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Indices de dépistage

Généralités, définitions

La grande majorité des indices de dépistage du kératocône découlent du recueil d’information de topographie de courbure (topographie Placido).

Lors de l’introduction de la vidéokératoscopie cornéenne assistée par ordinateur (que l’on désigne aujourd’hui sous le terme de « topographie cornéenne« ), les premiers signes d’alerte pouvant faire évoquer la présence d’un kératocône étaient qualitatifs : ils étaient fondés sur le simple aspect du motif présent à l’inspection des cartes topographiques, sans que les « chiffres » de courbure ne soient considérés pour quantifier les caractéristiques de la courbure antérieure de la cornée analysée.

Les indices de dépistages quantitatifs ont été naturellement ensuite conçus à partir de l’analyse et du recueil des données chiffrées issues de l’analyse du reflet spéculaire. Ils seront détaillés plus loin, et soulignons qu’ils découlent de données restreintes à la seule face antérieure de la cornée.

Notion de seuil

Il est utile de bien comprendre qu’à chaque critère de dépistage quantitatif est associé un « seuil ». Ce seuil est un nombre, qui sépare en deux catégories la population testée pour le critère choisi : normal vs anormal – positif vs négatif, etc. En médecine, aucun test ne possède une fiabilité absolue ; ceci n’est pas forcément lié au test lui- même, mais au fait qu’il existe quasiment jamais une véritable valeur frontière, mais plutôt un intervalle de valeurs frontières entre les individus ou critères normaux et anormaux. C’est par exemple le cas pour la mesure de la glycémie vis-à-vis du risque de diabète, ou de la pression artérielle vis-à-vis du risque d’HTA (hypertension artérielle) ; il n’existe pas de seuil absolu de glycémie ou de pression artérielle au-delà duquel on est absolument certain que le sujet est diabétique ou hypertendu (ni de seuil en deçà duquel on est certain que tous les individus testés sont sains).

Pour des raisons pratiques, il faut toutefois bien choisir un seuil, et celui-ci est déterminé selon des critères statistiques et cliniques. On peut choisir un seuil qui minimise ne nombre d’observations mal classées : les observations détectées par erreur comme positives sont étiquetées « faux positifs », et les observations classées par erreur comme négatives sont désignées comme autant de cas de »faux négatifs ». On peut par exemple décider d’ajuster le seuil du test  ne pas laisser passer trop de « faux négatifs ». Par exemple, les sonneries des portiques de sécurité aéroportuaires, « sonnent » souvent pour ce qui s’avère après contrôle être de fausses alertes, car il est important de réduire au maximum le risque de laisser passer une arme, etc.) : ce test est très sensible, mais peu spécifique: il procure beaucoup de faux positifs pour (espérons -le) aucun faux négatif.

test de dépistage: faux positifs faux négatifs

En raison de la distribution gaussienne (« en cloche ») des variables biologiques, il est difficile de séparer sans erreur deux groupes (sain vs pathologique). Certaines formes suspectes peuvent être des cornées normales (faux négatifs) et inversement (faux positifs). La sensibilité et la spécificité d’un test se calcule à partir de la proportion d’observations bien classées (vrai positifs, vrais négatifs) et mal classées (faux positifs, faux négatifs). Le seuil est arbitraire: il est choisi à partir d’études préliminaires sur des échantillons connus. Plus le seuil est « bas », plus le test est sensible, mais perd en spécificité, puisqu’un nombre croissant d’observations seront faussement classées comme positives.

Revenons au domaine du dépistage des formes précoces de kératocône: dans le contexte de l‘évaluation préopératoire en LASIK, il est logique de privilégier la sensibilité à la spécificité, car il est certainement moins fâcheux de ne pas opérer une cornée  classée par excès comme positive pour le kératocône infra clinique (« faux positif »), que d’opérer une cornée « innocentée » par erreur mais par ailleurs atteinte de forme fruste de kératocône (« faux négatif »).

