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Limites des formules de calcul d’implant après chirurgie réfractive

Le calcul de la puissance de l’implant de cristallin artificiel (chirurgie de la cataracte) exige certaines précautions quand le patient a bénéficié d’une chirurgie réfractive cornéenne (LASIK, PKR pour les techniques récentes, kératotomie radiaire dans un passé plus lointain). Dans cette situation, il faut choisir une formule de calcul biométrique adaptée aux caractéristiques de l’œil précédemment opéré, et utiliser certaines précautions pour la mesure de la puissance optique de la cornée (kératométrie).

Contrairement à une idée répandue, ce n’est pas à cause de la chirurgie réfractive que le calcul biométrique peut s’avérer plus imprécis, mais plutôt en raison de certaines simplifications excessives propres aux formules de calcul classiques telles que la formule SRK-T.

Cette page est consacrée aux explications nécessaires pour appréhender les risques auxquels s’expose le chirurgien non averti vis-à-vis de cette situation de plus en plus courante, en particulier en cas d’utilisation d’une formule non adaptée aux caractéristiques des yeux opérés.

 

Cataracte et yeux opérés de chirurgie réfractive

 

Le nombre cumulé de patients qui ont bénéficié d’une chirurgie réfractive dans le monde est à ce jour estimé à plusieurs millions. Ces patients sont opérés à un âge jeune, où la prévalence de la cataracte est très faible. La technique de chirurgie réfractive la plus ancienne est la kératotomie radiaire:  elle était en vigueur jusqu’au milieu des années 90. La plupart des patients ont été opérés dans les années 80 et 90: ils ont aujourd’hui atteint ou dépassé la cinquantaine, pour certains atteints la soixantaine. Or,  dans cette population de myopes plus âgés, la prévalence de la cataracte est; à âge égal, plus élevée que chez des non myopes (le risque accru de cataracte n’est pas lié à l’antécédent de chirurgie réfractive, mais corrélé à la myopie).

De ce fait, une proportion croissante de patients opérés de chirurgie réfractive cornéenne (technique de kératotomie radiaire surtout, mais également LASIK ou PKR) consulte pour une chirurgie de la cataracte. En ce qui concerne la technique chirurgicale proprement dite, la réalisation de la chirurgie n’est en général pas plus difficile en cas d’antécédent de chirurgie réfractive cornéenne. Si l’œil a été opéré de kératotomie radiaire, il faut simplement tenter de positionner judicieusement les incisions de chirurgie de la cataracte, pour réduire le risque de ré ouverture des incisions cornéennes radiaires.

Le véritable problème soulevé par un antécédent de chirurgie réfractive cornéenne pour un futur opéré de cataracte est celui du calcul de la puissance de l’implant. L’utilisation de formules de calcul classiques, dites de 3e génération (ou plus anciennes) expose au risque de « surprise réfractive » dans ce contexte, c’est à dire l’induction d’une correction optique résiduelle (généralement de l’hypermétropie), alors qu’il était prévu que l’oeil une fois opéré puisse voir net de loin sans lunettes.

Quelques rappels propres au rôle de l’implant en chirurgie de la cataracte peuvent être nécessaires.

Rôle optique de l’implant en chirurgie de la cataracte

L’extraction du cristallin opacifié au cours de la chirurgie de la cataracte rend l’œil « aphake » (a – phake signifie littéralement « sans cristallin »). Le cristallin est une lentille dotée d’une certaine puissance optique. Si l’on ne posait pas d’implant de cristallin artificiel après extraction du cristallin, la puissance optique de la cornée seule ne suffirait pas à faire converger les rayons lumineux incidents sur la rétine.

phake et aphake, hypermétropie induite

Un oeil aphake (en haut) est généralement hypermétrope, car la puissance de la cornée n’est pas suffisante pour que les rayons incidents focalisent dans le plan de la rétine

L’œil laissé aphake présenterait ainsi une hypermétropie, ce qui obligerait à prescrire un verre de lunette convexe (ou une lentille de contact correctrice, avec une puissance positive). C’est pour cela qu’un implant de cristallin artificiel est systématiquement posé au cours de la chirurgie de la cataracte : il agit comme une lentille convergente, dont la puissance optique (vergence) s’additionne à celle de la cornée pour permettre aux rayons lumineux d’être focalisés sur la rétine et au patient de bénéficier d’une bonne vision sans lunettes. Avec les implants « monofocaux » (une seule puissance), la puissance optique de l’implant dépend de paramètres intrinsèques à l’œil opéré, et du souhait du patient en terme de réfraction (correction) postopératoire.

Les facteurs intrinsèques sont liés à la géométrie de l’œil opéré : les principaux éléments géométriques sont la distance de la cornée à la rétine, appelée longueur axiale, et la puissance optique de la cornée, appelée kératométrie.

