients, initialement myopes, souhaitent le rester pour pouvoir lire sans lunettes (s’ils sont très myopes, une réduction partielle de la myopie est indiquée pour laisser une myopie résiduelle proche de −2,50 à −3 D). L’avènement des implants multifocaux impose une biométrie précise : les implants multifocaux doivent permettre une correction optimale de la vision de loin, pour que l’addition qu’ils possèdent pour la vision de près soit efficace et que le patient puisse devenir indépendant aux lunettes en postopératoire.

On pourrait imaginer qu’il serait intéressant de mesurer la puissance du cristallin avant de le retirer et de le remplacer par un implant de même puissance. Cependant, il n’est pas facile de mesurer le pouvoir optique du cristallin in vivo ; de plus, quand le patient présente une amétropie en préopératoire (myopie, hypermétropie, etc.), le remplacement du cristallin par un implant qui aurait la même puissance n’est pas intéressant. En effet, il laisserait l’œil opéré et implanté (œil dit « pseudophake ») avec le même défaut optique qu’avant l’opération.

La biométrie vise à recueillir les éléments anatomiques permettant de calculer la puissance de l’implant de cristallin artificiel qui permettra à l’œil opéré d’atteindre le statut réfractif souhaité (emmétropie, ou myopie légère). La vergence de la cornée alors ajoutée à celle de l’implant permettent à la lumière émise par une source lointaine d’être focalisée sur la rétine (emmétropie) ou légèrement en avant (myopie légère).

Correction lunettes préopératoire, postopératoire, et puissance d’implant

Correction lunettes préopératoire et puissance d’implant

Une question fréquemment soulevée par les patients concerne le lien entre la puissance de l’implant et la correction préopératoire (réfraction de l’œil avant l’intervention).

Il n’y a pas de lien direct entre la correction d’un patient en lunettes avant l’opération et la puissance de l’implant à poser, car pour un même degré de myopie ou d’hypermétropie, il existe en réalité des conformations oculaires variées. Par exemple, pour une même hypermétropie initiale (ex. : +3 D), l’implant à poser n’aura pas la même puissance pour un œil dont l’hypermétropie est principalement liée à une faible longueur axiale, que pour un œil dont l’hypermétropie est principalement liée à une cornée plate (faible puissance cornéenne).

La présence d’une cataracte est susceptible d’affecter la correction préopératoire (myopisation d’indice).

Il existe toutefois certaines tendances : les yeux myopes (plus longs) reçoivent des implants de puissance plus faible (ex. : moins de 20 D) que les yeux hypermétropes. La puissance généralement nécessaire pour induire une emmétropie pour un œil initialement emmétrope est généralement comprise entre 20,5 et 22,5 D. Les yeux fortement hypermétropes requièrent des implants de puissance supérieure à 27 D, parfois au-delà de 30 D.

Correction lunettes postopératoire et puissance d’implant

La biométrie est destinée à prédire la puissance de l’implant destinée à induire la correction souhaitée par le patient une fois l’implant inséré dans l’œil après retrait du cristallin. Pour les mêmes raisons, il n’est pas possible d’établir une relation linéaire entre puissance à poser et correction lunettes postopératoire. Il faut disposer des mesures de la puissance cornéenne, de la longueur de l’œil, et d’une estimation précise de la position attendue de l’implant une fois inséré dans l’œil.

Biométrie oculaire : paramètres du calcul de la puissance de l’implant

La biométrie permet de mesurer au moins deux paramètres indispensables :

— La longueur axiale (AL) : elle sépare le sommet de la cornée (vertex) de la rétine fovéale. Elle est mesurée par interférométrie optique (biomètres IOL Master, Lenstar, Anterion, ARGOS, etc.) ou par échographie en mode A ou B.

