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Journal Français d'Ophtalmologie
Vol 28, N° 6  - juin 2005
pp. 660-674
Doi : JFO-06-2005-28-6-0181-5512-101019-200504952
Biométrie oculaire par Orbscan
 

O. Touzeau [1], C. Allouch [1], V. Borderie [1], L. Laroche [1]
[1] Service d’Ophtalmologie, Hôpital Saint Antoine, AP-HP, Paris. Les auteurs n’ont pas d’intérêt financier dans la commercialisation des appareils cités.

Tirés à part : O. Touzeau

[2] , Hôpital St Antoine, Service d’Ophtalmologie, 184, rue du Faubourg St Antoine, 75012 Paris. touzeau@quinze-vingts.fr

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Biométrie oculaire par Orbscan

L’Orbscan est une technique optique récente qui associe au disque de Placido de la vidéokératoscopie, le balayage d’une fente lumineuse. La fente lumineuse mesure directement l’élévation des 2 surfaces cornéennes et de la surface irido-cristallinienne antérieure. L’utilisation des coordonnées spatiales des différentes surfaces oculaires permet d’obtenir de nombreuses mesures biométriques du segment antérieur comme l’épaisseur cornéenne, la profondeur de la chambre antérieure, le diamètre cornéen, l’angle irido-cornéen. L’Orbscan n’est pas uniquement un topographe cornéen, mais un appareil polyvalent capable d’analyser la biométrie du segment antérieur de l’œil.

Abstract
Ocular biometry using Orbscan

Orbscan is a recent optical device that combines the Placido disk of the videokeratoscope and a scanning slit. The scanning slit measures the elevation of both the corneal surface (anterior and posterior) and the anterior iris-lens surface. Biometric measures of the anterior segment such as corneal thickness, anterior chamber depth, corneal diameter, and iridocorneal angle are obtained using spatial coordinates of various ocular surfaces. Orbscan is not only a corneal topograph but a versatile device capable of measuring the biometry of the anterior segment of the eye.


Mots clés : Biométrie , Orbscan , pachymétrie , profondeur de la chambre antérieure , angle irido-cornéen

Keywords: Biometry , Orbscan , pachymetry , anterior chamber depth , irido-corneal angle


INTRODUCTION

L’Orbscan est une nouvelle technique optique d’exploration du segment antérieur de l’œil qui associe au disque de Placido de la vidéokératoscopie, le balayage d’une fente lumineuse [1]. À la différence de la topographie cornéenne conventionnelle, l’Orbscan permet d’obtenir de multiples mesures biométriques du segment antérieur de l’œil [2]. Nous avons détaillé les différentes possibilités biométriques de l’Orbscan II (Orbtek, Bausch et Lomb, Salt Lake city, Utah, USA).

PRINCIPE DE LA BIOMÉTRIE PAR L’ORBSCAN

La vidéokératoscopie n’explore que l’interface air/film lacrymal. L’analyse de l’image des mires du disque de Placido permet de déduire uniquement et de façon indirecte la pente ou le rayon de courbure de ce dioptre (fig. 1) [3]. Les possibilités biométriques de l’Orbscan (Bausch et Lomb) sont essentiellement liées à l’exploitation des données fournies par le balayage de la fente lumineuse. Le principe repose sur la technique photographique de « Scheimpflug » qui permet, en augmentant la profondeur de champ, d’obtenir une image nette de l’apex de la cornée jusqu’au cristallin [4]. L’utilisation de la fente lumineuse permet une mesure directe de l’élévation, c’est-à-dire les coordonnées spatiales tri-dimensionnelles (x, y, z) non seulement de la face antérieure de la cornée, mais également de la face postérieure et de la surface irido-cristallinienne antérieure (fig. 2). L’utilisation des coordonnées spatiales des différentes surfaces oculaires permet d’obtenir de nombreuses mesures biométriques (fig. 3) [1]. La représentation des données de l’élévation est difficile car les variations locales d’élévation des surfaces cornéennes sont minimes (de l’ordre de quelques microns ou dizaines de microns) par rapport aux valeurs même de l’élévation (quelques millimètres). Les valeurs absolues de l’élévation données par rapport à un plan de référence ne sont donc pas utilisables pour créer une carte d’élévation. Une surface de référence qui se rapproche aussi fidèlement que possible de la forme de la cornée, doit être utilisée pour mettre en évidence des faibles différences d’élévation. De nombreux paramètres géométriques interviennent dans la détermination de la surface de référence, rendant l’interprétation des cartes d’élévation difficile. En revanche, les données de l’élévation sont facilement utilisables pour la biométrie. Les différentes données biométriques de l’Orbscan sont calculées en utilisant directement les coordonnées spatiales des différentes surfaces oculaires sans qu’intervienne la notion de la surface de référence. Les résultats sont donc facilement compréhensibles car toujours indiqués en valeur absolue, y compris quand ils sont visualisés sous la forme d’une carte colorimétrique (carte de pachymétrie, carte de profondeur de la chambre antérieure…).

