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Ophtalmologie
Topographie d’élévation et analyse du segment antérieur par balayage d’une fente lumineuse (Orbscan)
Cours d'Ophtalmologie
 
 
 

Introduction :

L’oeil est une succession de milieux transparents avec deux structures convergentes (la cornée et le cristallin) qui focalisent les rayons lumineux sur la rétine.

L’étape optique de la vision peut, par simplification, être considérée comme une succession de réfractions à travers un ensemble de dioptres sphériques centrés.

Optiquement, la cornée est constituée de trois dioptres : air-film lacrymal, film lacrymal-cornée et cornée-humeur aqueuse.

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Les lois de la réfraction donnent, pour un dioptre sphérique, une relation entre la puissance, les indices de réfraction des deux milieux et le rayon de courbure.

Compte tenu de la différence des indices de réfraction entre l’air et le film lacrymal, le dioptre air-film lacrymal joue un rôle réfractif prépondérant avec une puissance de l’ordre de + 44 D.

La puissance des deux autres dioptres est plus faible (+ 5 D pour l’interface film lacrymal-cornée et - 6 D pour l’interface cornéehumeur aqueuse), car les indices de réfraction des milieux respectifs sont plus proches.

La puissance totale de la cornée est d’environ + 43 D, ce qui représente environ les deux tiers du pouvoir réfractif de l’oeil. Plus que toute autre structure de l’oeil, la géométrie de la cornée a de grandes conséquences optiques, comme l’illustrent la pathologie et la chirurgie du segment antérieur.

Jusqu’à présent, les techniques usuelles d’examens n’exploraient que la face antérieure de la cornée, et plus exactement l’interface film lacrymal, air.

L’essor de la chirurgie réfractive a favorisé le développement de nouvelles techniques d’exploration de la cornée utilisant d’autres principes que le disque de Placido.

Limites de la vidéokératoscopie :

La kératométrie et la vidéokératoscopie utilisent la propriété de réflexion de la face antérieure de la cornée qui se comporte comme un miroir convexe grâce au film lacrymal.

Ainsi, la taille d’une image reflétée varie selon la courbure de la cornée.

En projetant des mires de taille connue, il est possible d’évaluer le rayon de courbure de la face antérieure de la cornée.

L’application de la formule des dioptres sphériques permet de convertir les rayons de courbure (en millimètres) en puissance (en dioptries).

Afin de prendre en compte la puissance de la face postérieure de la cornée qui n’est pas mesurée, ce n’est pas l’indice de réfraction du film lacrymal qui est utilisé mais un indice de réfraction standard ou « kératométrique » (1,3 375).

Cette simplification est possible en raison de l’existence d’une proportionnalité entre le rayon de courbure antérieur et le rayon de courbure postérieur (du moins chez les cornées « normales »).

À partir de deux mires projetées dans la région paracentrale, la kératométrie mesure le rayon de courbure, puis en déduit indirectement la puissance centrale en postulant que la cornée a une forme sphérocylindrique et symétrique.

L’intégration de l’ordinateur à la kératoscopie a rendu possible l’analyse de milliers de points cornéens, réalisant une véritable cartographie de la face antérieure de la cornée.

Le principe de la vidéokératoscopie repose sur la numérisation de l’image cornéenne d’un disque de Placido modifié, constitué de plusieurs anneaux lumineux concentriques légèrement décalés en forme de cône.

L’analyse de la distance entre les anneaux permet en chaque point la mesure de la pente (variation du rayon de courbure).

La vidéokératoscopie a constitué un progrès par rapport à la kératométrie en augmentant la surface étudiée et en permettant l’analyse de formes complexes (asphérique et asymétrique) éloignées du modèle sphérocylindrique.

De plus, la mesure est possible même pour les valeurs extrêmes (chirurgie de la myopie, kératocône).

Cependant, la vidéokératoscopie présente des limites évidentes.

Le point central n’est pas directement analysé car la mire la plus interne n’est pas ponctuelle mais est un anneau.

La vidéokératoscopie ne mesure que la pente ou le rayon de courbure et non l’élévation (du moins avec les méthodes two-step).

Outre une dépendance par rapport à l’axe de l’appareil, la vidéokératoscopie présente plusieurs autres biais de mesure et approximations liées à des hypothèses sur la forme de la cornée.

À partir de la mesure de la pente ou du rayon de courbure, différents algorithmes de la vidéokératoscopie reconstruisent la surface selon une certaine modélisation de la cornée.

Si la vidéokératoscopie permet d’analyser des surfaces complexes, la reproductibilité et l’exactitude des mesures sont d’autant meilleures que l’on se rapproche d’une surface sphérique et que l’on est proche de l’axe visuel.

En définitive, les mesures fournies par la vidéokératoscopie ne sont pas réellement anatomiques, ce qui nécessiterait de connaître les coordonnées spatiales (x, y, z) de chaque point de la surface et en particulier l’élévation (z).

L’image des mires réfléchie est bidirectionnelle, autrement dit, une même image peut correspondre à plusieurs points différents de l’espace.

De plus, l’analyse de la vidéokératoscopie se limite à l’interface air-film lacrymal en ignorant la face postérieure de la cornée.