— La kératométrie (K) : la mesure de la courbure de la cornée centrale (autour du vertex) permet de prédire la puissance optique de la cornée (vergence cornéenne). Les biomètres modernes mesurent également le rayon de courbure postérieur de la cornée, permettant un calcul plus précis de la puissance cornéenne totale.

Ces deux paramètres suffisent en théorie à déterminer la puissance de l’implant destiné à induire la correction réfractive souhaitée, à condition de connaître à l’avance la position précise de l’implant dans l’œil opéré. Or, cette position ne peut être que prédite, et de faibles variations (ex. : quelques centaines de microns) peuvent influer significativement sur la correction apportée par l’implant. Ceci explique que le calcul d’implant ne soit pas une science exacte et expose à un certain degré d’imprécision ! Dans ce contexte, la biométrie et le calcul d’implant ont une précision qui est d’autant plus élevée que l’œil mesuré est un œil « moyen », pour lequel la prédiction de la position de l’implant (fondée sur des modèles statistiques, avec un apport significatif de l’intelligence artificielle) sera plus juste.

Ce point sera détaillé plus loin, mais il est important de bien réaliser qu’une formule de calcul comporte deux modules : un module optique et un module de prédiction de position de l’implant (le second étant nécessaire pour utiliser le premier).

Les modèles statistiques destinés à prédire la position effective de l’implant requièrent la mesure d’autres paramètres comme le diamètre cornéen (white-to-white, WTW), la distance initiale entre cornée et cristallin (profondeur de chambre antérieure, ACD), l’épaisseur du cristallin (LT), l’épaisseur de la cornée (CCT), etc.

Dans la plupart des cas, la mesure en elle-même est effectuée sans contact grâce à un biomètre optique non contact, qui utilise les propriétés de l’interférométrie pour mesurer la longueur totale de l’œil et de certains segments (ex. : IOL Master 700, Zeiss ; Anterion, Heidelberg Eng. ; ARGOS, Alcon ; Lenstar, Haag-Streit). Le biomètre est également muni d’un kératomètre, et les systèmes les plus récents intègrent un système de topographie cornéenne.

Il est important de remarquer que toute imprécision de mesure de l’un de ces paramètres aura un retentissement sur le calcul de la puissance de l’implant.

La figure suivante représente schématiquement les paramètres utiles au calcul optique :

En cas de cataracte avancée, la longueur axiale n’est pas modifiée, de même que la kératométrie. En revanche, la profondeur de la chambre antérieure peut être réduite, car le volume du cristallin augmente au fur et à mesure qu’il perd sa transparence. La profondeur de la chambre antérieure est modifiée en postopératoire (élargissement). Il existe une corrélation statistique entre profondeur de chambre antérieure préopératoire et postopératoire, qui justifie la mesure de ce paramètre en préopératoire.

Une fois le cristallin retiré, au cours de la chirurgie de la cataracte, l’œil est « aphake » : sa réfraction est hypermétropique : la vergence de la cornée seule n’est pas suffisante pour faire converger la lumière sur la rétine (sauf en cas de longueur axiale très importante : myopie très forte).

Même si l’extraction du cristallin opacifié restaure la transparence des milieux oculaires, il est nécessaire pour des raisons optiques expliquées précédemment (réfraction postopératoire) de remplacer le cristallin par une lentille dont la vergence (puissance) doit être calculée en fonction des paramètres biométriques suivants :

— Réfraction souhaitée : emmétropie (vision de loin nette sans lunettes) ou myopie légère (vision de près nette sans lunettes).

— Longueur axiale : plus l’œil est long, moindre est la puissance de l’implant, et inversement : les myopes reçoivent des implants de moindre puissance que les hypermétropes.

— Kératométrie : plus la vergence de la cornée est élevée (cornée cambrée), moindre est la puissance de l’implant (et inversement).

— Position adoptée de l’implant dans l’œil après la chirurgie, que l’on appelle aussi « effective lens position » (ELP).

