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Journal Français d'Ophtalmologie
Vol 28, N° 2  - février 2005
pp. 177-184
Doi : JFO-02-2005-28-2-0181-5512-101019-200501707
Les lasers diagnostiques dans le glaucome : la polarimétrie à balayage laser (GDx VCC) et la tomographie confocale par balayage laser (HRT)
 

J.-P. Renard, J.-M. Giraud, F. May, J.-C. Rigal-Sastourné, A. Oubaaz, K. Reda, J.-F. Maurin
[1] Service d’Ophtalmologie, Hôpital du Val de Grâce, 74, boulevard de Port Royal, 75005 Paris.

Communication présentée lors du 110e congrès de la SFO en mai 2004.


Tirés à part : J.-P. Renard,

[2]  à l’adresse ci-dessus.

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Les lasers diagnostiques dans le glaucome : la polarimétrie à balayage laser (GDx VCC) et la tomographie confocale par balayage laser (HRT)

L’analyse automatisée de la couche des fibres nerveuses rétiniennes (FNR) et de la tête du nerf optique est possible grâce à l’utilisation de nouveaux lasers qui permettent des mesures objectives et quantitatives plus performantes de leurs paramètres. La polarimétrie à balayage laser (GDx VCC) analyse l’épaisseur de la couche des FNR péri-papillaires. La tomographie confocale par balayage laser (HRT II) permet une évaluation tridimensionnelle des caractéristiques topographiques de la tête du nerf optique et de la rétine péri-papillaire. Ces nouvelles générations d’appareils constituent un moyen d’évaluation complémentaire de la neuropathie optique glaucomateuse dont il faut bien connaître les avantages, les indications, aussi bien pour le dépistage que pour le suivi de la progression, ainsi que les limites et l’interprétation des résultats qui doivent toujours être confrontées avec les données de l’examen clinique.

Abstract
Diagnostic laser in glaucoma: scanning laser polarimetry (GDx VCC) and confocal scanning laser tomography (HRT)

Automated structural measurements of retinal nerve fibers and optic nerve head are possible with new lasers providing objective and reproductible data for analysis. Scanning laser polarimetry (GDx VCC), based on retardation of polarized light, assesses peripapillary nerve fiber layer thickness. Confocal scanning laser tomography yields precise topographic maps of the optic disc and peripapillary retina. The advantages, applications for glaucoma detection, both in a screening setting as well as for monitoring progression, limitations and pitfalls need to be well known and results should be analyzed with clinical data.


Mots clés : Glaucome , laser , polarimétrie à balayage laser , GDx , tomographie confocale par balayage laser , HRT

Keywords: Glaucoma , laser , scanning laser polarimetry , GDx , scanning laser tomography , HRT


La détection précoce des lésions glaucomateuses est capitale dans le diagnostic et le suivi de la neuropathie optique glaucomateuse. Elle repose sur la recherche d’atteinte structurale de la couche des fibres nerveuses rétiniennes (FNR) et de la tête du nerf optique (TNO) d’une part, et sur le dépistage de l’atteinte fonctionnelle d’autre part. L’atteinte des FNR est précoce. Elle précède les modifications cliniquement décelables au niveau du disque optique et celles du champ visuel. L’utilisation récente des sources lasers dans les nouvelles techniques de polarimétrie (GDx VCC) et de tomographie confocale (HRT) permet une analyse automatisée de la couche des FNR et de la TNO avec des mesures quantitatives plus performantes de leurs différents paramètres. Elle apporte l’espoir d’un dépistage des lésions tissulaires structurales initiales de la neuropathie optique glaucomateuse à un stade plus précoce que celui de la détection clinique de leur atteinte fonctionnelle.