Appareil et principes techniques :

A - DESCRIPTION DE L’APPAREIL :

La deuxième version de l’Orbscan (Orbscany II) associe au dispositif de balayage d’une fente lumineuse, un système de Placido qui était absent sur la version initiale (Orbscany I).

La tête d’acquisition de l’appareil s’articule autour d’une caméra CCD et comporte un disque de Placido et quatre projecteurs. Le disque de Placido est constitué par une section de tore concave à grand axe horizontal.

Au centre du disque de Placido sont situées une caméra CCD et une mire de fixation clignotante.

Le disque de Placido est percé latéralement par quatre projecteurs (deux à droite et deux à gauche).

De chaque côté, l’un des projecteurs assure le balayage de la fente lumineuse tandis que l’autre projette une mire ponctuelle.

La tête d’acquisition est reliée à une unité informatique centrale permettant l’intégration et l’interprétation des données par différents logiciels, une unité de stockage (fixe et éventuellement amovible), des sorties imprimante et Internet.

L’Orbscan initialement développé par Orbtek (Salt Lake City, Utah) est actuellement commercialisé par Bausch et Lomb.

B - PRINCIPES :

1- Fente :

Une fine fente lumineuse verticale effectue un double balayage du segment antérieur de l’oeil (cornée, surface iridocristallinienne antérieure).

Le balayage n’est pas continu mais est constitué par deux séries de 20 fentes lumineuses qui sont projetées de façon séquentielle selon un angle de 45° à droite puis à gauche.

L’angulation des projecteurs des fentes ne permet pas à chaque projecteur un balayage de la totalité de la cornée.

Dans la zone des 5 mm centraux, un double balayage de la fente est effectué, ce qui permet une confrontation des données. Les régions latérales ne sont balayées que par l’un des deux projecteurs.

Le projecteur utilise le principe de Scheimpflug permettant une focalisation simultanément de la fente sur la cornée, l’iris et le cristallin.

La diffusion locale et omnidirectionnelle de la lumière de la fente permet la visualisation des bords des différentes surfaces (analogie avec la lampe à fente).

La détection des contours des différentes surfaces oculaires est assurée par un système de filtrage numérique.

Sur chaque fente, 240 points sont analysés, soit un total de 9 600 points pour la face antérieure de la cornée.

La distance moyenne entre chaque point analysé est de 250 μm environ. Les valeurs entre les points mesurés sont estimées par interpolation.

Les coordonnées des différentes surfaces oculaires sont mesurées directement par triangulation entre le projecteur, les surfaces oculaires et la caméra réceptrice (application du théorème de Pythagore).

Par ailleurs, l’Orbscan dispose d’un système de ray tracing capable de simuler le trajet des rayons lumineux.

Les différentes surfaces oculaires sont reconstruites à partir des données obtenues par la triangulation et le ray tracing.

La durée de chaque balayage est de 0,7 seconde et la durée totale de l’acquisition de l’examen (fente et Placido) est de 2 secondes environ.

Un système d’asservissement (eye tracker) limite les conséquences des inévitables microsaccades oculaires.

2- Disque de Placido :

Les anneaux lumineux du disque de Placido se reflètent sur le film lacrymal.

La technique n’est pas différente de celle utilisée par les vidéokératoscopes classiques et a été récemment expliquée dans un article précédent.

Le principe consiste à capter et numériser l’image virtuelle des mires (images de Purkinje) des anneaux. L’analyse des images des anneaux (largeur et distance entre les anneaux) permet de reconstruire la surface cornéenne à partir de deux algorithmes (axial et tangentiel).

La pente et le rayon de courbure sont mesurés en 4 000 points de la surface, puis une conversion en puissance est effectuée.

La durée de l’acquisition de l’image Placido est inférieure à 0,1 seconde.

C - ACQUISITION DE L’EXAMEN :

La technique doit être parfaite car un examen défectueux peut entraîner de fausses images pathologiques.

Les mesures doivent être effectuées dans une obscurité presque totale afin d’éviter l’interférence d’autres rayons lumineux.

La tête peut être fixée pour limiter les mouvements.

Du fait de la durée de l’examen, il est souhaitable que le patient effectue un clignement palpébral juste avant l’acquisition de l’examen.

En effet, la qualité des images des mires de Placido dépend de la régularité du film lacrymal.

Un film lacrymal irrégulier ou un ménisque de larme inférieur génèrent des artefacts.

Le centrage et l’immobilisation de l’oeil sont assurés par la fixation fovéolaire (mire lumineuse clignotante).

La focalisation et le centrage de la tête de l’appareil par rapport à l’oeil sont effectués de façon manuelle par affrontement de mires lumineuses.

Avant d’enregistrer un examen, il est nécessaire de vérifier sa qualité.

Un dispositif automatique alerte l’examinateur et propose d’effectuer une nouvelle acquisition quand l’examen n’est pas fiable.

Il peut s’agir de mouvements excessifs dépassant les possibilités de l’eye tracking ou d’une détection insuffisante des fentes ou des mires de Placido.

Il est souhaitable que l’examinateur vérifie lui-même la qualité de l’examen.

