+ +

Asphéricité cornéenne et multifocalité : théorie, explications

 Asphéricité, cornées prolates et multifocalité avec les corrections visant à modifier la valeur du facteur Q pour la presbytie: une mise au point

L’induction d’une multifocalité oculaire efficace avec la délivrance de traitement personnalisés visant à modifier l’asphéricité cornéenne (facteur Q) vers une valeur plus prolate  (correction « custom Q », traitement F CAT) est une stratégie potentiellement efficace pour compenser le presbytie en chirurgie réfractive au laser. Les logiciels de programmation des lasers excimer autorisent la modification du facteur Q, mais aucune recommandation particulière n’est fournie pour choisir la valeur d’asphéricité (Q – value) en postopératoire.

A l’absence de nomogramme officiel, s’ajoute parfois une controverse quant aux mécansimes mis en jeu dans l’induction d’une multifocalité efficace. Il existe en effet certaines confusions relative au domaine de l’asphéricité cornéenne, de l’aberration sphérique et des profils d’ablation asphériques, que cette page a pour ambition de dissiper, en plus de proposer  une méthode simple pour induire une multifocalité d’origine cornéenne efficace. (voir vidéos en fin de page pour une présentation dynamique)

Le lecteur doit être familiarisé avec la notion d’asphéricité, dans le cas contraire il est indiqué de consulter les pages consacrées aux constantes utilisées pour quantifier l’asphéricité cornéenne, et les liens consacrés aux techniques ou intervient la multifocalité pour la correction de la presbytie. A la fin de cette page, un lien permet de regarder une vidéo qui reprend tous les points développés ici.

Asphéricité et multifocalité : quelques exemples de confusions fréquemment rencontrées

On observe parfois, dans les exposés concernant telle ou telle méthode proposée pour induire une multifocalité par « hyperprolaticité cornéenne », certaines inexactitudes et confusions :

– entre asphéricité cornéenne (facteur Q) et aberration sphérique (aberration Z40, dont le coefficient est noté C40) : cette confusion tient en partie au fait que les valeurs physiologiques de l’asphéricité cornéenne sont proches en terme d’ordre de grandeur avec celles utilisées pour quantifier le taux RMS de l’aberration sphérique oculaire (en microns), en particulier pour les valeurs d’aberration sphérique retrouvées en cas de « multifocalité » efficace (exemple : C04 = 0.2 microns pour un diamètre pupillaire = 6 mm)

– entre l’aberration sphérique du 4e ordre (Z40) et le terme C4 du logiciel du laser Wavelight Allegretto. Le C4 correspond, dans la classification des aberrations en polynômes de Zernike, au terme de défocus sphérique (myopie/hypermétropie), et non à celui de l’aberration sphérique ! Le terme qu’il faut considérer pour valider l’effet d’une modulation du facteur Q sur l’aberration sphérique est le C12 (soit le 12e terme de Zernike en partant du sommet de la pyramide, le 4e étant justement le défocus sphérique)

-entre les effets respectifs provoqués par la correction d’un défaut réfractif de loin (amétropie) et l’asphérisation négative de la cornée (induction d’une valeur plus négative du facteur Q). Ce point est certainement le plus important pour comprendre certaines incompréhensions, et pourquoi de nombreuses tentatives d’explications sont erronées ou confuses pour expliquer clairement que  l’effet de la modulation de l’asphéricité vers des valeurs plus prolates conduise en retour à observer un virage de la réfraction vers un résultat « moins myope » (ou plus hypermétrope).

Pour dissiper ces confusions, il faut commencer par étudier l’effet attendu de l’asphérisation négative de la cornée sur la réfraction oculaire, puis sur la géométrie du profil d’ablation délivré. Ces concepts sont relativement complexes, et leur compréhension requiert d’approfondir les relations entre l’asphéricité, l’aberration sphérique et les modifications rétractives souhaitées au sein de l’aire pupillaire pour obtenir la multifocalité souhaitée.

 

Effet de la variation du facteur Q vers une valeur plus prolate sur la réfraction oculaire

 

Commençons par étudier l’effet d’une modification isolée de l’asphéricité cornéenne sur la réfraction oculaire. Dans le contexte d’une chirurgie de la presbytie, la modification de l’asphéricité est généralement programmée vers une augmentation de la prolaticité (facteur Q plus négatif).