Position effective de l’implant (ELP)

Parmi ces variables, il en est une qui ne peut pas être mesurée avant l’intervention : il s’agit de la position effective de l’implant dans l’œil (« effective lens position », ELP) ; cette position n’est pas la même que celle du cristallin retiré, et elle dépend de nombreux paramètres, que les études statistiques rétrospectives, idéalement réalisées sur un volume important de données (« big data »), peuvent aider à encadrer.

C’est en partie pour cette raison que certaines formules biométriques font appel à l’intelligence artificielle : en nourrissant des modèles de « machine learning » (apprentissage supervisé) par un nombre suffisant d’observations (typiquement des examens biométriques qui ont été utilisés pour des opérations de la cataracte dont on connaît le type d’implant posé et le résultat réfractif final), on peut « apprendre des erreurs biométriques passées » et les réduire par des techniques de régression, de réseau convolutionnel ou de forêt d’arbres aléatoires.

En plus des paramètres anatomiques initiaux comme la profondeur de la chambre antérieure ou l’épaisseur du cristallin, certaines des caractéristiques de l’implant peuvent influer sur la position de celui-ci (sa distance vis-à-vis de la cornée). Les implants possèdent une certaine épaisseur, qui varie avec la puissance optique, et le design choisi par le fabricant. Leur puissance optique est étiquetée selon des mesures standardisées (un implant de 22 D produit un effet optique de 22 D sur un œil artificiel, mais une fois dans l’œil, dont les milieux sont différents, cette puissance peut en réalité être plus ou moins élevée).

Pour cette raison, on utilise un ajustement linéaire de position en fonction du type d’implant posé qui dispose ainsi d’une « constante », propre à la formule de calcul utilisée. La « constante A », dont l’origine est liée aux premières formules empiriques de calcul biométrique, permet plus ou moins directement d’ajuster la valeur qui sépare l’erreur moyenne constatée pour un implant donné sur une série significative de patients pour lesquels on visait un résultat donné. Elle est déterminée statistiquement par une technique de régression linéaire, après recueil d’un nombre suffisant d’observations, et permet de « recentrer la distribution des erreurs réfractives sur zéro ». Cet ajustement repose sur un incrément constant de la position prédite de l’implant par la formule (avancer un implant vers la cornée = diminuer la position prédite de l’implant provoque une diminution de la puissance prédite, et inversement).

De cette incertitude sur la position finale de l’implant découlent les enjeux des formules de calcul biométriques qui ont été successivement proposées, afin de mieux prédire la position dite effective de l’implant. C’est pour cela que le calcul biométrique est en partie fondé sur une conjecture ; il repose sur le choix d’une position finale de l’implant dans l’œil pour arrêter le calcul d’une puissance dioptrique destinée à fournir la réfraction souhaitée.

L’examen suivant, effectué avec un biomètre interférométrique (IOL Master 700, Zeiss) permet d’observer d’importantes différences biométriques entre les deux yeux d’un même patient qui présente une différence de réfraction entre les deux yeux (l’œil droit est myope de −16 D ; l’œil gauche est myope de −8 D). La longueur axiale de l’œil droit est largement supérieure à celle de l’œil gauche. Cette élongation semble également concerner la profondeur de la chambre antérieure de l’œil droit. En revanche, l’épaisseur du cristallin est sensiblement identique entre les deux yeux, de même que la kératométrie. La formule SRK/T ne prend pas directement en compte la mesure de la profondeur de la chambre antérieure (qui n’était pas mesurée avec les premiers biomètres). Mais on conçoit que la prédiction de la position effective de l’implant sera effectuée d’autant plus loin de la cornée que l’œil est long.

Plutôt que « calcul » de la puissance de l’implant, il serait peut-être préférable d’utiliser le vocable « prédiction », car le fait de ne pouvoir prédire l’exacte position de l’implant dans l’œil induit une certaine incertitude quant au résultat final (cette incertitude est cependant limitée à une à deux dioptries au maximum dans la plupart des cas d’yeux sans antécédents ophtalmologiques).