Un examen défectueux peut se traduire par des valeurs aberrantes (cylindre, puissance, pachymétrie…) et par des cartes de surface réduite, en particulier au niveau postérieur.

Comme la détection du bord postérieur de la fente est plus difficile que la détection du bord antérieur, la surface des cartes postérieures est toujours inférieure à celle des cartes antérieures.

Une qualité défectueuse retentit préférentiellement sur les données de la face postérieure de la cornée, et par conséquent sur la carte de pachymétrie.

Il peut s’agir d’une épaisseur minimale aberrante dans sa valeur (inférieure à 450 μm) ou dans sa localisation (périphérie).

Une différence de pachymétrie centrale supérieure à 10 μm entre les deux yeux d’un patient sans antécédent ophtalmologique est suspecte et invite à refaire les examens.

D’une manière générale, devant une image pathologique, il est souhaitable de refaire l’examen, surtout si l’anomalie n’est pas corrélée à la clinique.

Il est possible de contrôler la qualité de tout examen, y compris d’un examen ancien, en vérifiant sur l’image de l’oeil l’affrontement des mires et éventuellement la qualité des images des mires du disque de Placido et des fentes, si ces données ont été enregistrées.

L’Orbscan est plus difficile à réaliser et est plus pénible pour le patient qu’une vidéokératoscopie, du fait de la durée de l’examen et de la variation importante de la luminosité lors du balayage de la fente.

Chez certains patients, la réalisation d’un examen de bonne qualité est impossible, en particulier en cas de cornée très irrégulière (greffe de cornée, kératocône évolué).

Après vérification de la qualité, l’examen peut être enregistré.

Par défaut, toutes les données numériques sans aucune image sont conservées dans le disque dur.

À partir de ces données numériques, qui occupent un volume moyen de 300 kilo-octets, toutes les possibilités (cartes, indices…) actuellement disponibles sur la dernière version sont utilisables.

Il est possible de conserver, en plus des données numériques primaires, l’image des mires de Placido et les images des fentes.

La conservation de toutes les images nécessite un volume de 7 méga-octets de mémoire et n’a pas actuellement d’application supplémentaire.

Pour certains examens particulièrement intéressants, il peut cependant être utile de conserver, dans un but de recherche, la totalité des données, qui pourraient être analysées ultérieurement par d’autres logiciels.

Résultats des mesures :

A - DONNÉES PRIMAIRES :

Les données numériques primaires utilisées par l’Orbscan sont les coordonnées spatiales (abscisse [x], ordonnée [y] et élévation [z]) mesurées par la fente, et les pentes ou les rayons de courbure calculés à l’aide du disque de Placido des différents points analysés.

La complémentarité entre les données fournies par la fente et celles fournies par le disque de Placido permet une reconstruction de la face antérieure de la cornée en s’affranchissant de certaines hypothèses. Les données numériques primaires sont exploitées par plusieurs programmes qui établissent les différentes cartes et indices.

B - EXPRESSION DES RÉSULTATS :

1- Cartes colorimétriques :

Les résultats de l’Orbscan sont visualisés selon trois modalités.

Les cartes colorimétriques (mode topographical) sont les plus employées, car elles permettent une visualisation rapide des caractéristiques de la surface étudiée.

Bien sûr, la représentation plane d’une surface en trois dimensions induit d’inévitables distorsions, principalement en périphérie.

La représentation 3D (mode 3D) n’a pas de réelle utilité clinique par rapport aux cartes, mais peut avoir un intérêt pédagogique (explication au patient).

Enfin, le mode profile fournit une coupe de la cornée ou du segment antérieur de l’oeil selon le méridien désiré.

L’Orbscan utilise, pour les différentes cartes, un codage colorimétrique similaire à celui employé en vidéokératoscopie.

D’une manière générale, les couleurs chaudes (rouge et orange) représentent ce qui est antérieur, proche, bombé, fin ou focalisé.

Au contraire, ce qui est postérieur, éloigné, plat, épais ou diffus, est représenté par les couleurs froides (bleu, violet).

Le vert est utilisé pour les valeurs moyennes.

Le nombre de couleurs utilisables pour le codage est limité par la capacité de discrimination de l’oeil de l’observateur.

Un nombre de couleurs important rend l’examen rapidement ininterprétable.

Comme en vidéokératoscopie, différentes échelles sont disponibles.

L’échelle absolue (absolute step scale), qui est le réglage par défaut, permet une interprétation rapide et favorise l’apprentissage car chaque couleur correspond à une valeur numérique fixe.

Les valeurs extrêmes de l’échelle absolue sont 25,5 D et 57,5 D pour les puissances de la face antérieure, de - 0,08 et + 0,08 mm pour l’élévation.

Cette échelle permet d’étudier la plupart des situations cliniques.

L’échelle absolue permet les comparaisons entre des examens successifs ou entre des cornées différentes.

L’échelle automatisée ou normalisée (automatic scale) est ajustée sur les puissances extrêmes de la surface étudiée.

Cette répartition de l’ensemble des couleurs entre les valeurs extrêmes permet d’obtenir la meilleure résolution graphique et une meilleure visualisation des détails.