EXPRESSION DES RÉSULTATS DES DONNÉES BIOMÉTRIQUES

Les différentes données biométriques de l’Orbscan sont localisées à différents endroits. Certaines données biométriques figurent sur la carte « Quad map » (fig. 4). Cette carte apparaît spontanément lors de l’acquisition d’un examen ou lors de l’ouverture d’un examen ancien. La carte « Quad map » comprend 4 cartes qui sont par défaut : une carte d’élévation antérieure, une carte d’élévation postérieure, une carte de courbure et une carte de pachymétrie. Au centre des 4 cartes, sont situées les données optiques (cylindre, axe, puissance et irrégularité) et les données biométriques suivantes (fig. 4) :

  • le diamètre cornéen (« White-to-White ») ;
  • le diamètre pupillaire (« Pupil diameter ») ;
  • la profondeur de la chambre antérieure (« ACD » ou Anterior Chamber Depth) ;
  • la valeur de pachymétrie minimale (« Thinnest ») avec sa localisation (coordonnées x, y).

D’autres données biométriques (comme l’angle irido-cornéen, la longueur axiale de l’œil…) sont disponibles dans des logiciels spécifiquement dédiés à la biométrie accessibles à partir de la rubrique « outils » (« tools ») : « Eye metrics », « Paraaxial Eye Model », « CornealAngle Estimate » [1].

De nombreuses autres données aussi bien biométriques qu’optiques sont disponibles. Ces données qui n’ont pas, pour la plupart d’entre elles, été évaluées cliniquement, sont destinées à la recherche (par exemple le volume de la chambre antérieure, le volume cornéen…). Les données sont « en vrac » dans « Area Analyzer ». Il est également possible d’activer le module «Recorder option » pour l’utilisation statistique de ces données.

Localisation d’un point

Sur toutes les cartes de l’Orbscan, il est possible de localiser un point particulier en superposant le curseur sur ce point. La localisation d’un point par rapport au centre de la carte nécessite l’utilisation de 2 coordonnées (cartésiennes ou polaires). Les coordonnées cartésiennes ou rectangulaires (x, y) sont obtenues en projetant le point sur l’axe des abscisses et l’axe des ordonnées. Les coordonnées polaires consistent à indiquer la distance par rapport au centre avec l’angulation (de 0 à 360°) par rapport à l’hémi-méridien 0° (fig. 5). Contrairement à la vidéokératoscopie, le centre des cartes de l’Orbscan est l’apex cornéen c’est-à-dire le point le plus antérieur de la cornée (réglage par défaut). Un autre point peut être imposé comme centre (point d’épaisseur minimale, point de fixation, ou un point quelconque…).

Le logiciel « Eye Metrics »

La carte de base du logiciel « Eye Metrics » comporte une photographie de l’œil avec un repère orthonormé centré sur l’apex cornéen. Il est possible d’ajouter des repères anatomiques (pupille, limbe) ou optiques (hémi-méridiens). L’option « Placido image » superpose à la photographie de l’œil, l’image des mires de disque de Placido. Ceci permet d’apprécier les conséquences d’une anomalie cornéenne (plaie, suture…) sur le dioptre cornéen antérieur (fig. 6). L’option « Emboss image » comporte un filtre numérique à détection de bord qui accentue le contraste de l’image de l’œil. Ceci permet d’améliorer la visualisation des anomalies non seulement des 2 surfaces cornéennes, mais également intra-stromales (fig. 7). Toutes les cartes de l’Orbscan peuvent être également superposées à l’image de l’œil, ce qui favorise la corrélation entre les anomalies cornéennes et les anomalies topographiques. En utilisant les coordonnées spatiales, le logiciel « Eye metrics » calcule des distances ou des surfaces sélectionnées à l’aide du curseur [5](fig. 8). Bien sûr, la représentation plane d’un volume tridimensionnel induit des distorsions, en particulier en périphérie.