Le dépistage du kératocône dans ses formes avancées est aujourd’hui relativement aisé car les ophtalmologistes sont accoutumés à l’aspect topographique des formes franches de la maladie.

De nombreux indices dérivés de la vidéotopographie de courbure (technologie Placido) ont été développés pour le dépistage du kératocône : tous ne reposaient que sur l’examen topographique de la face antérieure de la cornée. Certaines cornées pourtant jugées « normales » au regard de ces indices de dépistage ont néanmoins développé une forme d’ectasie post LASIK. Force est de reconnaitre  que la sensibilité de ces indices est parfois insuffisante vis-à-vis des enjeux actuels. Heureusement, depuis la mise à disposition des topographes d’élévation (Orbscan, Galilei, Pentacam), il est  possible de disposer de cartes topographiques de la face postérieure de la cornée et d’une analyse « point par point » de l’épaisseur cornéenne. Ces données, ajoutées à celles fournies par les cartes de courbure, permettent d’accroître la sensibilité et la spécificité du diagnostic précoce du kératocône infra clinique.

 

Le véritable enjeu des techniques de dépistage topographique contemporaines est celui du dépistage des formes très débutantes de kératocône, car elles représentent une contre-indication absolue à la réalisation d’un LASIK, sous peine de survenue d’une complication de type ectasie cornéenne. Or, les formes infra cliniques débutantes (que l’on regroupe sous le terme de kératocône fruste) sont ont souvent une expression topographique mineure. Les indices de dépistages sont autant de « marqueurs » qui aident le clinicien à juger du risque d’être en présence d’une forme débutante de kératocône.

 

 

Critères qualitatifs de dépistage

 

Les critères topographiques de dépistage du kératocône furent initialement proposés par Rabinowitz pour l’identification rapide d’une forme suspecte de kératocône furent qualitatif.  Il est profitable de les rappeler, car ils ont été à l’origine de certains critères quantitatifs.  Ces aspects sont présentés sur la Figure suivante:

aspects qualitatifs pour le dépistage du kératocône

Motifs (patterns) schématiques et exemples correspondants (avec formes intermédiaires) de cornées « à risque » de forme infra clinique de kératocône selon Rabinowitz et al. Ces aspects ont été obtenues en courbure axiale (topographie spéculaire antérieure), au moyen d’une échelle absolue, et désignés arbitrairement par une lettre de l’alphabet comprise entre A et J. Ici ne sont représentés que les aspects particulièrement suspects pour le kératocône débutant :
D : aspect de cambrure accentuée isolée en inférieur
G : angulation excessive des méridiens les plus cambrés: « Skewed Radial Axes » (SRAX)
H : « nœud papillon » asymétrique: « Asymetric Bowtie » (AB)
J : combinaison des formes G et H: ce pattern est désigné par l’acronyme AB/SRAX: cet aspect est un facteur de risque d’évolution certain vers une forme avérée.
Précisons que les îlots de couleur chaude ne correspondent pas à des « bosses », mais des régions où la surface cornéenne antérieure présente une cambrure accentuée.

 

Ces aspects topographiques qualitatifs particuliers furent décrits à partir des données recueillies chez des parents de patients atteints de kératocône, ou d’yeux que l’on savait (parfois rétrospectivement, après étude de topographie antérieures effectuées avant l’apparition de signes plus francs) atteints de formes débutantes de kératocône. Le topographe utilisé était le TMS-1 (Tomey) avec une échelle absolue couvrant l’intervalle 35-50 D par pas de 1.5 D (soit 10 couleurs), les courbures situées en dehors de ces valeurs étaient représentées par pas de 5D.  Cette précision est importante, car il est primordial de souligner que les aspects topographiques évocateurs d’une forme suspecte pour le kératocône peuvent être gommés par une échelle trop large. La fiabilité de l’examen topographique (fixation adéquate) est par ailleurs essentielle pour interpréter correctement ces motifs.