Les souhaits de correction exprimés par les patients sont généralement liés à l’envie de voir net de loin sans lunettes, et n’avoir seulement à corriger que leur vision intermédiaire et de près.  Toutefois, d’autres patients préfèrent voir de près sans lunettes, quitte à corriger  leur vision de loin. Enfin, pour les patients qui souhaitent voir de loin et de près sans lunettes, le choix d’un implant « multifocal » est à prendre en considération.

Dans tous les cas, il est important de bien calculer la puissance de l’implant : ce calcul doit tenir compte des caractéristiques anatomiques de l’œil à opérer et du souhait de correction du patient.

La puissance de l’implant s’exprime en dioptries (les dioptries sont l’unité de la vergence, qui est reliée à la distance de focalisation : plus la lumière converge grâce à l’implant, plus la vergence de l’implant est élevée: un implant de 25 Dioptrie fait plus converger la lumière qu’un implant de 16 Dioptries). On comprend alors qu’un oeil plus long (ex: oeil myope) aura besoin d’un implant de vergence plus faible qu’un oeil hypermétrope (qui est plus court, et pour lequel la lumière incidente doit converger « plus vite »).

longueur axiale et puissance d'implant

Plus l’oeil est court, plus la puissance de l’implant doit être élevée, tous autres paramètres confondus, comme la puissance de la cornée, et la position de l’implant vis à vis de la cornée

La puissance nécessaire pour que l’œil opéré voit de loin sans lunettes est dite « emmétropisante » (l’emmétropie caractérise une vision naturellement nette de loin). La précision du calcul dépend de la précision des mesures préopératoires (biométrie) et… d’un choix de formule de calcul adapté. En effet, il n’existe pas une formule « unique » pour le calcul de l’implant : les raisons de cette multiplicité sont expliquées ci après.

Pourquoi existe-t-il plusieurs formules de calcul ?

L’existence de diverses formules de calcul tient à des raisons historiques et techniques.

Ces formules de calcul ont été introduites successivement au fil du temps. Les premières formules étaient empiriques : la puissance de l’implant était donnée par une équation obtenue par un calcul de régression, et était fonction de la longueur axiale et de la kératométrie. Ceci peut sembler curieux au premier abord, car il serait a priori plus judicieux d’utiliser un modèle d’œil théorique comprenant une cornée, une rétine (située à une certaine distance correspondant à la longueur axiale) et de déterminer par une méthode de « ray tracing » ( tracé de rayon lumineux) ou en utilisant une formule de vergence,  la puissance nécessaire de l’implant pour que l’œil soit émmétrope…

Cependant,  il manque une donnée pour permettre à ce calcul d’avoir une précision absolue : c’est la position effective que l’implant occupera vis-à-vis de la cornée (en anglais, la position effective de l’implant est dénommée « effective lens position » et désignée par l’acronyme « ELP »).

Position de l'implant après l'intervention de cataracte

La position de l’implant dans l’oeil vis à vis de la cornée ne peut être ajustée par le chirurgien. L’implant est inséré dans le sac capsulaire, dont le comportement, et certains paramètres anatomiques de l’oeil, vont dicter la position finale de l’implant vis à vis de la cornée. Plus l’implant est proche de la cornée, et plus la puissance du couple « cornée+cristallin » est élevée, et inversement.

L’implant est posé dans le sac capsulaire, qui est l’enveloppe naturelle du cristallin, que le chirurgien doit conserver pendant l’intervention de cataracte pour permettre à l’implant de bénéficier d’un support naturel, et d’occuper une position proche de celle du cristallin naturel. Or, cette position peut varier car elle dépend de divers paramètres anatomiques et biomécaniques, en plus de paramètres liés à la géométrie et au comportement de l’implant lui-même. Sans entrer dans les détails plus complexes du calcul de la vergence de l’implant, sa position « anatomique » et certaines de ses caractéristiques (indice de réfraction, courbure de ses surfaces) dictent la position de ce que l’on appelle ses « plans principaux » vis à vis de ceux de la cornée. Il faut déterminer cette position de manière précise,  pour effectuer un calcul de « vergence » qui tient donc compte de la vergence et de la position des plans principaux de la cornée et de l’implant (voir « calcul de la puissance optique de la cornée »).

Un implant de cristallin artificiel est beaucoup plus fin qu’un cristallin (environ 4 à 5 fois plus fin). Les premières interventions de cataracte dites « extra capsulaires» (préservant la capsule pour y insérer l’implant) nécessitaient la réalisation d’une incision cornéenne d’au moins 8 à 9 mm (le cristallin était extrait « en bloc » après ouverture du sac capsulaire).