LA POLARIMÉTRIE À BALAYAGE LASER — GDX VCC
Principes

La polarimétrie à balayage laser permet une évaluation quantitative de la couche des FNR péri-papillaires en utilisant une source lumineuse d’un laser diode polarisé (780 nm). La disposition parallèle des microtubules à l’intérieur des fibres nerveuses rétiniennes leur confère une propriété de biréfringence linéaire. Celle-ci induit une variation de la polarisation d’un faisceau lumineux qui les traverse avant d’être réfléchi par les couches profondes de la rétine. Le changement de polarisation (ou retard) du faisceau laser émergeant de l’œil est corrélé de façon linéaire à l’épaisseur du milieu polarisant et est enregistré pour donner un indice de l’épaisseur des FNR. Une unité de détection de la polarisation mesure le retard de la lumière émergeant de l’œil à l’aide d’un algorithme sur chaque point rétinien analysé et l’épaisseur des FNR est représentée sur une image de 256 × 256 pixels (65 536 points) selon un code coloré. L’acquisition des images est possible sur une pupille non dilatée avec un diamètre minimum de 2 mm, mais un diamètre pupillaire uniforme est essentiel pour le suivi dans le temps des examens successifs [1].

Les autres tissus oculaires biréfringents, en particulier la cornée, interviennent dans les modifications de polarisation des faisceaux lumineux. Pour compenser les effets de la biréfringence cornéenne, les générations successives des appareils de mesures se sont modifiées avec la mise au point dans un premier temps d’un compensateur cornéen fixe afin d’améliorer la fiabilité de la mesure. Les résultats des précédentes études ont montré une haute sensibilité et une bonne spécificité de l’ordre de 70 à 80 % similaire à celle de l’OCT et de l’HRT [2], [3]. L’utilisation d’un compensateur cornéen fixe s’est vite révélée insuffisante. Des travaux plus récents ont montré que la biréfringence cornéenne n’est pas uniforme avec d’importantes variations d’un individu à l’autre qui ont faussement élargi les limites des données des valeurs normales de l’épaisseur des FNR mesurée [4].

La dernière version d’analyseur des fibres nerveuses rétiniennes (NFA- Nerve Fiber Analyzer), actuellement disponible, le GDx VCC, en mesurant la biréfringence cornéenne de chaque patient, permet une correction adaptée des effets de la polarisation cornéenne. Si cette mesure ajoute une étape supplémentaire à l’examen, elle semble assurer une mesure plus fiable de la couche des FNR et améliorer son pouvoir discriminant dans la détection d’une lésion [5], [6], [7], [8].

Au début de l’examen, l’observateur doit ajuster à l’aide d’une touche digitale les limites verticales et horizontales d’une ellipse délimitant les bords de la tête du nerf optique visualisée sur l’écran. Une ellipse de mesure de 10 pixels et 1,75 fois plus grande que le diamètre du disque optique (DO) est automatiquement construite. L’image est divisée en quatre segments centrés sur le disque optique, supérieur 120°, inférieur 120°, nasal 50° et temporal 70°.

Les résultats sont comparés à une banque de données de valeurs normales d’une population de référence du même âge. Ils sont exprimés par 13 indices qui regroupent différentes mesures, des mesures directes globales et sectorielles dans la région péri-papillaire et le long de l’ellipse (mesure moyenne de l’épaisseur des FNR par quadrant, symétries, rapport des mesures entre les quadrants…), et des paramètres de modulation qui sont évalués par différents algorithmes et qui reflètent les différences entre les parties les plus épaisses et les plus fines de la couche des FNR. Le relevé signale automatiquement toutes les mesures dont le résultat se situe en dehors des 80 % de la limite « normale » des sujets de la population de référence du même âge. Enfin, un dernier indice N (number), calculé par un autre algorithme, est supposé refléter la probabilité de glaucome sur une échelle de 0 à 100 (fig. 1).

L’appareil permet à l’opérateur de reproduire l’ellipse initiale de mesure d’un patient d’un examen à l’autre pour comparer les résultats et optimiser la détection d’une modification.

Un algorithme de suivi basé sur la comparaison pixel par pixel, entre deux images du même œil, donne une représentation cartographique avec un codage coloré différent des territoires (FNR et TNO) qui se sont modifiés de façon significative. Nous ne disposons pas encore d’étude clinique contrôlée avec une évaluation précise de cet algorithme récent.

Reproductibilité et sensibilité

La reproductibilité des mesures d’une technique conditionne sa précision qui est capitale pour une évaluation optimale des modifications avec le temps au cours du suivi. La reproductibilité s’est améliorée avec les différentes versions successives de l’appareil [9], [10], [11]. Si le GDx VCC offre l’avantage d’une mesure plus fiable des FNR en mesurant et corrigeant la biréfringence cornéenne propre à chaque patient, l’examen passe encore avec la localisation initiale nécessaire de l’ellipse par un facteur dépendant de l’opérateur.