LA PACHYMÉTRIE

L’utilisation des coordonnées spatiales des 2 surfaces cornéennes permet la construction d’une carte colorimétrique de l’épaisseur cornéenne [6], [7]. Les zones les plus fines sont représentées par les couleurs chaudes, les couleurs froides étant réservées aux zones les plus épaisses. Sur la carte est indiquée l’épaisseur moyenne de plusieurs zones circulaires, situées au centre et en périphérie (fig. 9). Il est également possible de connaître l’épaisseur de n’importe quel point désigné par le curseur. La carte « Quad map » indique l’épaisseur minimale (« Thinnest ») et les coordonnées cartésiennes (x, y) de ce point (fig. 4). Ce point peut être représenté sur l’ensemble des cartes en activant l’option « Thin Point » dans la rubrique « Map options ». Le point le plus mince des cornées « normales » est, dans environ 70 % des cas, situé en temporal inférieur [7]. La reproductibilité (précision) pour la mesure de l’épaisseur centrale est excellente puisqu’elle est de l’ordre de 1 % (soit environ 5 µm) pour les cornées « normales » [8], [9], [10](tableau I). Ce résultat est comparable à celui de la pachymétrie ultrasonique. La reproductibilité est moins bonne en périphérie (4 % ou 20 µm en moyenne périphérie) et en cas de cornée irrégulière (kératoplastie transfixiante) [8], [10], [11]. La pachymétrie est l’un des paramètres biométriques de l’Orbscan qui présente la plus forte corrélation avec la mesure controlatérale pour les yeux « normaux » [12](tableau II). Ceci peut constituer un critère pour vérifier la qualité d’un l’examen Orbscan. Une différence de plus de 10 µm entre les 2 yeux sans antécédent d’un patient doit faire douter de la qualité de l’examen et invite à refaire l’examen [1]. La mesure pachymétrique de l’Orbscan est fortement corrélée à la mesure ultrasonique, bien que les valeurs mesurées par ces 2 méthodes soient significativement différentes. L’Orbscan retrouve des valeurs de pachymétrie supérieures aux valeurs mesurées par la méthode ultrasonique [6], [8], [13], [14]. Nul ne sait quelle est l’épaisseur réelle de la cornée. Il est possible que la cornée soit en réalité un peu plus épaisse que les valeurs données par la pachymétrie ultrasonique. Un facteur multiplicatif a été établi pour permettre la substitution des 2 techniques de mesure. Par défaut, le facteur est réglé sur la valeur 0,92. La valeur de pachymétrie proposée par l’Orbscan n’est pas la valeur qui est réellement mesurée, mais une valeur qui est corrigée par un facteur multiplicatif pour retrouver la valeur à laquelle nous a habitué la pachymétrie ultrasonique.

Pachy Orbscan = Épaisseur mesurée × 0,92 (réglage par défaut)

Le facteur multiplicatif peut être modifié avec éventuellement l’addition d’une constante pour permettre d’étalonner l’appareil par rapport à un autre pachymètre [6], [11](fig. 9).