 

L’existence d’un pattern AB/SRAX, associant un nœud papillon asymétrique (Asymetric Bowtie : AB) et d’une angulation excessive des hémi méridien les plus cambrés (Skewed Radial Axes : SRAX)  est fréquemment retrouvée (environ 80%)  sur l’image de topographie en courbure de l œil « sain » chez des patients atteints de kératocône « unilatéral ». Cet aspect représente un risque d’évolution vers une forme avérée supérieure à 50%.

 

A ces aspects topographiques, une valeur de kératométrie centrale supérieure à 47.2D, et/ou une différence de kératométrie centrale supérieure à 1D entre les deux yeux consistaient d’autres indices susceptibles d’évoquer la présence d’un kératocône fruste. Afin d’accroître leur spécificité (une proportion non négligeables de cornées indemnes de kératocône peuvent présenter un ou plusieurs de ces caractéristiques), d’autres éléments quantitatifs ont ensuite été proposé.

 

 Indices quantitatifs

 Indice I-S

Cet indice utilise les données de la topographie spéculaire par disque de Placido.  Il consiste à moyenner les valeurs kératométriques obtenues en différents points de l’hémicornée inférieure (I) et leur soustraire la moyenne correspondante pour les points correspondants de l’hémicornée inférieure (S). Le calcul de I  est égal à la moyenne de 5 mesures de kératométrie sur l’anneau des 3 mm centraux, à l’intersection des méridiens 210, 240, 270, 300 et 330°. Le calcul de S est effectué selon le même principe avec les méridiens 30, 60, 90, 120 et 150°.

indice I-S pour le dépistage du kératocône

Calcul de l’indice I-S : le diamètre du cercle centré sur le vertex est de 3 mm. La moyenne des valeurs situées dans l’hémicornée supérieure est de S = 40.214D. La moyenne des valeurs mesurées dans l’hémicornée inférieure est de I = 41.614 D. L’indice (I-S) est égal à 1.4D. Malgré les chiffres de kératométrie légèrement inférieurs à la moyenne, l’indice (I-S) est positif pour le diagnostic topographique de « cornée suspecte de kératocône ».

Une valeur seuil de 1.4D pour l’indice I-S a été retenue comme celle permettant de trancher entre asymétrie « physiologique » et présence avérée d’un kératocône infra clinique. Une valeur supérieure à 1.9D est couramment associée à une forme clinique de kératocône (amincissement visible à la lampe à fente, anneau de Fleischer, etc.). Afin d’accroître la sensibilité de ce critère, il est recommandé de placer un des points utilisés pour le recueil des valeurs kératométriques sur l’hémi-méridien inférieur le plus cambré.

Indice KISA%

Il a été développé par Rabinowitz et Rasheed (15). Il repose sur l’utilisation de la valeur exprimée en degrés de l’angulation des deux hémiméridiens les plus bombés (SRAX), ainsi que des valeurs de la kératométrie maximale ôtée de 47D, de l’astigmatisme kératométrique, et de la soustraction (I-S). LA formule permettant le calcul de l’indice composite KISA% est :

 

KISA% = K x (I-S) x SRAX x 0.3

Avec : K=1 si la kératométrie maximale est inférieure à 47D, (I-S) = 1 si (I-S)<1 et Ast =1 si Ast < 1.

 

indices SRAX et KISA

L’indice KISA repose sur l’utilisation d’une combinaison d’indices qualitatifs et quantitatifs, dont le calcul du SRAX (pour « Skewed Radial Axes », ou déviation radiale des axes). L’axe de l’hémiméridien de courbure maximum est identifié au sein de chaque hémicornée (supérieure, et inférieure). L’angle SRAX est l’angle le plus aigu formé par les directions de chaque hémiméridien. Cet indice est souvent déterminé « manuellement », mais il était également fourni par le logiciel équipant le topographe « Eyemap » (Alcon), qui était équipé d’un disque de Placido de 22 anneaux. Le SRAX reflet indirectement le caractère « partial » des mesures de courbures axiales. Ce motif disparaît de la représentation de la courbure moyenne ou gaussienne.