Nous avons étudié la reproductibilité des mesures du GDx VCC en analysant chez deux opérateurs différents les variations intra et inter-observateurs de la localisation de l’ellipse (facteur opérateur dépendant) et leurs conséquences sur la reproductibilité des mesures et des indices donnés par l’appareil chez des sujets sains et des patients présentant une hypertonie oculaire ou un glaucome à angle ouvert [12]. La variation inter-individuelle de 2,5 % était plus faible que celle obtenue sur les appareils précédents (4,48 % à 4,92 % pour Hoh et al. [10]) et inférieure au coefficient de variation intra-individuel des mesures (3 à 4 %). Cette variation était également réduite par la possibilité d’avoir sur le GDx VCC une ellipse reproductible d’un examen à l’autre chez le même patient avec le même appareil. Ces variations ont peu d’influence sur les différents paramètres avec des différences d’un opérateur à l’autre inférieures aux coefficients de variation de leurs mesures.

Enfin, les variations entre les deux groupes témoins et malades étaient comparables avec des coefficients de variation ni plus faibles ni plus élevés chez les patients présentant une hypertonie oculaire ou un glaucome à angle ouvert que chez les volontaires sains. La reproductibilité de l’examen est donc élevée, supérieure à celle des générations précédentes, et sans différence entre les sujets normaux et les patients présentant une hypertonie oculaire ou un glaucome à angle ouvert à la différence des résultats obtenus avec d’autres analyseurs automatisés des FNR et de la TNO [13], [14], [15], [16].

Il faut différencier dans l’interprétation des résultats, la valeur diagnostique des indices.

Les indices bruts reflètent mieux le stade de l’affection et son évolution d’un examen à l’autre ; toutefois, il faut rester prudent lors de leur interprétation qui doit tenir compte de leur coefficient de variation et considérer la valeur absolue du résultat. La reproductibilité des indices calculés, statistiquement plus discriminants (analyse ROC), est moins bonne et leur interprétation doit être plus prudente et tenir compte de leur intervalle de confiance.

En ce qui concerne l’indice N (Number), ses valeurs moyennes ne sont pas différentes de façon statistiquement significative d’un opérateur à l’autre. Le coefficient de variation de cet indice (18 à 23 %) paraît indépendant de l’opérateur. S’il semble bien séparer les groupes témoins et les groupes malades, le chevauchement relatif persistant entre les deux groupes est probablement lié à son coefficient de variation qui reste le plus élevé de tous les indices étudiés. L’analyse ROC avec une aire sous la couche de 0,76 montre cependant que l’indice N conserve une bonne sensibilité en tant qu’indice de probabilité [12]. Il n’a pas de valeur diagnostique lorsqu’il est considéré de façon isolée comme le confirme une étude récente effectuée sur 400 relevés (200 sujets normaux et 200 patients glaucomateux) qui démontre que l’analyse clinique de l’ensemble des résultats est plus discriminante que l’indice N pour séparer les sujets normaux des patients glaucomateux surtout dans les glaucomes précoces et modérés [17].

Enfin, plusieurs études rapportent une corrélation étroite entre la mesure de la couche des FNR par le GDx VCC et les pertes fonctionnelles mesurées en périmétrie automatisée standard [18], [19].

Progression

L’analyse comparative des relevés successifs donne en valeur absolue la différence entre les mesures du dernier examen et la mesure initiale de référence, et son pourcentage de variation. Cependant pour l’instant, il n’a pas été défini d’unité statistique de probabilité de changement, ce qui limite nos capacités à différencier un vrai changement d’une variabilité de mesure. Par ailleurs, nous ne disposons pas de validation prospective de cet algorithme. L’analyse doit donc porter sur les valeurs absolues des mesures.

L’analyse de la progression n’a pas permis de retrouver de variation significative des résultats chez des patients atteints de glaucome ayant présenté une hémorragie du disque optique et suivis en moyenne 31 mois, alors que leur champ visuel s’était dégradé [20]. Il existe une fluctuation des résultats à long terme et des études prospectives sont encore nécessaires pour valider les programmes d’analyse de progression.