Ces incertitudes étaient autant d’impondérables justifiant une approche plus statistique qu’optique. En partant d’un modèle d’œil très simplifié, et estimant qu’il faillait en général poser un implant dont la puissance était de 22 dioptries pour rendre emmétrope un « œil moyen », les premiers résultats obtenus après implantation ont été compilés et utilisés pour mettre au point une formule « empirique » destinée à trouver la puissance de l’implant de cristallin artificiel pour des yeux différents de « l’œil moyen ». En effet, plus un œil est long, plus sa kératométrie (puissance de la cornée) est forte, et moins il faut de puissance à l’implant pour rendre l’œil emmétrope.

A kératométrie et longueur axiale identique, d’autres facteurs sont susceptibles d’influer sur la position de l’implant dans l’œil : les dimensions du cristallin (qui dictent celle de son enveloppe que l’on conserve pour y poser l’implant), la profondeur initiale (dite « anatomique ») de la chambre antérieure (distance entre la cornée et la face avant du cristallin), l’élasticité et le comportement biomécanique des tissus oculaires… De plus, une partie de la variabilité du positionnement de l’implant concerne la technique chirurgicale utilisée elle-même : la taille de l’incision, la taille de l’ouverture créée au niveau du sac capsulaire (capsulorhexis), sont autant de facteurs liés à la chirurgie qui influencent potentiellement le positionnement de l’implant dans l’œil. Enfin, il est certain que le positionnement d’un implant dans l’œil est affecté par… les caractéristiques de l’implant lui-même : son diamètre total, sa rigidité, son éventuelle angulation postérieure, etc.

Toutes ces raisons pouvaient justifier une approche « empirique » plutôt qu’optique, car n’étant pas à même de prédire avec précision la position qu’occuperait l’implant dans l’œil opéré, il semblait préférable de partir du recueil de données collectées à partir de chirurgie réalisées, et tenter d’affiner la prédiction à partir d’un nombre minimal de variable, que l’on pouvait mesurer en routine à cette époque : la kératométrie et la longueur axiale.  La première formule de ce type fut nommée formule SRK (S, R et K étant les premières lettres du nom de ses inventeurs).

formule SRK

La formule SRK est une formule qui permet de prédire de manière « statistique » la puissance d’un implant en fonction de la longueur de l’oeil et de sa puissance kératométrique.

Plutôt que de faire varie les coefficients …, il fut jugé préférable de modifier la valeur de la constante appelée « constante A » pour permettre à cette formule d’être modulée en fonction du type d’implant posé (et de paramètres relatifs à la position finale « moyenne » de cette implant une fois posé). Cette approche « empirique » (statistique) a été conservée dans toutes les formules ultérieures, même les formules dites « exactes » (optiques), car elles comportent toutes des « variables d’ajustement », destinées à en augmenter la précision pour un type d’implant donné.

La philosophie d’une formule empirique est comparable à une approche qui permettrait de déterminer la taille d’un complet veste-pantalon à partir de la hauteur (taille en cm) et du poids (en kg) d’une personne. On réalise aisément qu’une telle formule serait relativement imprécise car même si la taille et le poids d’un individu sont relativement proportionnels, il existe des personnes de petite taille mais en surpoids, et d’autres de grande taille mais plutôt maigres. Il en va de même pour l’œil, car l’étude des relations entre kératométrie et longueur axiale montre l’absence (ou la faible) corrélation entre ces paramètres. En revanche, il existe une corrélation plus élevée entre la courbure de la cornée (inversement proportionelle à la kératométrie) et la position occupée par l’implant dans l’œil. Pour des raisons qui tiennent essentiellement à la géométrie du segment antérieur de l’œil, la constatation d’une cornée plutôt plus cambrée (kératométrie élevée) incite à prédire que la position de l’implant sera plus à distance de celle-ci que si la cornée est plutôt moins cambrée (kératométrie faible).

Partant de ce constat, les auteurs de la formules empirique SRK mirent au point une formule cette fois ci « exacte », ou « théorique », construite à partir du calcul de la vergence du couple « cornée + implant de cristallin artificiel », en optant pour une position de l’implant qui serait anticipée en fonction de la kératométrie (et dans une moindre mesure de la longueur axiale). Cette formule, appelée logiquement SRK-T (T pour « Théorique ») permit un gain de précision dans le calcul de la puissance de l’implant, notamment pour les yeux à plus grande longueur axiale (les yeux myopes).  Pour une cornée plus cambrée, la formule SRK-T prédit une position de l’implant un peu plus grande que pour une cornée moins cambrée.

formule SRK T

La formule SRK T est une formule de calcul exacte, mais qui comporte une partie « empirique »: la position effective de l’implant. Celle-ci doit être anticipée, et cette prédiction s’effectue à partir des valeurs de kératométrie et de longueur axiale

 

Cette formule, plus précise que la formule empirique SRK, portait toutefois en germe les causes qui conduisirent à l’apparition de « surprises » réfractives quand elle fut appliquée à des yeux précédemment opérés de chirurgie réfractive cornéenne. En effet,  rappelons le point signalé plus haut: la formule SRK-T attribue implicitement à la courbure mesurée de la cornée un rôle prédictif pour la position effective de l’implant. Cette formule a été optimisée pour des yeux non opérés, mais pour un oeil opéré de chirurgie réfractive,  cette courbure cornéenne a été modifiée,  et acquiert ainsi un caractère prédictif erroné!