L’association couleur-valeur numérique varie pour chaque examen, d’où une interprétation plus délicate.

De même, la comparaison entre des examens différents est plus difficile car l’intervalle et le pas de l’échelle ne sont pas identiques.

L’échelle simplifiée (normal band scale), utilisant un faible nombre de couleur et un large pas pour les valeurs situées au milieu de l’échelle permet d’attribuer la couleur verte à toutes les valeurs moyennes habituellement rencontrées sur des cornées « normales ».

Il est possible de fixer les bornes des valeurs que l’on considère normales.

Les régions de la carte s’écartant des valeurs habituelles sont représentées par les couleurs rouge ou bleue.

Cette échelle favorise une analyse rapide en accentuant les anomalies et en gommant les irrégularités mineures.

Enfin, il est possible de choisir une échelle personnalisée (custom scale) en fixant la valeur minimale et la valeur maximale de l’échelle.

Cette échelle peut être utile pour visualiser des anomalies extrêmes (kératocône majeur, cornea plana).

Par défaut, le pas de l’échelle est de 1 D pour les puissances antérieures, - 0,1 D pour les puissances postérieures, de 0,005 mm pour l’élévation et de 0,02 mm pour la pachymétrie, ce qui correspond pour chaque carte à l’utilisation de 35 couleurs.

Il est possible de modifier le nombre de couleurs (17 ou 70) et le pas des différentes échelles.

L’aspect de la carte dépend du pas de l’échelle et du nombre de couleurs utilisées.

L’interprétation des cartes doit tenir compte de l’échelle utilisée.

Un pas étroit peut mettre en évidence des détails sans réelle signification.

Au contraire, le choix d’un pas large gomme artificiellement certaines caractéristiques.

L’expression des résultats d’une vidéokératoscopie est relativement simple par rapport à l’Orbscan.

Le choix de l’observateur se limite à l’échelle (absolue, standardisée), à l’unité (puissance ou rayon de courbure) et à l’algorithme de reconstruction (axial, tangentiel ou réfractif).

Le nombre de cartes et d’indices divers fournis par l’Orbscan est beaucoup plus important qu’en vidéokératoscopie.

L’analyse ne se limite pas à la surface antérieure de la cornée mais concerne toute la chambre antérieure de l’oeil. Les informations obtenues par l’Orbscan sont de nature optique ou géométrique (élévation, distance, surface, volume…) et permettent une modélisation du segment antérieur de l’oeil.

La complexité de l’interprétation de l’Orbscan tient également au fait que les cartes d’élévation sont construites par rapport à une surface de référence définie arbitrairement, et non pas, comme c’est le cas pour les cartes de la vidéokératoscopie, à partir des valeurs absolues.

Il existe donc une multiplicité de représentations possibles de l’élévation.

La comparaison entre deux zones de couleur différente à partir de la seule interprétation des couleurs est difficile.

De nombreux paramètres interviennent dans la définition de la surface de référence.

Pour la détermination des cartes de courbure et de puissance, quatre algorithmes différents (axial, tangentiel, réfractif et non méridional) sont disponibles sur l’Orbscan.

Le calcul des puissances d’un dioptre nécessite l’utilisation des indices de réfraction adéquats.

L’Orbscan utilise les valeurs des indices de réfraction dont le réglage par défaut est le suivant : 1,000 pour l’air ; 1,336 pour le film lacrymal et l’humeur aqueuse ; 1,376 pour la cornée ; 1,420 pour le cristallin ; 1,337 pour le vitré.

L’utilisation de l’indice kératométrique standard (1,3 375) est également possible.

L’aspect des cartes varie selon le centre choisi.

Le centre des cartes de l’Orbscan n’est pas le même centre que celui utilisé pour les cartes des vidéokératoscopes.

Les vidéokératoscopies sont centrées sur la ligne du regard (du centre de la pupille d’entrée au point objet, c’est-à-dire à la mire de fixation).

Les cartes de l’Orbscan sont centrées sur l’apex cornéen ou vertex, c’est-à-dire le point cornéen le plus antérieur sur la carte d’élévation de la face antérieure.

Il est possible de faire figurer sur la carte d’autres points remarquables comme le point d’épaisseur minimal (pac min), les points d’intersection entre la surface étudiée et différents axes comme l’axe visuel, l’axe pupillaire, l’axe de fixation, l’axe de l’appareil (caméra).

En pratique, ces différents points sont généralement proches ou confondus sauf en cas de cornées très irrégulières (kératocône, greffe de cornée…).

Il est possible de choisir comme centre un autre point que l’apex en sélectionnant l’un des points précédents (fixation, pachymetry, pupil).

Enfin, n’importe quel point peut être défini comme centre à l’aide du curseur (cursor) ou de ses cordonnées spatiales (input).

2- Cartes issues des données du disque de Placido :

L’Orbscan peut fournir des cartes de courbure de la face antérieure de la cornée similaires à celles obtenues avec n’importe quel vidéokératoscope.

Pour reconstruire la face antérieure de la cornée, l’algorithme peut fonctionner en mode non-arc step, c’est-à-dire n’utiliser aucune des données de l’élévation comme pour la vidéokératoscopie.