La pachymétrie Orbscan présente certains avantages sur la méthode ultrasonique. La mesure ne nécessite pas de contact cornéen (pas d’anesthésie, pas de décontamination de la sonde, pas d’indentation de la cornée par la sonde). L’analyse de milliers de point permet d’obtenir une véritable cartographie de l’épaisseur avec des mesures en périphérie et la mesure minimale, ce qui n’est pas possible avec une technique manuelle où le nombre de mesures était limité. Il est possible de connaître, y compris à partir d’un examen ancien, la pachymétrie en tout point. Les cartes différentielles permettent une comparaison de 2 examens (visualisation d’une photoablation, évolution d’un œdème…). La détermination du centre est automatique et moins approximative en Orbscan qu’avec la mesure ultrasonique manuelle. Une mesure optique de la pachymétrie présente un intérêt théorique par rapport à la méthode ultrasonique. La pachymétrie ultrasonique calcule le temps mis par l’onde acoustique pour traverser la cornée, puis déduit à partir de la célérité du son dans la cornée, l’épaisseur de la cornée. Or, la célérité du son dans la cornée n’est pas constante et varie justement avec l’hydratation et donc avec l’épaisseur de la cornée, c’est-à-dire avec la variable à mesurer. Ainsi, un œdème de cornée important diminue la célérité. Une valeur erronée de célérité modifie l’estimation de l’épaisseur cornéenne. La pachymétrie ultrasonique conserve certains avantages par rapport à l’Orbscan. Elle permet d’obtenir des mesures rapides précises avec une coopération minimale du patient d’où une utilisation facile, y compris en per-opératoire. La principale limite de la pachymétrie Orbscan est la perte de fiabilité lorsque l’on s’écarte des conditions extra-physiologiques (fig. 10). Comme toutes les méthodes optiques, l’Orbscan nécessite la transparence de la cornée. Une opacité cornéenne (haze, taie, kératocône stade IV…) perturbe la détection de la surface postérieure qui se traduit par un aspect d’amincissement majeur sur la carte de pachymétrie avec un aspect de bombement majeur sur la carte d’élévation postérieure. Le faisceau lumineux qui détermine l’élévation de la face postérieure de la cornée doit auparavant traverser la cornée. Ce rayon est donc réfracté en fonction des caractéristiques de la cornée (géométrie, indice de réfraction…). La déviation du faisceau doit être prise en compte par l’algorithme qui calcule l’élévation postérieure (fig. 11). Cette déviation est prévue pour des cornées « moyennes ». Quand les caractéristiques de la cornée s’écartent trop de la normale, la déviation du faisceau est différente de celle prévue par l’algorithme. L’élévation postérieure devient aberrante, ce qui entraîne une pachymétrie erronée. La pachymétrie des greffes de cornée est surestimée par l’Orbscan par rapport à la mesure ultrasonique. Ce résultat est lié à la puissance cornéenne élevée (cornée bombée). Dans ce groupe, la valeur optimale pour le facteur acoustique est de 0,89 [8]. Au contraire, la pachymétrie des cornées plates (comme les kératotomies radiaires) est sous-estimée par l’Orbscan. Il faut donc ici employer un facteur multiplicatif supérieur à 0,92 pour retrouver les chiffres de la pachymétrie ultrasonique. La géométrie de la face antérieure de la cornée n’est pas le seul facteur qui explique la discordance entre les 2 méthodes de pachymétrie. Ainsi, la différence de pachymétrie entre les méthodes Orbscan et ultrasonique est encore plus importante après Lasik et surtout après PKR, en particulier en cas de haze [15], [16], [17], [18], [19]. Il est d’ailleurs possible que certaines observations d’ectasie isolée de la face postérieure post Lasik rapportés ne soient en réalité que des bombements artéfactuels liés à une anomalie de mesure de l’élévation postérieure par l’Orbscan. La mauvaise qualité de mesure de l’élévation postérieure après Lasik n’est pas encore parfaitement comprise (rôle de la nouvelle interface intrastromale ? œdème stromal ?…) d’autant que l’erreur est relativement reproductible. L’idéal serait d’adapter le facteur multiplicatif au groupe étiologique ou mieux d’utiliser un facteur personnalisé qui prenne en compte les caractéristiques de la cornée. La pachymétrie Orbscan pourra alors se substituer à la pachymétrie ultrasonique. Compte tenu des problèmes de fiabilité de la pachymétrie Orbscan dans les conditions extra-physiologiques, il semble difficile à l’heure actuelle, de se passer d’un pachymètre ultrasonique.