Formules de calcul d’implant

Les formules de calcul de puissance d’implant ont évolué au fil des décennies :

— Formules de 1^re et 2^e génération : formules empiriques basées sur des régressions linéaires (SRK, SRK II).

— Formules de 3^e génération : formules théoriques utilisant l’optique paraxiale en lentilles minces (SRK/T, Holladay 1, Hoffer Q).

— Formules de 4^e génération : formules intégrant plusieurs paramètres biométriques pour prédire l’ELP (Haigis, Olsen, Holladay 2).

— Formules modernes : formules utilisant l’optique en lentilles épaisses et/ou l’intelligence artificielle (Barrett Universal II, Kane, EVO, PEARL-DGS, Hill-RBF).

Puissance optique des implants

Elle s’exprime en dioptries (symbole D : ex. : 22 D) et correspond à la vergence de l’implant (dans les milieux oculaires) ; pour les implants multifocaux, il s’agit de la vergence du foyer destiné à focaliser les rayons issus des sources lointaines (vision de loin). Pour les implants toriques, il s’agit généralement de la puissance « moyenne » (autour de laquelle se distribue la variation de puissance nécessaire à la correction de l’astigmatisme). Comme souligné précédemment, il n’y a pas de rapport direct entre la puissance de l’implant et la correction en lunettes préopératoire. En moyenne, les yeux emmétropes bénéficient d’implants dont la puissance est proche de 22 D. Les yeux myopes, plus longs, reçoivent généralement des implants de puissance plus faible, et les yeux hypermétropes, plus courts, des implants de puissance plus élevée. La puissance des implants varie par pas de 0,5 D. En moyenne, une modification de 1 dioptrie de la puissance d’un implant provoque un changement de 0,7 D dans la correction en verre de lunettes (ceci est lié à la variation de la distance entre le plan du verre de lunettes et celui de l’implant).

Exemple de biométrie par mesure ultrasonore

Les données biométriques peuvent être recueillies grâce à une mesure échographique bidimensionnelle (B scan) : ce type de recueil est préféré ou complète la mesure optique (interférométrique) dans quelques indications, notamment chez les myopes forts, ou quand il existe une réduction de la transparence des milieux optiques prononcée (taie cornéenne, cataracte très évoluée, etc.). Avant l’avènement de la biométrie optique, la biométrie ultrasonore axiale (en mode A) était utilisée pour déterminer la longueur axiale de l’œil ; cette technique était beaucoup moins précise car manuelle et dépendante de l’opérateur. L’échographie en mode B permet de recueillir des données anatomiques, ce qui permet de mieux estimer la longueur de l’œil examiné.

Pour mesurer la longueur de l’œil, on se fonde sur le temps mis par les ondes ultrasonores à traverser l’œil ; la vitesse de déplacement des ondes ultrasonores varie en fonction du milieu traversé (elle est supérieure dans le cristallin). En moyenne, elle est proche de 1550 mètres par seconde, mais elle varie (plus élevée dans le cristallin, environ 1640 m/s).

La figure suivante montre un exemple de la coupe échographique ainsi obtenue de l’œil mesuré. À partir du recueil de la longueur axiale, et de la mesure de la kératométrie (accomplie au moyen d’un autre instrument : topographe, kératomètre), une puissance d’implant « emmétropisante » peut être obtenue.

Conclusion

L’examen biométrique oculaire est indispensable avant chirurgie de la cataracte avec pose d’un implant. Il permet de prédire la puissance de l’implant destiné à procurer à l’œil, en plus de la restitution de la transparence des milieux, une réfraction adaptée au souhait du patient. Cette prédiction est entachée d’une certaine imprécision, que les formules de calcul les plus récentes — notamment celles intégrant l’intelligence artificielle comme la formule PEARL-DGS — visent à réduire au maximum.