Seuls sont utilisés la pente et le rayon de courbure de la face antérieure de la cornée, calculés par réflexion des mires du disque de Placido, comme pour la vidéokératoscopie classique.

À partir de ces données, les algorithmes axial et tangentiel reconstruisent la face antérieure de la cornée à partir d’hypothèses différentes sur la forme de la cornée.

* Cartes de courbure axiale et tangentielle :

En chaque point de la surface, les algorithmes axial et tangentiel mesurent chacun un rayon de courbure, selon une direction radiaire dans un plan méridional contenant le point étudié et l’axe de référence de l’appareil.

L’algorithme axial repose sur une modélisation sphérique de la cornée, ce qui implique que l’origine du rayon de courbure se projette nécessairement sur l’axe de référence.

L’algorithme tangentiel suppose une forme asphérique, c’est-à-dire que l’origine du rayon de courbure peut ne pas se situer sur l’axe de référence.

Le rayon tangentiel mesure le rayon de courbure instantané (rayon du cercle osculateur en un point selon un méridien donné).

Les rayons de courbure axial et tangentiel sont identiques au niveau de l’axe de référence et dans le cas d’une surface parfaitement sphérique.

L’algorithme axial a l’avantage d’être très reproductible et de donner une mesure fiable de l’astigmatisme.

L’algorithme tangentiel est très sensible aux variations locales de courbure, d’où son intérêt pour le dépistage des kératocônes et en contactologie.

Très sensible au bruit de fond, l’algorithme tangentiel est moins reproductible et moins fiable que l’algorithme axial pour la mesure de l’astigmatisme.

La représentation des résultats peut se faire par des cartes en rayon de courbure (en millimètres) rarement utilisées en dehors de la contactologie.

L’application de la formule des dioptres sphériques permet de convertir les rayons de courbure (mm) en puissance (D) à partir des indices de réfraction : Puissance (D) = n - 1/rayon de courbure (mm) ; 1 étant l’indice de l’air.

Cette relation est établie à partir des lois de la réfraction de Descartes (n1 · sin1 = n2 · sin2) et de l’approximation des petits angles (loi de Kepler) qui permet de confondre les angles, leur sinus et leur tangente quand les rayons incidents et réfractés sont peu inclinés, c’est-à-dire proches de l’axe géométrique (hypothèse para-axiale).

Les résultats des examens vidéokératoscopiques sont le plus souvent représentés par des cartes colorées de puissance (en dioptries) qui sont en réalité des cartes de courbure.

En effet, la correspondance entre courbure et puissance n’est acceptable qu’au niveau central.

La formule qui permet la conversion du rayon de courbure en puissance n’est plus valable quand on s’écarte trop de l’axe du dioptre.

L’Orbscan propose quatre indices de réfraction pour la conversion des rayons de courbure en puissance : keratometric, anterior, posterior, total.

L’indice keratometric est l’indice standard qui permet de retrouver les valeurs habituelles de puissance ou d’astigmatisme des kératomètres et des vidéokératoscopes.

L’indice anterior utilise les indices de réfraction physiologiques de l’air et de la cornée.

L’indice posterior utilise les indices de réfraction physiologiques de la cornée et de l’humeur aqueuse.

L’indice total prend en compte la totalité de la cornée.

Le changement d’indice n’affecte pas l’aspect de la carte mais uniquement les valeurs numériques.

Son seul intérêt est de permettre d’évaluer séparément la contribution de chaque dioptre à la puissance ou à l’astigmatisme mesurée par la méthode axiale ou tangentielle.

Bien entendu, la mesure n’a concerné que la face antérieure de la cornée.

3- Cartes issues du balayage optique de la fente :

* Carte en puissance réfractive :

La puissance réfractive est calculée par application des lois de la réfraction de Snellen.

Contrairement aux puissances axiale et tangentielle, la puissance réfractive traduit réellement les propriétés réfractives de la face antérieure de la cornée.

Cette amélioration de l’évaluation de la puissance se fait au détriment de l’évaluation de la fonction forme.

La puissance réfractive tient compte, en particulier, de l’aberration de sphéricité.

Cette aberration géométrique se traduit par une augmentation de la puissance réfractive en périphérie d’une sphère.

À la différence de la puissance réfractive, la puissance axiale, et plus encore la puissance tangentielle, diminuent du centre vers la périphérie, du moins pour les asphéricités courantes.

L’aspect des cartes en puissance réfractive est donc généralement différent de celui des cartes en puissance axiale ou tangentielle, avec souvent une direction orthogonale du « sablier ».

Au centre, cependant, les puissances réfractive, axiale et tangentielle sont identiques.

La puissance réfractive est la seule puissance qui évalue la contribution de la cornée à la qualité de l’image.

Il n’existe pas actuellement sur l’Orbscan, comme sur certains vidéokératoscopes, une carte de distorsion optique ou une estimation de l’acuité visuelle potentielle évaluant les qualités optiques de la cornée.

La variation de la puissance réfractive totale (total optical power) des 4 mm centraux serait la mieux corrélée à la variation réfractive induite par le laser in situ kératomileusis (lasik).