L’induction d’une asphéricité hyperprolate ne vise pas à modifier la courbure centrale de la cornée. La vergence centrale de la cornée,  qui gouverne la réfraction centrale au sein de la pupille, n’est donc pas modifiée. En revanche, l’asphérisation négative, par le biais d’un applatissement cornéen périphérique, a  pour effet de réduire la vergence des rayons incidents parallèles qui rencontrent la cornée à distance du sommet cornéen : ces rayons sont focalisés plus en arrière qu’en l’absence d’aplatissement périphérique.

Si l’on considère un oeil  emmétrope pour tous les rayons incidents issus d’une source lointaine, l’asphérisation négative isolée de la cornée (sans modification de la courbure très centrale) ne produirait donc pas de changement de la réfraction des rayons centraux, mais conduirait les rayons plus périphériques à former alors une image située en arrière du plan rétinien. Or, cette réduction de la puissance cornéenne périphérique isolée n’aurait pas d’intérêt en soi pour la correction de la presbytie : au contraire, elle rend l’œil « plus hypermétrope », pour les rayons réfractés par la périphérie de la pupille.

Asphéricité prolate

La modification de l’asphéricité cornéenne vers une valeur plus négative (hyper prolaticité) entraine une réduction de la courbure de la cornée vers sa périphérie. Au centre, la courbure, dite « osculatrice » est inchangée. Cette réduction de courbure vers les bords de la cornée provoque une réduction de la vergence des rayons incidents plus périphériques. Ces rayons focalisent en arrière de la rétine : il existe une « hypermétropisation » locale.

Se borner à modifier l’asphéricité de la cornée pour une valeur plus négative (plus prolate) n’a donc aucune raison d’augmenter la capacité d’un oeil presbyte à voir de près sans lunettes, puisqu’il en réduit la vergence, en périphérie de la pupille. En l’absence de modification associée de la courbure centrale de la cornée (myopisation), c’est plutôt l’inverse qu’il faudrait réaliser, c’est à dire changer l’asphéricité pour une valeur plus positive (oblate), où la courbure (et donc le pouvoir optique) de la cornée augmente du centre vers les bords. Une cornée devenue hyperoblate génèrerait en effet de l’aberration sphérique positive (myopisation des rayons incidents réfractés par la région plus périphérique de la cornée), qui pourrait au moins en théorie améliorer la vision de près non corrigée (cette modalité a été d’ailleurs été proposée pour la réalisation de certains « presby LASIK » où la zone d’addition est « périphérique »). En effet, si les rayons lumineux issus d’une source éloignée convergent en avant de la rétine, ceux issus d’une source rapprochée (livre, écran de smartphone) convergent dans le plan rétinien quand ils sont réfractés par la périphérie (plus cambrée grâce au profil oblate accentué) de la cornée.

Effet de la variation vers une valeur plus prolate du facteur Q d’asphéricité sur le profil d’ablation laser

Représentons les profils d’ablation qui résulteraient d’une simple variation de l’asphéricité de la cornée, toujours sans aucune variation de la courbure centrale (kératométrie centrale inchangée). Dans cette représentation, il suffit d’utiliser deux profils elliptiques dont les rayons osculateurs sont identiques, mais qui diffèrent par leur valeur de coefficient d’asphéricité (facteur Q). Le premier profil représente la surface initiale de la cornée en coupe avant correction, le second celui de la cornée après photoablation laser.

profil d'ablation apshérique pur

Profils d’ablation correspondant à modifier de manière isolée la cornée vers une valeur moins oblate (à gauche) et plus prolate (à droite). Les ellipses qui modélisent le profil cornéen ont un même rayon osculateur (courbure du sommet). Elles ne diffèrent que par la valeur de l’asphéricité (facteur Q).