LA PROFONDEUR DE LA CHAMBRE ANTÉRIEURE

La mesure de la profondeur de la chambre antérieure utilise les données de l’élévation de la surface irido-cristallinienne antérieure [20], [21], [22]. L’Orbscan propose 4 mesures de la profondeur de la chambre antérieure (fig. 12) [1]. Les mesures « axial depth » mesurent la distance entre l’une des surfaces cornéennes et la surface irido-cristallinienne antérieure dans la direction de l’axe visuel. La mesure « epithelium », qui inclut l’épaisseur de la cornée, est la plus utilisée en raison de son analogie avec la mesure échographique. La mesure « endothelium » ne prend pas en compte l’épaisseur de la cornée. La mesure « Normal depth » a pour objectif de reconstituer le trajet des rayons lumineux. Le principal avantage est l’indépendance d’un axe de référence, la mesure ne dépendant que des caractéristiques intrinsèques des surfaces oculaires. La profondeur « Normal depth » est très abstraite en raison du caractère non linéaire de la mesure et n’est pas utilisée en pratique. La mesure « Apex plane » (ou « Sagittal depth ») mesure la profondeur de la chambre antérieure par rapport à un plan tangent passant par l’apex cornéen en utilisant la direction de l’axe visuel. En réalité, il s’agit plus d’une mesure d’élévation qu’une réelle mesure de la profondeur de la chambre antérieure. Les données de la profondeur de la chambre antérieure sont disponibles sur 4 cartes colorimétriques. Les zones peu profondes sont de couleurs chaudes ; les couleurs froides étant attribuées aux zones profondes. Avec le curseur, il est possible de connaître la profondeur de la chambre antérieure en tout point (fig. 13). L’intégration des données de la mesure « endothelium » de la profondeur de la chambre antérieure donne le volume de la chambre antérieure [23]. La reproductibilité de cette profondeur est excellente pour les yeux « normaux ». Un écart de l’ordre de 1 % est observé entre 2 examens successifs pour la mesure centrale [22](tableau I). En présence d’un implant cristallinien (ICA, ICP, artisan…), en revanche, la reproductibilité est mauvaise (de l’ordre de 25 %) en raison de la réflexion de la fente sur l’implant [24]. Pour la profondeur de la chambre antérieure, la mesure Orbscan est fortement corrélée à la mesure échographique (coefficient de corrélation supérieur à 0,95) [22]. L’Orbscan peut être utilisé pour déterminer la possibilité d’implantation et calculer la puissance des implants phaques, d’autant que cet examen apporte d’autres informations utiles avant une chirurgie réfractive [21]. Cependant, compte tenu des difficultés pour la détermination de la longueur axiale après implantation, il est souhaitable d’archiver la longueur axiale pré-opératoire. L’Orbscan ne peut donc pas se substituer à l’échographie dans cette indication. La mesure de la profondeur de la chambre antérieure peut, en revanche, être utile pour apprécier le risque de glaucome par fermeture de l’angle [25].

LE DIAMÈTRE PUPILLAIRE

La pupille est identifiée par filtre numérique à détection des bords. Sur toutes les cartes de l’Orbscan, il est possible de faire figurer la pupille. Ceci permet de préciser si une anomalie topographique se trouve dans l’aire pupillaire. Le diamètre pupillaire peut également être calculé manuellement sur la carte « Eye Metrics ». Il est alors possible de mesurer le diamètre dans une direction précise en cas de déformation pupillaire. Les cartes « Quad map » indiquent le diamètre pupillaire moyen (« Pupil Diameter ») [2]. Le constructeur ne précise pas si la mesure proposée par l’Orbscan concerne la pupille vraie ou la pupille d’entrée, c’est-à-dire l’image de la pupille vraie à travers la cornée. C’est la pupille d’entrée, située légèrement en avant de la pupille vraie, qui est intéressante car elle détermine la quantité de lumière entrant dans l’œil. La reproductibilité du diamètre pupillaire est de l’ordre de 4 %, ce qui est un bon résultat compte tenu de la mobilité du tissu irien (tableau I). Pour le diamètre pupillaire, la mesure de l’Orbscan est fortement corrélée à la mesure du vidéokératoscope « EyeSys® » bien que les 2 mesures soient différentes. La mesure pupillaire de l’EyeSys est significativement plus petite que la mesure donnée par l’Orbscan (données personnelles non publiées). Dans les 2 techniques, la mesure est effectuée en très forte luminescence, d’où un diamètre pupillaire nettement plus petit que celui obtenu avec un pupillomètre à infrarouge (type pupillomètre de Covard®). De plus, la mesure a l’inconvénient de solliciter l’accommodation qui a une influence sur la taille de la pupille.

La mesure de la pupille (d’entrée) est intéressante en pré-opératoire d’une chirurgie réfractive. Les signes fonctionnels après une chirurgie cornéenne réfractive sont nombreux et multifactoriels. Certains symptômes sont la conséquence d’une zone optique insuffisante par rapport à la surface pupillaire (effet de bord) et se manifestent de préférence en ambiance scotopique. La chirurgie réfractive cornéenne majore les aberrations optiques de type géométrique (aberration de sphéricité…). L’influence des aberrations est directement influencée par la taille de la pupille. Une grande pupille en faible luminescence peut constituer une contre-indication relative à une chirurgie réfractive et doit donc être détectée en pré-opératoire. Pour cette utilisation, l’Orbscan et les vidéokératoscopes sont nettement moins sensibles que les pupillomètres. Un diamètre pupillaire normal à l’Orbscan ne permet pas d’éliminer un grand diamètre pupillaire en faible luminescence. En revanche, une pupille anormalement grande en Orbscan doit alerter et conduire à faire une pupillométrie en ambiance scotopique. L’Orbscan, comme les vidéokératoscopes, ne peut donc pas remplacer les pupillomètres à infra-rouge.