Limites

Les relevés doivent toujours être analysés avec les données de l’examen clinique et une bonne connaissance des limites de l’appareil. Cette technique donne des résultats anormaux avec de hautes mesures de retard dans les zones d’atrophie péri-papillaires ou de cicatrice choriorétinienne et conduit à une absence de réponse lors de la présence de fibres à myéline. Une précaution dans l’interprétation des images est nécessaire en cas de troubles des milieux et d’atrophie péri-papillaire étendue.

Les résultats sont affectés après une chirurgie du cristallin et les conséquences éventuelles d’une chirurgie réfractive restent inconnues [21]. De plus, une pathologie maculaire avec atteinte de la couche de Henlé perturbe la correction adaptée des effets de la polarisation cornéenne et est source de résultats erronés [22].

Les modifications régulières par le fabriquant des logiciels de mesures remplacés par des algorithmes plus discriminants nécessitent de nouvelles évaluations ainsi qu’une actualisation avec ces nouveaux programmes de la banque de données de référence de valeurs normales. Ils nous font émettre des doutes sur la précision et la sécurité des mesures dans le suivi de la progression chez des patients préalablement suivis par les algorithmes précédents.

Bien qu’il existe un algorithme d’analyse de changement, la définition d’une unité statistique de probabilité de changement manque. Aussi, une modification biologique ne peut pas être différenciée d’une variabilité de mesure et des études sont nécessaires pour préciser ces éléments.

LA TOMOGRAPHIE CONFOCALE PAR BALAYAGE LASER — HRT
Principes

L’ophtalmoscope confocal à balayage laser permet à l’aide d’une source lumineuse d’un laser diode de 670 nm une évaluation tridimensionnelle des caractéristiques de la tête du nerf optique et de la rétine péri-papillaire. L’acquisition de 16 à 64 coupes tomographiques confocales (16/mm) est réalisée en 1,2 à 4,5 secondes par balayage de la TNO sur une étendue de 15°. Après trois acquisitions automatiques successives, l’appareil, le HRT II (Heidelberg Retina Tomograph), génère une image topographique moyenne de la région de 384 x 384 pixels. L’opérateur doit indiquer sur cette image les limites du disque optique par une ligne de contour tracée au bord interne de l’anneau scléral péri-papillaire. Un plan de référence standard est automatiquement placé à 50 microns en dessous de la hauteur moyenne de la rétine temporale péri-papillaire au niveau de la ligne de contour dans le secteur temporal entre 350 et 356°. Ce plan de référence, utilisé pour la plupart des mesures, délimite à l’intérieur du disque optique au dessus, la zone de l’anneau neuro-rétinien (code coloré vert), et au dessous la zone de l’excavation (code coloré rouge).

Le relevé de l’examen regroupe (fig. 2) :

  • un diagramme de variation de la hauteur rétinienne avec l’image en double bosse des couches les plus épaisses des FNR dans les secteurs inférieur et supérieur de la TNO (graphe TSNIT) ;
  • plusieurs mesures stéréométriques de la TNO effectuées en fonction du plan de référence (surface et volume de l’ANR, de l’excavation, rapport surface escavation/disque, épaisseur moyenne et surface de la couche des FNR) ;
  • différents paramètres calculés indépendamment du plan de référence (profondeur moyenne et maximale de l’excavation, mesure de la pente de l’excavation) ;
  • l’analyse de régression de Moorfields qui compare dans six secteurs de la papille les résultats de deux paramètres stéréométriques mesurés (volume de l’ANR et de l’excavation) avec les valeurs normales d’un groupe témoin de 80 sujets caucasiens. Elle donne un score de classification : normal, limite ou en dehors des limites normales.

L’interprétation de cette analyse doit être prudente. Ses critères de sensibilité et de spécificité initialement décrits comme élevés (84,3 et 96,3 %) ne se sont pas confirmés en pratique clinique courante. Beaucoup de sujets normaux sont classés « limites ». La population de valeurs normales de référence est limitée et ne couvre pas toutes les variations morphologiques normales de la TNO. Le relevé précise d’ailleurs bien qu’il s’agit d’une analyse statistique dont l’interprétation est sous la responsabilité du médecin [23]. Cette analyse ainsi que les autres fonctions linéaires discriminantes ont été optimisées à partir des caractéristiques de populations initiales dont elles ont été dérivées et ne sont pas systématiquement généralisables et applicables à l’ensemble des patients [24]. Elle n’a pas de valeur diagnostique décisionnelle et doit être considérée comme un indice d’orientation.