Selon Rabinowitz et Rasheed :

– KISA% < 60 : cornée normale

– 60 < KISA% < 100 : kératocône fruste

– KISA% > 100 : kératocône.

 

 

Autres indices statistiques (topographie spéculaire)

La topographie spéculaire permet de calculer la puissance kératométrique locale en de nombreux points. A partir de ces valeurs, divers index peuvent être calculés, parfois pondérés par l’aire de la surface cornéenne qu’ils intéressent. Ces indices ont été initialement fournis par le topographe TMS-1 (21). Voici une liste d’indices dont la valeur est susceptible d’être affectée par la présence d’un kératocône (le Tableau  suivant apporte les intervalles de valeurs normales et les seuils de valeurs suspectes, la Figure suivante représente une interprétation graphique de certains indices)

 

 Indices liés au degré de toricité de la surface cornéenne :

 

SimK1/SimK2: Simulated keratometry  / Kératométrie simulée

Puissances cornéennes des axes les plus cambrés et plus plats dans la zone du 3 mm.

CYL: Simulated keratometric cylinder / Cylindre Kératométrique Simulé

Différence entre les valeurs de SimK1 and SimK2.

 

 Indices liés au degré de fluctuation de puissance kératométrique :

CVP: Coefficient of Variation of corneal Power / Coefficient de variation de la puissance cornéenne

Cet indice correspond à l’étendue de la distribution des puissances kératométriques présentes sur la surface analysée autour de la moyenne : CVP = 1000 x (déviation standard de la puissance cornéenne totale (DSP) / moyenne de la puissance cornéenne totale).

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SDP: Standard Deviation of corneal Power / Déviation Standard de la Puissance cornéenne

Valeur de la déviation standard de la puissance cornéenne totale

 

AA: Analyzed Area / Surface analysée

Valeur de la surface cornéenne couverte par les mires ayant pu être analysée. Elle peut être réduite en cas de kératocône avancé (déformation excessive des mires).

 Indices liés au degré d’asphéricité de la surface cornéenne :

CEI: Corneal Eccentricity Index / Index d’eccentricité de la cornée

Il correspond à la valeur calculée de l’eccentricité de la cornée. Cette excentricité devient de plus en plus prolate en cas de déformation kératocônique.

 Indices liés au degré d’asymétrie et d’irrégularité de la surface cornéenne :

DSI: Differential Sector Index / Index de différence sectorielle

La surface cornéenne est divisée en 8 parts égales (secteurs), dont l’angle interne balaye 45°. La puissance kératométrique axiale moyenne est calculée pour chaque secteur. L’indice DSI est égal à la différence maximale entre n’importe quels de ces secteurs. Sa valeur augmente en cas de cambrure asymétrique.

 

SRI: Surface Regularity Index / Index de régularité de surface

Le SRI est corrélé à l’indice PVA, car il correspond aux irrégularités locales de la surface cornéenne. Il est calculé comme la sommation de la fluctuation de la puissance locale le long de 256 hémi méridiens régulièrement espacés, sur les 10 mires centrales. Toute affection responsable d’une réduction de la régularité de la surface cornéenne induit une augmentation de la valeur de cet indice.

 

SRC: Area compensated Surface Regularity Index / Indice de régularité compensé pour la surface

Cet indice est calculé comme un SRI normalisé selon l’aire de la surface analysée. Il augmente pour les mêmes raisons que le SRI.

 

SAI: Surface Asymmetry Index / Index d’asymétrie de surface

Le SAI est une mesure qui intègre la différence de puissance kératométrique entre des paires de points opposés deux à deux et situés sur 128 méridiens.