LE DIAMÈTRE CORNÉEN

Comme la pupille, l’Orbscan est capable d’identifier le limbe cornéo-scléral. Le limbe peut être visualisé sur les cartes « Eye Metrics » si l’option « Limbus » est activée. Le diamètre cornéen moyen est également indiqué sur la carte «Quad map» sous la rubrique « White-to-White ». Une mesure manuelle est possible à l’aide du curseur sur les cartes « Eye Metrics » [5]. L’exactitude et la fiabilité de la mesure du diamètre cornéen sont difficiles à établir en l’absence de technique de référence. Néanmoins, l’excellente reproductibilité (de l’ordre de 1 %) et la forte corrélation avec la mesure controlatérale sont des arguments indirects en faveur de la qualité de la mesure (tableaux Iet II). Pour calculer l’angle irido-cornéen, le logiciel « Corneal Angle Estimate » évalue l’intersection entre la surface cornéenne postérieure et la surface irienne antérieure. Ce logiciel indique également la distance entre les 2 points d’intersection diamétralement opposés (« Width »). Cette mesure qui quantifie le diamètre interne de l’œil n’a pas encore été évaluée cliniquement. Elle pourrait être utile pour choisir chez le phaque, la dimension d’un implant de chambre antérieure.

Rayon de courbure cornéen et cristallinien antérieur

Comme les topographes conventionnels, l’Orbscan mesure le rayon de courbure antérieur de la cornée. Le rayon de courbure est rarement utilisé en dehors de la contactologie. Le plus souvent, le rayon de courbure est exprimé en puissance. La conversion rayon de courbure ↔ puissance réfractive nécessite l’utilisation de l’hypothèse para-axiale (ou conditions de Gauss). Au voisinage de l’axe géométrique, les rayons incidents et réfractés sont peu inclinés. Un angle, son sinus et sa tangente peuvent être confondus (approximation des petits angles). L’approximation « Sinα ª α » permet une linéarisation de l’optique géométrique et simplifie la 2e loi de Descartes [26].

n1 × Sin i1 = n2 × Sin i2 → n1 × i1 = n2 × i2 (Loi de Kepler).

Cette simplification permet d’obtenir la relation des dioptres sphériques qui lie la déviation du rayon incident (puissance réfractive), le rayon de courbure du dioptre (R) et la différence des indices de réfraction des 2 milieux (Δn).

La correspondance entre rayon de courbure et puissance n’est, en toute rigueur, valable qu’au niveau de l’axe géométrique. Habituellement, ce n’est pas l’indice de réfraction réel de la cornée qui est utilisé mais une valeur standard appelée « indice kératométrique ». L’indice kératométrique (égal à 1,3375) a été créé afin de prendre en compte le rôle de la face postérieure de la cornée inaccessible à la mesure jusqu’à l’arrivée de l’Orbscan. Les valeurs de puissance de la carte « Quad map » utilisent par défaut l’indice kératométrique « keratometric » qui permet de retrouver les valeurs habituelles de puissance ou d’astigmatisme des kératomètres et des vidéokératoscopes. Pour connaître la puissance du dioptre cornéen antérieur, il faut sélectionner l’indice de réfraction physiologique de la cornée « anterior » ou utiliser le logiciel « Paraaxial Eye Model ». On obtient une puissance autour de 49 D au lieu de la valeur habituelle « 43 D », qui prend en compte les «-6 D» de la face postérieure. La mesure du rayon de courbure de la face antérieure de la cornée exploite à la fois les données du disque de Placido et les données d’élévation de la fente. Nous ne savons toujours pas si la mesure de la fente concerne réellement la face antérieure de la cornée ou l’interface air/film lacrymal. Toutefois, les observations cliniques montrent que la carte d’élévation antérieure semble moins dépendante de la qualité du film lacrymal que ne l’est la carte Placido. La fiabilité respective des 2 techniques de mesure (Placido, fente) n’est pas connue précisément, d’autant qu’il est impossible de débrayer l’un des 2  systèmes. Mathématiquement, il est cependant assez difficile d’obtenir, à partir de l’élévation, le rayon de courbure instantané (tangentiel). En effet, il faut 2 dérivations successives alors que le système Placido ne nécessite qu’une dérivation (« algorithme two-step profile »), ou même aucune (« algorithme arc-step profile ») (fig. 1). L’addition du disque de Placido sur la 1re version de l’Orbscan, qui ne comportait initialement que la fente, est un argument qui laisse penser que le disque de Placido est supérieur à la fente pour la détermination du rayon de courbure cornéen antérieur. La fiabilité des mesures de la face postérieure de la cornée et de la face antérieure du cristallin n’est pas parfaitement connue en l’absence de technique de référence. Le rayon de courbure postérieur est moins reproductible et moins corrélé à la mesure controlatérale que ne l’est le rayon de courbure cornéen antérieur, témoin d’une mesure de qualité inférieure (tableaux Iet II). Ces 2 critères sont encore moins bons pour le rayon de courbure cristallinien antérieure (tableaux 1et II). La moins bonne qualité des mesures des dioptres cornéen postérieur et cristallinien antérieur, par rapport au dioptre cornéen antérieur, peut être attribuée à la situation moins superficielle de ces dioptres ou à l’utilisation exclusive des données de la fente. Pour le dioptre cristallinien, on peut ajouter la variabilité potentielle de la géométrie du dioptre du moins chez le jeune (accommodation).