Reproductibilité et sensibilité

La reproductibilité s’est améliorée avec l’acquisition automatique de trois examens successifs pour obtenir une image topographique moyenne à partir de laquelle se font les mesures. Elle a bénéficié également de la reproductibilité d’un examen à l’autre, chez le même sujet, de la ligne de contour marquant les limites de la TNO et de celle du plan de référence.

Les coefficients de variations des différents paramètres stéréométriques restent inférieurs à 12 % chez les sujets sains avec, semble-t-il, une plus faible variation pour la surface de l’ANR [25]. Cependant, pour ce paramètre, d’autres études rapportent une différence entre les sujets normaux (9 %) et les patients glaucomateux (12 %) [26]. La variabilité des mesures est également corrélée au degré de la pente de la région analysée (pente de l’excavation et le long des vaisseaux) [26], [27]. La détection d’une progression doit tenir compte de ces variations régionales de reproductibilité des mesures, qui sont différentes pour chaque nerf optique.

Enfin, la reproductibilité évaluée au niveau des images signale une déviation standard moyenne par pixel de 30 microns chez les patients glaucomateux et de 25 microns chez les sujets sains [28], [29].

La sensibilité et la spécificité de l’HRT rapportées dans les différentes études varient largement avec des valeurs respectives de 62 à 87 % et de 74 à 96 %. De nombreux résultats proviennent d’études réalisées dans les mêmes populations que celles qui ont permis de mettre au point les fonctions discriminantes initiales [24]. Cette large variabilité du pouvoir discriminant s’explique également en partie par la taille variable des échantillons analysés ainsi que par la variation du niveau lésionnel de la neuropathie optique glaucomateuse dans les différentes populations étudiées. La précision diagnostique augmente avec le stade évolutif du glaucome.

Plusieurs études rapportent que l’analyse qualitative soigneuse de stéréo-photographiques du disque optique différencie aussi bien sinon mieux les disques optiques normaux des glaucomateux [30], [31], [32].

L’interprétation des résultats doit tenir compte de la grande variabilité morphologique des disques optiques au sein de la population normale, ainsi que des variations en fonction de l’âge et de l’origine ethnique. Une analyse récente réalisée chez 439 sujets ayant participé à l’étude OHTS rapporte l’importance de ces différences topographiques notamment chez les sujets de race noire (surface du disque optique et volume de l’excavation augmentés, ainsi qu’un plus faible rapport ANR/DO) [33].

Ces variations stéréométriques de la TNO au sein de la population normale et la variabilité des lésions structurales initiales (siège, taille…) soulignent les limites de l’intérêt de l’HRT dans le cadre du dépistage du glaucome débutant.

Progression

Plusieurs modalités d’analyse des relevés successifs sont possibles pour la détection d’une progression.

Les courbes de suivi des paramètres stéréométriques dans le temps sont un bon indicateur de tendance d’évolution sans donner toutefois d’unité statistique de probabilité de changement pour différencier précisément une variabilité de mesure d’une véritable modification significative. Les images de suivi peuvent être soustraites de l’image initiale. Une progression localisée représentée selon un code coloré rouge-vert est considérée significative si elle dépasse deux fois la déviation standard de la mesure dans la zone considérée (évaluée sur plusieurs indices à partir de l’image initiale et de la première image de suivi).

Un algorithme d’analyse de modification topographique (AMT) donne une carte de probabilité de changement où les zones qui sont le siège d’une progression significative sont illustrées en rouge. L’analyse est indépendante du plan de référence et de la ligne de contour. Elle nécessite trois images différentes de suivi, qui doivent être d’excellente qualité, parfaitement alignées et qui sont comparées à l’image initiale de base [34]. L’alignement des images doit être vérifié par une bascule à l’écran des images de départ et des clichés de suivi car l’algorithme d’alignement de l’appareil peut échouer dans certains cas et tout défaut d’alignement est source de résultats erronés. L’AMT tiendrait compte de la variabilité topographique des mesures, mais 4 % des patients suivis pendant une moyenne de 5,5 ans avaient une progression confirmée de leur champ visuel sans détection d’évolution à l’HRT [35]. Nous ne disposons pas actuellement d’unité qui permette de différencier une modification biologique d’une variabilité de mesure.