* Cartes d’élévation :

L’originalité et l’intérêt de l’Orbscan résident dans sa capacité à mesurer directement les coordonnées spatiales (abscisse [x], ordonnée [y], élévation [z]) des points des surfaces antérieure et postérieure de la cornée.

La mesure de l’élévation étant directe, sans hypothèse préalable sur la forme de la cornée, les cartes d’élévation pourraient mieux refléter l’anatomie de la cornée que les cartes de courbure données par la vidéokératoscopie.

Les variations locales d’élévation de la surface cornéenne sont très faibles (de l’ordre de quelques micromètres ou dizaine de micromètres) par rapport aux valeurs mêmes de l’élévation.

En effet, la différence d’élévation entre l’apex et la périphérie de la cornée est de quelques millimètres, c’est-à-dire 100 fois plus importante que la valeur à mesurer.

Il n’est donc pas possible de représenter les variations de l’élévation à partir des valeurs absolues de l’élévation données par rapport à un plan de référence.

Une surface de référence qui se rapproche aussi fidèlement que possible de la forme de la cornée doit être utilisée pour mettre en évidence une différence d’élévation aussi faible.

La surface de référence choisie est généralement la sphère, en raison de sa simplicité et de sa forme qui est proche de celle de la cornée.

La sphère de référence choisie (best fit sphere) est celle qui minimise la somme des carrés des différences d’élévation par rapport à la surface cornéenne étudiée (méthode des moindres carrés).

Pour chaque cornée, deux sphères de référence sont choisies : une pour la face antérieure et une pour la face postérieure.

Par défaut, la surface de référence est la sphère déterminée sur un diamètre cornéen de 10 mm (full corneal fit) avec un positionnement libre de la sphère de référence par rapport à la cornée (floating).

Il est possible de modifier les paramètres qui influencent le choix de la sphère de référence.

La zone de la cornée dans laquelle se fait le choix de la sphère de référence peut être modifiée (0-7 mm : center zone fit, 7-10 mm : peripheral zone fit) ou être imposée par l’examinateur (custom fit).

Il est possible d’imposer à la sphère de référence des contraintes géométriques concernant l’axe et l’apex.

Le mode axial impose à la sphère de référence d’avoir le même axe que celui de la cornée.

Dans le mode pinned, les surfaces de la sphère de référence et de la cornée sont communes au niveau de l’axe visuel de la cornée.

Le mode apex impose à la sphère de référence à la fois les contraintes du mode axial et du mode pinned.

L’axe utilisé pour calculer la différence d’élévation doit également être défini.

L’axe choisi peut être celui de la caméra (instrument) ou l’axe perpendiculaire à la surface au niveau du point central (surface normal).

Enfin, il est possible de choisir une surface de référence non sphérique utile pour explorer des anomalies extrêmes (kératocône).

La surface de référence n’entre pas en jeu pour la mesure de l’élévation, mais uniquement pour établir les cartes d’élévations.

Les couleurs chaudes représentent ce qui est au-dessus de la sphère de référence.

Au contraire, les couleurs froides sont utilisées pour représenter ce qui est en dessous de la sphère.

Le vert représente ce qui est situé au niveau de la sphère.

Sur les cartes d’élévation, les couleurs de différentes zones ne doivent pas s’interpréter les unes par rapport aux autres car elles indiquent uniquement la situation relative par rapport à la sphère de référence et non pas l’élévation absolue.

Un changement de surface de référence modifie profondément l’aspect des cartes d’élévation.

Pour interpréter une carte d’élévation, il est nécessaire de connaître les paramètres qui ont servi à déterminer la sphère de référence.

Le choix d’une zone cornéenne centrale (0 à 5 mm) pour déterminer la sphère de référence favorise la visualisation de la toricité (astigmatisme) de la cornée.

Au contraire, le choix d’une zone étendue (0 à 10 mm) pour établir la sphère de référence permet de mieux visualiser la géométrie de l’ensemble de la cornée comme l’asphéricité.

La comparaison de plusieurs cartes d’élévation (préopératoire et postopératoire par exemple) rend indispensable l’utilisation de la même sphère de référence pour tous les examens.

Ceci peut être fait automatiquement lors de l’utilisation des cartes différentielles.

* Cartes de puissance moyenne (mean power) :

Si les cartes d’élévation reflètent bien les caractéristiques morphologiques de la cornée telles que la toricité et l’asphéricité, les propriétés optiques de la cornée, comme l’astigmatisme, sont mal visualisés.

Il est assez difficile mathématiquement d’obtenir une carte de courbure à partir des données de l’élévation.

Ainsi, alors que la courbure instantanée (algorithme tangentiel) est obtenue par simple dérivation à partir des données de la pente fournies par la vidéokératoscopie, deux dérivations successives sont nécessaires pour transformer les données de l’élévation en données de courbure.

Les algorithmes classiques de la vidéokératoscopie (axial et tangentiel) ne mesurent le rayon de courbure que dans une seule direction.

Le rayon de courbure qui est mesuré en chaque point de la surface a une direction radiaire et est situé dans un plan méridional contenant le point de la surface et l’axe du vidéokératoscope.