 

Si on étudie particulièrement  le profil correspondant à une valeur plus négative de l’asphéricité (à droite sur la figure précédente), on note que ce profil « prolatisant pur » rappelle grossièrement celui de la myopie. Toutefois, au moins en théorie, nous pouvons énoncer que par définition, la courbure paraxiale de la cornée ne devrait pas être modifiée après la délivrance d’un tel profil. Cependant, l’expérience enseigne que les profils qui comprennent une ablation centrale, même « parallèle » et ne visant pas à modifier intentionnellement la courbure cornéenne (type Photokératectopie à visée thérapeutique ou PKT) induisent en pratique une démyopisation (ou une hypermétropisation), c’est-à-dire une réfraction moins myopique (ou plus hypermétropique, ce qui revient au même)) des rayons réfractés par la zone centrale de la cornée. C’est pour cela qu’en pratique, délivré de manière isolée, un profil asphérique pur,  ne visant qu’à modifier l’asphéricité vers une valeur plus négative (hyperprolaticité), ne pourrait  conduire en pratique qu’à réduire la vergence de l’œil…ce qui n’est bien entendu pas souhaitable dans ce contexte! Cet argument est souvent utilisé pour expliquer le besoin de moduler la correction entrée dans le laser pour les corrections asphériques, mais nous allons voir que ce raisonnement est (au moins en grande partie) erroné.

Asphérisation négative et réfraction centrale vs périphérique

Contrairement à ce que suggère la géométrie du profil asphérique prolatisant pur, les constatations relatives au profil purement hyperprolatisant n’expliquent pas la tendance à l’hypermétropisation observée après réduction du facteur Q dans le cas (le plus souvent rencontré) de la correction de la presbytie associée à l’hypermétropie. Un tel profil apshérique pur prolatisant n’est en réalité jamais délivré tel quel sur la cornée, du moins quand l’oeil opéré n’est pas parfaitement emmétrope, car le profil d’ablation délivré, même asphérique, vise aussi à corriger un défaut optique associé (myopie, hypermétropie, astigmatisme).

En cas de correction de la presbytie par le mode custom Q, chez un patient dont la correction de loin est légèrement ou plus franchement hypermétrope (cas le plus fréquent pour l’utilisation des ablations asthéniques), le profil d’ablation possède toujours une profondeur d’ablation centrale nulle ! Il est donc erroné de considérer que les caractéristiques d’un profil asphérique  « prolatisant » expliquent directement un changement réfractif « non prédit », et la  nécessité de « rajouter » de la correction positive en cas de modification associée du facteur Q chez les patients presbytes et hypermétropes.

Il faut au contraire réaliser que l’intérêt de l’asphérisation négative du profil cornéen n’est pas, contrairement à ce qui est souvent avancé de « donner de la vision de près » au centre, mais au contraire de «(re) donner de la vision de loin » grâce à une modification de la réfraction plus périphérique dans la pupille!  Nous avons vu que l’’aplatissement rapide de la cornée du centre vers ses bords en réduit la vergence périphérique. Elle provoque en conséquence une démyopisation rapide… bénéfique pour la vision de loin si et seulement si la réfraction au centre de la pupille est de nature myopique!

On ne peut obtenir une multifocalité efficace grâce à l’asphérisation négative que si l’on a induit une myopisation au centre de la zone optique. Cette myopisation permet à l’oeil de former une image nette pour les cibles rapprochées, et ainsi à l’oeil opéré de bénéficier d’une meilleure acuité visuelle de près sans correction. Pour être efficace, c’est à dire améliorer la vision de près sans trop réduire la vision de loin (c’est à dire se distinguer de la technique de la monovision où l’on induit une myopie sur l’ensemble de la surface pupillaire), la multifocalité induite devra de surcroit s’accompagner d’une emmétropisation périphérique, conséquence de l’aplatissement rapide du profil cornéen vers les bords de la zone optique.

Autrement dit, sans l’induction d’une myopisation centrale, l’asphérisation négative de la cornée n’a aucune chance de produire les effets escomptés. Le schéma ci dessous expose ces principes:

asphérisation et oeil myope

En haut, l’œil est muni d’une cornée d’asphéricité légèrement prolate (ex : Q= -0.2) et est myope. Les rayons lumineux issus d’une source éloignée sont réfractés en avant de la rétine, les rayons réfractés par une source proche de l’œil (situés à une distance égale ou proche du punctum remotum) sont vus nets sans correction. Si le punctum remotum est à 35 cm, la myopie est d’environ – 3 Dioptries. L’oeil voit net de près, mais flou de loin.
En bas, on a simplement « asphérisé » la cornée de l’oeil myope, en lui donnant une asphéricité plus prolate (mais la courbure centrale de la cornée est inchangée). Les rayons centraux issus d’une source lointaine sont toujours affecté d’un excès de vergence (3 D) mais les rayons plus périphériques focalisent près ou dans le plan de la rétine. On induit une mutifocalité efficace, où la zone optique dédiée à la vision des près est centrale (myopie proche de -3D) et où la partie dédiée à la vision de loin occupe une zone annulaire périphérique. Une partie des rayons issus de sources éloignées est focalisée dans le plan de la rétine, ce qui conduit l’oeil à bénéficier d’une bien meilleure  acuité de loin sans correction que celle de l’oeil myope.

L’inspection attentive de la figure précédente doit achever de convaincre les plus sceptiques que la présence d’une cornée hyperprolate ne permet à l’oeil d’atteindre une mutifocalité pleinement efficace que si le centre de la pupille d’entrée présente une myopisation compatible avec la lecture sans lunettes (en théorie 2.5 Dioptries environ, en pratique un peu moins car certains facteurs associés à la myopie permettent d’accroître la profondeur de champ: astigmatisme régulier, aberrations de haut degré, réduction du diamètre pupillaire, etc.). Le myosis accommodatif (constriction de la pupille) est utile pour la lecture, car il contribue à « sélectionner » les zones plus centrales dédiées à la vision de près.

Chez les patients opérés avec succès grâce à ce type de technique, les cartes de vergence oculaire totale objectivent clairement la présence d’une zone centrale où la réfraction est de nature myopique , et une zone annulaire périphérique où cette réfraction est proche de l’emmétropie. Ce sont ces cartes et non celles de topographie cornéenne qu’il faut inspecter pour étudier l’effet d’une stratégie de correction multifocale.

vergence et asphéricité hyperprolate

Carte de vergence mesurée 1 mois après correction simultanée de la presbytie et de l’hypemétropie pour l’œil droit, en délivrant une correction égale à la somme de la réfraction de loin et de près, et en modulant l’asphéricité vers une valeur plus prolate (voir exemple plus loin). L’œil possède une acuité visuelle non corrigée de 7 à 8/10 de loin et Parinaud 2 de près. La carte de distribution de la vergence de l’œil révèle clairement la présence d’une zone centrale « myopique » (réfraction proche de -1.50 D) entourée d’une zone paracentrale où la réfraction est proche de l’emmétropie.

 

Certaines conclusions de ce qui précède apparaissent donc comme incontournables:

Si l’on veut corriger efficacement la vision de loin et de près d’un candidat presbyte à une chirurgie « custom Q », il faudra, en plus d’une asphérisation négative (induction d’une valeur plus négative du facteur Q):

– laisser de la myopie chez le candidat myope et presbyte (ex : chez un myope de -4D, programmer -2D au lieu de -4D)

– induire une myopisation centrale chez l’emmétrope presbyte (ce qui peut s’accomplir en programmant un traitement de l’hypermétropie, ex : +2 D).

– surcorriger l’hypermétrope presbyte (ex : programmer +4D chez un hypermétrope dont la correction de loin est +2D)

L’hypermétropie associée à la presbytie constitue certainement la meilleure indication des traitements « custom-Q . Les hypermétropes devenus presbytes ont une vision brouillée à toutes les distances, contrairement aux emmétropes qui jouissent d’une bonne acuité visuelle non corrigée en vision de loin, et aux  myopes qui voient parfaitement de près après avoir retiré leur correction optique pour la vision de loin.  Les hypermétropes presbytes sont à même d’apprécier pleinement l’effet d’une correction multifocale, sans avoir l’impression d’avoir « perdu » de la qualité visuelle de loin ou de près.

La suite de cette page est consacrée à la correction de l’hypermétropie associée à la presbytie par la technique de « presby-LASIK »  reposant sur l’induction d’une multifocalité reposant sur un modèle mathématique établi à partir de profil cornéens asphériques, et du calcul de l’aberration sphérique négative induit par un changement d’asphéricité vers une valeur plus négative.