À coté de ces variations à court terme, il existe également des fluctuations à long terme des résultats. Des données plus récentes confirment ces fluctuations à long terme des paramètres de l’HRT, similaires à celles de la périmétrie automatisée standard. Funk et al. [36] rapportent, dans une étude longitudinale sur 394 sujets suivis en moyenne 5,4 ans, des fluctuations à long terme des paramètres de l’HRT et de ceux du champ visuel du même niveau. Un changement doit être confirmé sur trois examens successifs [36].

Limites

Les logiciels actuels de l’HRT II pour différencier les sujets normaux des patients glaucomateux, basés sur les données normatives d’environ 100 yeux, sont insuffisants pour un dépistage au sein d’une population, étant donné la variabilité morphologique des disques optiques chez les sujets normaux.

Le calcul de la plupart des variables topographiques est réalisé en fonction d’un plan de référence standard et d’une ligne de contour du disque optique dont le positionnement correct dépend de l’opérateur. Les résultats sont affectés en cas de cataracte et peuvent être modifiés après une chirurgie du cristallin, une chirurgie réfractive et, dans les 6 mois suivant, une chirurgie filtrante [37].

Actuellement il n’existe pas de consensus sur les paramètres les plus appropriés pour suivre la progression en raison de la forte variation inter-individuelle.

L’absence d’unité statistique de probabilité de changement ne permet pas de différencier une variabilité de mesure d’une vraie progression débutante. Les variations à court terme et les fluctuations à long terme des paramètres mesurés ainsi que les variations topographiques du disque optique en fonction de la pression intra-oculaire et du rythme cardiaque rendent difficile la détection d’une progression.

Ces facteurs doivent être considérés dans l’interprétation des résultats qui doivent toujours être confrontés avec les données de l’examen clinique.

Des études prospectives sont encore nécessaires pour valider les stratégies d’analyse de modification et évaluer les variations correspondantes du champ visuel survenant après la détection d’une modification par l’HRT.

CONCLUSION

Le GDx VCC et l’HRT permettent d’obtenir des données objectives et quantitatives de la couche des FNR et de la TNO. Ils constituent un examen initial important dans l’évaluation de tous les patients présentant une hypertonie oculaire ou une neuropathie optique glaucomateuse.

Actuellement, il n’existe pas de consensus sur l’appareil le plus approprié pour cette évaluation.

Ces examens ne doivent pas être considérés comme un test de dépistage indépendant. Ils ne permettent pas actuellement de distinguer des sujets avec une hypertonie oculaire et un champ visuel bleu-jaune normal, des sujets normaux [38], [39]. La détection d’une atteinte structurale anatomique dans l’hypertonie oculaire avec un champ visuel normal, nécessite une meilleure connaissance de l’évolution des FNR avec le temps chez les sujets normaux, hypertones et glaucomateux. Elle passe par la réalisation d’études prospectives encore nécessaires.

En revanche, les résultats de ces techniques d’imagerie confrontés aux données de l’examen clinique sont utiles dans le dépistage de la neuropathie optique glaucomateuse en cas de suspicion de glaucome avéré, et d’un intérêt certain dans la détection d’une progression de l’atteinte. Cette dernière doit tenir compte de la variabilité intra-individuelle des mesures ainsi que des fluctuations à long terme. L’évaluation des analyses de probabilité de changement de ces appareils doit être validée sur des populations plus nombreuses. Il faudra en outre préciser une unité statistique permettant de différencier une véritable progression d’une variabilité de mesure.

Ces nouvelles générations d’appareils constituent donc un moyen d’évaluation complémentaire de la neuropathie optique glaucomateuse dont il faut connaître les limites. Des études prospectives seront nécessaires pour valider leurs logiciels d’analyse d’évolution et toujours confronter leur résultat avec la progression de l’atteinte fonctionnelle.

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