 

IAI: Irregular Astigmatism Index / Index d’astigmatisme irrégulier

L’IAI est fonction de la variation de puissance kératométrique d’anneau en anneau le long d’un méridien donné.

 

OSI: Opposite Sector Index / Index de secteur opposé

La surface cornéenne est divisée en 8 secteurs égaux, dont l’angle interne est égal à 45°. La puissance moyenne de chaque secteur est calculée, et l’OSI est égal à la différence maximale mesurée entre deux secteurs opposés. Sa valeur augmente en cas d’astigmatisme irrégulier caractérisé par la présence d’un degré important d’asymétrie

 

CSI: Center-Surrounded Index / Index centre – périphérie

Le CSI est la différence entre la coubure axiale moyenne dans les 3 mm centraux,  et celle calculée dans l’anneau périphérique (de 3 à 6 mm).

 

indices de dépistage DSI OSI CSI

Calcul des indices DSI, OSI et CSI. La surface cornéenne est divisée en 8 secteurs arbitraires (45° chacun). La courbure axiale moyenne est calculée au sein de chaque secteur. Le calcul est répété en changeant l’orientation de chaque secteur jusqu’à balayer l’ensemble des découpages possibles (par exemple, si la kératométrie est analysée sur des points distribués selon 256 hémiméridiens, il y aura 256/8 = 32 découpages possibles). L’indice DSI (Differential Sector Index) correspond à la différence maximale entre n’importe quels secteurs. L’OSI (Opposite Sector Index) correspond à la différence maximale entre deux secteurs opposés. Le CSI (Center Surround Index) est la différence de moyenne kératométrique entre les 3 mm centraux et l’anneau compris entre les 3 et 6 mm.

 

Afin de permettre l’utilisation de ces index de manière statistique pour le dépistage du kératocône, certains ont été regroupés dans une fonction appelée KPI (Keratoconus Prediction Index).

 

KPI: Keratoconus Prediction Index / Index de prédiction du kératocône

Le KPI est une fonction discriminante calculée à partir des valeurs obtenues pour les index suivants : SimKl, SimK2, SAI, DSI, OSI, CSI, IAI, AA. Il est décrit dans l’article : Maeda N, Klyce SD, Smolek MK, Thompson HW: Automated keratoconus screening with corneal topography analysis. Invest Ophthalmol Vis Sci,1994 ; 35:2749-2757

 

 

Dépistage automatisé des formes suspectes de kératocône

Les indices calculés sont autant de données quantitatives qui peuvent être utilisées pour construire des modèles statistiques destinés à séparer en groupes diagnostiques les cornées testées. Le logiciel du topographe TMS-1 (Tomey) dispose des critères de Rabinowitz (KISA%) et de Klyce & Maeda ; la figure suivante fournit un exemple où les critères de Rabinowitz concluent à la présence d’une forme suspecte de kératocône, contrairement aux critères de Klyce et Maeda.

Indices de dépistage du kératocône critères de Rabinowicz Klyce et Maeda

: Carte topographique en mode axial et Indices de dépistage du kératocône fournis par le topographe TMS-1. Il existe une augmentation de la courbure en paracentral inférieur. L’indice (I-S) est positif pour le kératocône suspect (1.51>1.4): cette valeur est suspecte selon les valeurs proposées par Rabinowitz. Malgré les valeurs élevées de certains indices (ACP : average corneal power, AA), l’indice composite KPI est négatif pour le kératocône. Malgré ces avertissements, cet œil fut opéré de LASIK, et une ectasie survient en postopératoire, confirmant a posteriori la présence d’une forme suspecte de kératocône.