Le calcul des puissances axiale et tangentielle dépend de l’axe du kératoscope, et ces deux puissances sont donc sensibles au décentrement.

Ces puissances peuvent être erronées devant des cornées très irrégulières (kératocônes, greffe de cornée), où l’axe visuel peut être assez éloigné de l’apex.

Chaque point d’une surface courbe est contenu dans une infinité de plans perpendiculaires à la surface, et peut donc être défini par autant de courbes et de rayons de courbure (et donc de puissances).

Les valeurs de ces rayons de courbure contenus dans deux plans perpendiculaires sont liées entre elles (loi de Euler).

Chaque point d’une surface courbe continue possède deux courbures principales (maximale et minimale) situées dans des plans orthogonaux.

À partir des deux courbures principales est définie la courbure moyenne (moyenne arithmétique des deux courbures principales) et la courbure gaussienne (moyenne géométrique, c’està- dire la racine carrée du produit des deux courbures principales).

L’Orbscan possède un algorithme qui mesure, à partir des données de l’élévation, la courbure dans de multiples plans, et en particulier dans des plans différents du plan méridional.

Le principal avantage de cet algorithme non méridional par rapport aux autres algorithmes est sa capacité à prendre en compte des informations multidirectionnelles sur la forme qui sont totalement ignorées par les algorithmes classiques de la vidéokératoscopie.

La carte mean power de l’Orbscan est établie à partir de la moyenne arithmétique des deux puissances principales.

Elle représente en chaque point la puissance moyenne et donc la sphère moyenne.

L’intérêt de cet algorithme est d’éviter certains biais de mesure de la vidéokératoscopie classique et en particulier la dépendance par rapport à l’axe du vidéokératoscope.

La puissance moyenne (mean power) reflète uniquement les propriétés intrinsèques locales de la cornée, indépendamment de la position de l’oeil par rapport à l’axe de l’appareil.

La puissance moyenne est peu sensible au décentrement et fournit une représentation plus proche de la réalité, surtout en cas de cornée très irrégulière (kératocône et greffe de cornée).

Les cartes de l’algorithme non méridional (puissance gaussienne) retrouvent une localisation et un aspect des kératocônes plus proches de la réalité que ne le laissent penser les cartes des algorithmes tangentiel et surtout axial.

D’une manière générale, les cartes de puissance moyenne (mean power) présentent de grandes similitudes avec les cartes d’élévation, alors qu’elles sont fort différentes des cartes en puissance axiale et tangentielle.

Les figures centrales, qui sont à la base de la classification vidéokératoscopique de Bogan, ne sont pas retrouvées sur les cartes de puissance moyenne et semblent être des artefacts.

La mesure de puissance moyenne de l’Orbscan concerne la face antérieure et la face postérieure.

Pour la mesure de la face antérieure, il existe deux options.

L’option anterior utilise les index de réfraction physiologique du dioptre cornéen antérieur, et donne donc la puissance réelle de la face antérieure de la cornée, alors que l’option keratometric utilise l’indice kératométrique standard.

L’option thickness calcule la contribution réfractive due à l’épaisseur non nulle de la cornée (en général de l’ordre de 0,1 D).

Enfin, l’option total évalue la puissance totale de la cornée.

* Cartes d’astigmatisme :

Pour chaque point étudié, l’algorithme non méridional calcule la puissance maximale et la puissance minimale, non seulement de la face antérieure, mais également de la face postérieure.

La différence des deux puissances principales (maximale et minimale) permet, pour chaque point, un calcul du cylindre.

À la différence des autres méthodes de mesure, l’algorithme non méridional de l’Orbscan ne fournit pas une mesure unique de l’astigmatisme, mais une véritable carte de l’astigmatisme (astigmatic power map) antérieur et postérieur.

Pour la carte de l’astigmatisme antérieur, deux indices de réfraction sont utilisables (keratometric, anterior).

La carte de l’astigmatisme postérieur (posterior) utilise les indices de réfraction physiologique du dioptre cornéen postérieur.

De nouvelles représentations de l’astigmatisme sont disponibles sur les cartes.

Il est possible de visualiser en différents points de la carte les deux méridiens principaux (mode min-max).

Le mode vectors décompose la carte en un champ vectoriel. Pour chaque vecteur, la direction indique la direction du méridien principal et la longueur la valeur du cylindre.

* Carte d’irrégularité :

Les cartes d’irrégularité (irregularity) sont établies à partir du calcul de la dispersion (écart type) des mesures de la puissance moyenne et du cylindre moyen, calculé à partir des deux puissances principales par l’algorithme non méridional.

L’irrégularité locale qui n’a pas encore été validée cliniquement serait bien corrélée à la diminution de sensibilité aux contrastes.

* Carte de pachymétrie :

Les mesures obtenues par le balayage optique de la fente permettent une reconstruction géométrique des surfaces antérieure et postérieure de la cornée.

Une carte de l’épaisseur de la cornée est établie à partir de l’utilisation des coordonnées spatiales des deux surfaces de la cornée.

Il ne s’agit pas d’une simple soustraction des coordonnées des deux surfaces cornéennes, car la direction de la mesure varie en chaque point pour être perpendiculaire à la surface cornéenne antérieure.