 

 

Asphéricité hyperprolate et aberration sphérique

 

Jusqu’à présent, nous avons raisonné sur de simples schémas en coupe, et montré que la variation de la réfraction souhaitable après la chirurgie pour corriger la presbytie requiert la présence d’une myopie centrale et sa réduction graduelle pour atteindre une zone annulaire où la réfraction doit être emmétrope (pour permettre une bonne acuité visuelle de loin).  Or, la réduction progressive de la vergence du centre vers les bords d’un système optique caractérise la présence d’une aberration sphérique négative (cette aberration est notée Z40, et son coefficient C40 est donc négatif).

Mais insistons encore sur un point : l’effet bénéfique de cette aberration dans le contexte d’une correction multifocale ne s’exerce que si la réfraction centrale est myopique. Une partie des rayons lumineux émis par une source éloignée (ceux qui traversent la zone pupillaire centrale) sont réfractés en avant du plan rétinien, alors que ceux qui traversent la région plus périphérique sont réfractés dans le plan rétinien.  S’ils proviennent d’une source proche, les rayons réfractés par la zone pupillaire centrale sont réfractés dans le plan rétinien, ce qui permet à l’œil d’obtenir une bonne acuité visuelle de près.

La question de la valeur du coefficient d’aberration sphérique négative permettant d’induire ce gradient de vergence est légitime, car une fois la myopisation centrale obtenue, c’est de la valeur de ce coefficient C40 que dépend la réduction rapide de l’excès de vergence plus périphérique. Un travail de modélisation mathématique peut permettre de répondre (au moins de manière théorique) à cette question. Une approche complémentaire consiste d’étudier les caractéristiques des yeux opérés avec succès, bénéficiant d’une bonne acuité visuelle non corrigée de loin et de près. On retrouve généralement qu’après l’intervention,  la valeur de l’aberration sphérique négative (Z40) est comprise entre -0.2 et -0.4 microns pour un diamètre de pupille de 6 mm. La valeur moyenne préopératoire de l’aberration sphérique est proche de +0.1 microns sur ce même diamètre.

On déduit empiriquement de ces mesures qu’en moyenne, une variation d’aberration sphérique proche de -0.4 microns pour 6 mm permet d’obtenir la multifocalité efficace désirée (qui, rappelons le, consiste à réduire la puissance optique centrale de manière à emmétropiser une zone annulaire périphérique).

Si l’on choisit comme base une variation de -0.4 microns pour le coefficient C40 de l’aberration Z40 (C12 dans le listing de l’aberromètre Wavelight) , un travail complémentaire de modélisation mathématique conduit à une observation particulièrement intéressante : pour obtenir cette variation (Δ C40 =-0.4 microns sur 6 mm), la variation théorique prédite du facteur Q ne varie qu’entre -0.6 et -0.7, et est peu sensible à la valeur de la kératométrie initiale, de l’asphéricité initiale, et surtout de la correction hypermétropique délivrée ! Cette relative constance est de bon augure, et l’amplitude requise pour la variation du facteur Q est similaire à celle qu’on retenu la plupart des chirurgiens, après s’être forgé une expérience empirique avec les ablations « custom Q »..!

Nous disposons maintenant des bases théoriques et cliniques pour jeter les bases d’un nomogramme simple et intelligible pour la correction conjointe de la presbytie et de l’hypermétropie en LASIK avec le module « custom-Q ». Une page est consacrée au nomogramme de Gatinel pour la correction de la presbytie en LASIK chez l’hypermétrope presbyte.

Une approche plus globale consisterait à prendre en compte l’intégralité du front d’onde oculaire préopératoire et programmer une correction personnalisée, adaptée au diamètre pupillaire, etc. Malheureusement, aucune plateforme laser ne propose ce type de correction, dont nous avons pourtant jeté et breveté les bases théoriques il y a une dizaine d’années.

Vidéos explicatives:

(MultifoQalité,  17 décembre 2013, Centre laser Victor Hugo). Elle reprend tous les éléments de cette page, et développe certains aspects relatif aux relations entre la variation nécessaire d’asphéricité pour obtenir la modulation souhaitée de l’aberration sphérique négative.

(In Refractiva veritas, Mai 2014, Bordeaux).

Laisser un commentaire

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