Quelle que soit la technique employée, la chirurgie réfractive cornéenne de la myopie avait pour but de diminuer la cambrure de la cornée, pour réduire l’excès de puissance optique d’un œil myope. Toutefois, cette réduction de la courbure cornéenne ne s’accompagnait bien évidemment pas d’une modification anatomique de l’œil, en particulier de la profondeur de sa chambre antérieure… alors que l’utilisation d’une kératométrie « réduite » dans une formule de type « SRK-T » suggérait implicitement la présence d’une position effective de l’implant plus proche de la cornée. Au contraire, les yeux myopes sont généralement munis d’une chambre antérieure plus profonde que les yeux hypermétropes! Prédire une position plus antérieure de l’implant aboutit à estimer une moindre puissance requise pour l’implant que prédire une position plus postérieure. Un défaut de puissance optique de l’implant rend l’œil muni d’un défaut optique appelé « hypermétropie ». Justement, c’est ce type « d’erreur » de calcul qui fut couramment observé pour les premiers yeux opérés de chirurgie de la cataracte après chirurgie réfractive…

Ainsi, si l’on étudie les ressorts utilisés par la formule SRK-T (ainsi que bien d’autres formules de même génération : Hoffer Q, Holladay 1) pour prédire la position effective de l’implant remplaçant le cristallin, on réalise l’un des mécanismes principaux à l’origine des « surprises réfractives » observées au décours de la chirurgie de la cataracte pour les yeux précédemment opérés de chirurgie réfractive.

Il existe cependant une erreur associée, dont l’origine est différente car elle concerne cette fois ci les assomptions effectuée lors de l’estimation de la kératométrie (la puissance optique de la cornée) par les méthodes courantes.

Erreur de mesure kératométrique

Cette erreur contribue à l’imprécision accrue du calcul d’implant après chirurgie réfractive (voir également cette page pour plus d’explications).

Les mesures de la kératométrie reposent sur l’étude de la position de mires lumineuses réfléchies par le dôme de la cornée. Pour un œil n’ayant pas été opéré de chirurgie réfractive cornéenne, et indemne de pathologie cornéenne associée, le recueil de l’image de mires situées de part et d’autre du centre de la cornée permet par extrapolation (interpolation) d’estimer la courbure du centre de la cornée, et par de-là sa puissance optique. La cornée présente un profil légèrement asphérique dit « prolate » : sa courbure décroit du sommet vers les bords, mais ans la région paracentrale (ex : les 3 mm centraux), la surface cornéenne est très comparable à une coupole sphérique, et par conséquence, son profil est quasi circulaire. La mesure de la courbure paracentrale est très légèrement inférieure à la courbure centrale, mais en pratique, on peut considérer qu’elle correspond à la courbure du sommet de la cornée, ce qui permet donc de calculer la puissance optique paraxiale de la cornée.

Après chirurgie réfractive pour myopie, le profil cornéen adopte généralement un profil asphérique plus marqué, mais dont le signe est inversé : la courbure paracentrale est supérieure à la courbure centrale (on parle d’asphéricité « oblate »). Cet écart peut atteindre voire dépasser une dioptrie. Une méthode classique de mesure de la kératométrie risque d’induire une « surestimation » de la puissance cornéenne centrale (paraxiale) réelle. Si la puissance de la cornée est surévaluée, la puissance calculée pour l’implant sera inférieure à la puissance requise, et l’œil opéré alors atteint d’hypermétropie.

 

En utilisant une formule SRK-T avec estimation de la kératométrie par une méthode classique, on conçoit qu’il existe un risque important d’erreur réfractive, et d’hypermétropisation de l’œil opéré. Les raisons découlent de ce qui précède :

–          La faible kératométrie suggère un segment antérieur court vis-à-vis de la longueur axiale, et une position de l’implant plus antérieure que celle qu’il occupera en réalité dans le sac capsulaire après la chirurgie

–          La mesure de la kératométrie avec un kératomètre classique expose au risque de surestimation de la puissance optique de la cornée.

Ces deux phénomènes se conjuguent pour aboutir à une sous-estimation de la puissance de l’implant de cristallin artificiel posé, avec comme corollaire une hypermétropie en post opératoire.

 

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