La mesure de la pachymétrie par l’Orbscan repose sur certaines hypothèses.

L’indice de réfraction de la cornée est supposé homogène et constant, quelle que soit la cornée.

De plus, la face antérieure de la cornée ne doit pas trop s’écarter de la géométrie habituelle.

La mesure de l’élévation de la face postérieure est calculée à partir des rayons lumineux de la fente qui ont traversé le dioptre cornéen antérieur.

La géométrie de la face antérieure de la cornée influence donc le trajet de ces rayons et un algorithme doit prendre en compte cette déviation.

Une modification de la géométrie de la face antérieure (chirurgie réfractive cornéenne, kératocône…) ou de l’indice de réfraction (variation de l’hydratation, oedème…) modifie la déviation, et est susceptible de retentir sur la mesure de l’élévation de la face postérieure, et donc sur la pachymétrie.

Malgré de nombreux avantages, cette méthode optique de pachymétrie présente certaines limites.

La fiabilité de la mesure diminue en cas de diminution de la transparence cornéenne, et quand on s’éloigne des conditions physiologiques (lasik).

* Carte de profondeur de la chambre antérieure :

La carte de profondeur de la chambre antérieure est calculée directement par l’utilisation des coordonnées de la face postérieure de la cornée et de la face antérieure de l’iris ou du cristallin.

Il est possible de prendre en compte ou non dans la mesure de la profondeur de la chambre antérieure, l’épaisseur de la cornée (epithelium ou endothelium).

La direction utilisée pour la mesure peut être celle de l’axe visuel (axial depth).

Le mode normal depth a l’avantage de donner une mesure indépendante de l’orientation de l’axe, mais l’interprétation est plus difficile car la direction de la mesure est variable.

Pour chaque point de la surface, la direction choisie est alors celle du faisceau réfracté provenant d’un faisceau incident orthogonal à la surface antérieure de la cornée.

4- Utilisation de plusieurs examens :

Il est possible pour un même patient de comparer deux examens différents (préopératoire et postopératoire par exemple).

Les deux examens sont représentés avec la même échelle, et dans le cas des cartes d’élévation, une même surface de référence peut être utilisée.

La soustraction des deux examens permet la création d’une carte différentielle qui favorise la visualisation des différences.

Il est possible, en sélectionnant plusieurs examens d’un même patient, de créer un nouvel examen « moyen » (mode average).

5- Données numériques :

Les résultats de l’Orbscan peuvent être également exprimés de façon quantitative par une carte numérique rarement utilisée.

Les différentes cartes de l’Orbscan apportent une grande quantité d’informations.

La valeur de certains points particuliers ou la moyenne de certaines régions particulières et des indices permettent de résumer les principales caractéristiques de la cornée (astigmatisme, pachymétrie, irrégularité, asphéricité…).

Enfin, en positionnant le curseur, il est possible de connaître la valeur exacte d’une grandeur de n’importe quel point de la carte.

Enfin, l’Orbscan fournit de nombreux et divers paramètres concernant les propriétés morphologiques (élévation, pachymétrie, données biométriques…) ou optiques de la cornée ou de la chambre antérieure de l’oeil, dont beaucoup appartiennent encore au domaine de la recherche.

6- Carte « Quad Map » :

L’option Quad Map s’affiche par défaut après acquisition ou ouverture d’un examen.

Cette option fournit quatre cartes avec les principales valeurs numériques qui résument les caractéristiques de l’oeil.

Les quatre cartes sont l’élévation antérieure, l’élévation postérieure, la pachymétrie, ainsi qu’une carte de courbure, similaire aux cartes obtenues avec la vidéokératoscopie.

La carte de courbure permet l’apprentissage de l’interprétation des cartes d’élévation et favorise la transition entre la vidéokératoscopie et l’Orbscan.

Il est possible de modifier la sélection initiale en choisissant d’autres cartes.

Pour chaque carte, l’échelle et son pas sont indiqués.

Pour les cartes d’élévation, le rayon de courbure des deux sphères de référence (best fit sphere) et la puissance correspondante sont donnés.

Une kératométrie simulée (sim K), avec la valeur du cylindre, les puissances et les axes des deux méridiens principaux, est calculée à partir des données du Placido et des données de la fente.

Les caractéristiques de la face antérieure de la cornée, calculées par l’algorithme non méridional à partir des données acquises par le balayage de la fente, sont indiquées.

Les moyennes de la puissance moyenne (mean power), du cylindre (astig power), de l’irrégularité (irreg) et des axes des méridiens principaux (steep axis et flat axis), ainsi que leurs écarts types respectifs sont calculés dans les aires des 3 et 5 mm centraux.

Les autres données présentes par défaut sont le diamètre cornéen moyen (white-to-white), le diamètre pupillaire moyen, la valeur du point d’épaisseur minimale (thinnest) avec ses coordonnées (x, y), la profondeur centrale de la chambre antérieure (anterior chamber depth) calculée depuis l’épithélium (ACD epi), l’angle Kappa et les coordonnées de son intersection avec la surface cornéenne antérieure.

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