Cet exemple souligne l’absence de sensibilité et de spécificité absolues des tests de dépistage. En plus du logiciel du topographe TMS, les indices définis ci dessus  sont ainsi utilisés dans le programme informatique « Corneal Navigator », implémenté dans le logiciel OPDstation (topographe OPD scan ®, topographe Magellan®, Nidek, Japon). A partir des valeurs calculées de tous les index mentionnés dans ce paragraphe c), un pourcentage de similitude avec une des conditions cliniques suivantes est présenté : Normale (NRM), Astigmatisme (AST), Kératoône Suspect (KCS), Kératocône (KC), Dégénérescence pellucide marginale (PMD), Chirurgie cornéenne de la myopie (MRS), Chirurgie cornéenne de l’hypermétropie (HRS), Forme indéterminée (OTH).

keratocone suspect indices de klyce maeda topographie spéculaire

: Exemple du rapport utilisant les indices topograhiques de Klyce et Maeda. Les indices donc les valeurs sont suspectes sont en jaune, ceux qui sont franchement pathologiques en rouge (ici le SAI). Après analyse de ces indices par un réseau neuronal, un pourcentage de similitude avec un condition particulière est fourni (26.4% pour une forme suspecte de kératocône dans cet exemple).

 

Alio et coll. ont étudié l’analyse des aberrations de haut degré (HOA) de la surface cornéenne antérieure comme outil pour évaluer la sévérité d’un kératocône en utilisant la vidéokératoscopie avec analyse des cartes cornéennes antérieures (3). Ils ont trouvé que les HOA cornéennes antérieures, notamment les aberrations de type coma, étaient significativement plus importantes dans les yeux porteurs d’un kératocône que dans les yeux normaux. Les aberrations de type coma pourraient ainsi être de bons indicateurs pour la détection précoce et l’évaluation du kératocône. Le choix d’un seuil et les valeurs correspondantes de sensibilité et spécificité n’étaient pas rapporté, limitant pour l’instant l’intérêt de cette approche pour l’aide au dépistage des formes suspectes.

 

Indice composite incluant les données d’élévation antérieure, postérieure et d’épaisseur: SCORE Analyzer

Cet indice est constitué par un nombre unique, dont le calcul requiert l’intégration de 12 indices dans une fonction discriminante. Une page est consacrée à cette stratégie qui est disponible depuis janvier 2014 pour les utilisateurs du topographe Orhscan IIz : SCORE Analyzer

 

Références

1)       Rabinowitz YS, McDonnell PJ. Computer-assisted corneal topography in keratoconus. Refract Corneal Surg,1989;5(6):400-8

2)       Rabinowitz YS, Garbus J, McDonnell PJ. Computer-assisted corneal topography in family members of patients with keratoconus. Arch Ophthalmol. 1990;108(3):365-71.

3)       Rabinowitz YS. Keratoconus. Surv Ophthalmol. 1998;42(4):297-31

4)       Rabinowitz YS. Tangential vs sagittal videokeratographs in the « early » detection of keratoconus. Am J Ophthalmol. 1996;122(6):887-9.

5)       Smolek MK, Klyce SD. Current keratoconus detection methods compared with a neural network approach. Invest Ophthalmol Vis Sci. 1997;38(11):2290-9.

13)    Saad A, Gatinel D. Topography and Tomography Properties of Forme Fruste Keratoconus Corneas. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2010, online June 16

15)    Rabinowitz YS, Rasheed K. KISA% index: a quantitative videokeratography algorithm embodying minimal topographic criteria for diagnosing keratoconus. J Cataract Refract Surg. 1999;25(10):1327-35.

16)    Li X, Rabinowitz YS, Rasheed K, Yang H. Longitudinal study of the normal eyes in unilateral keratoconus patients. Ophthalmology. 2004;111(3):440-6.

17)    Maeda N, Klyce SD, Smolek MK, Thompson HW. Automated keratoconus screening with corneal topography analysis. Invest Ophthalmol Vis Sci. 1994;35(6):2749-57.

18)    Alió JL, Shabayek MH. Corneal higher order aberrations: a method to grade keratoconus.J Refract Surg. 2006;22(6):539-45

 

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