Le logiciel « Paraaxial Eye Model » et l’estimation de la longueur axiale

Le logiciel « Paraaxial Eye Model » de l’Orbscan a pour objectif une modélisation optique et géométrique de l’œil. Cette modélisation utilise la technique du « ray tracing » (lancée de rayon) et les lois de la réfraction pour reconstruire virtuellement le trajet des rayons lumineux [1], [22]. L’œil est réduit à une succession de 4 dioptres sphériques centrés (les 2 faces de la cornée et les 2 faces du cristallin). L’Orbscan mesure le rayon de courbure des dioptres cornéen antérieur, cornéen postérieur et cristallinien antérieur et déduit la puissance de chacun de ces 3 dioptres en utilisant la relation des dioptres sphériques (fig. 14). Les valeurs des indices de réfraction utilisées par le logiciel sont les suivantes :

nAir = 1,000

nfilm lacymal = 1,336

nCornée = 1,376

nHumeur aqueuse = 1,336

nCristallin= 1,420

nVitré = 1,337

La valeur de ces indices peut être modifiée. Comme le rayon de courbure cristallinien postérieur n’est pas mesuré, une valeur moyenne (– 6,17 mm) lui est attribuée. La puissance de ce dioptre est également une valeur constante (13,45 D). Par défaut, l’influence de l’interface film lacrymal/air est négligée. Cette interface peut être prise en compte. Il suffit de lui attribuer une épaisseur non nulle. La modélisation précise la contribution de chacun des dioptres à la puissance réfractive de l’œil (fig. 15). La modélisation de l’œil nécessite de connaître non seulement les caractéristiques des dioptres (rayon de courbure ou puissance), mais également la position respective des dioptres et de la rétine. Ceci revient en pratique à déterminer l’épaisseur de la cornée, la profondeur de la chambre antérieure, l’épaisseur du cristallin et la longueur axiale de l’œil. La modélisation utilise les données de la pachymétrie et de la profondeur de la chambre antérieure. L’épaisseur du cristallin n’est pas mesurée par l’Orbscan et est « approximée ». Le logiciel « Paraaxial Eye Model » de l’Orbscan reconstruit le trajet des rayons lumineux à travers les 4 dioptres en utilisant les différentes données biométriques et optiques (fig. 15). Le point théorique où se focalisent les rayons est déterminé. Ce point théorique est considéré comme étant la fovéa d’un œil emmétrope. Dans le cas d’une amétropie, ce point est déplacé en fonction de l’équivalent sphérique subjectif que l’on introduit. La distance entre ce point et l’apex cornéen permet une estimation de la longueur axiale de l’œil. La reproductibilité de la longueur axiale estimée par l’Orbscan est médiocre puisqu’il existe entre 2 mesures successives une différence de l’ordre de 3 ou 4 % (soit environ 0,8 ou 0,9 mm) [22](tableau I). Cette mesure n’est pas utilisable en clinique car elle correspondrait pour un calcul d’implant, à une erreur moyenne de puissance (dans l’air) de plus de 2 D. Pour la longueur axiale, la mesure de l’Orbscan et la mesure échographique présentent une corrélation médiocre [22]. La longueur axiale n’est pas directement mesurée par l’Orbscan mais évaluée avec de nombreuses hypothèses et approximations. Ainsi, le segment postérieur qui est nettement plus long que le segment antérieur (environ 20 mm contre 3 mm) est totalement ignoré. Le dioptre cristallinien postérieur n’est pas accessible à l’Orbscan et la mesure du rayon de courbure de la face antérieur du cristallin est peu fiable [12].

L’angle irido-cornéen

Le logiciel « CornealAngle Estimate » de l’Orbscan a pour objectif une quantification de l’angle irido-cornéen. Le logiciel utilise les données de l’élévation de la face postérieure de la cornée et de la face antérieure de l’iris (fig. 16). Alors que la carte de la profondeur de la chambre antérieure « endothelium » n’utilise que les données réellement mesurées des 2 surfaces, l’estimation de l’angle irido-cornéen nécessite une extrapolation de ces données. En effet, l’angle irido-cornéen n’est pas directement accessible au balayage de la fente en raison de sa situation trop périphérique. La reconstruction de l’angle irido-cornéen est effectuée selon 2 modalités différentes (« plane » ou « polynomial ») dont le fonctionnement précis n’est pas révélé par le constructeur. Pour chacune des 2 modalités de reconstruction, il existe 360 mesures de l’angle par œil soit une mesure par degré. Les résultats des angles sont exprimés par méridien, c’est-à-dire par couple de 2 valeurs. La valeur est donnée pour l’axe choisi et l’axe opposé. Par exemple, si l’on sélectionne l’axe « 90°» la valeur de l’angle en supérieur sera indiquée mais également la valeur de l’angle opposé, c’est-à-dire l’angle de l’axe 270° (localisation inférieure). Pour chaque angle mesuré, le point correspondant à l’intersection entre la surface cornéenne postérieur et la surface irienne antérieure est visualisé sur la photographie de l’œil. Ceci permet de vérifier graphiquement la pertinence de la mesure de l’angle. Quand le point d’intersection est très éloigné du limbe, la mesure de l’angle est aberrante ainsi que la valeur « Width » (fig. 17). La reproductibilité de l’angle irido-cornéen mesuré par l’Orbscan est acceptable. Pour des yeux « normaux », la reproductibilité de l’angle est de l’ordre de 5 à 6 % pour la reconstruction plane, et de l’ordre de 8 % pour la reconstruction polynomiale [27](tableau II). La reproductibilité de l’angle mesuré en échographie à haute résolution est de l’ordre de 10 % [28]. La mesure de l’angle irido-cornéen est nettement moins reproductible que les autres mesures biométriques de l’Orbscan, telles que la pachymétrie ou la profondeur de la chambre antérieure. Cette différence a plusieurs explications. La mesure d’une angulation est plus compliquée que la mesure d’une simple distance entre 2 surfaces. De plus, la reproductibilité des mesures biométriques est moins bonne à mesure que l’on s’éloigne de l’apex ou de l’axe géométrique. Enfin, les valeurs d’élévation utilisées pour déterminer l’angle ne sont pas réellement mesurées mais sont extrapolées. La reproductibilité de l’angle peut être améliorée en effectuant la moyenne des angles de plusieurs localisations (supérieur, inférieur, nasal, temporal par exemple) [27]. L’influence d’éventuelles valeurs aberrantes est alors diminuée. La reproductibilité de l’angle est significativement meilleure en reconstruction « plane » qu’en reconstruction « polynomiale » [27](tableau I).

L’exactitude de l’angle mesuré par l’Orbscan n’est pas encore connue. La valeur de l’angle de l’Orbscan n’a pas été comparée aux valeurs données par les autres techniques (UBM, échographie haute fréquence, analyseur de segment antérieur). Toutefois, l’angle mesuré par l’Orbscan est significativement corrélé avec les paramètres cliniques qu’ils soient biométriques (profondeur de chambre antérieure, longueur axiale…), ou optiques (équivalent sphérique) [12], [27]. Les hypermétropes ont un angle moins ouvert que les emmétropes et surtout les myopes. La valeur de l’angle irido-cornéen diminue avec l’âge. Toutes ces données sont conformes aux données épidémiologiques du glaucome par fermeture de l’angle. Plusieurs arguments indirects laissent penser que pour les yeux « normaux », la reconstruction « plane » est plus fiable que la reconstruction « polynomiale » : meilleure reproductibilité, écart-type plus faible, plus forte corrélation avec la mesure controlatérale ou les autres mesures biométriques [27]. Les 2 valeurs de l’angle proposées par les 2 modes de reconstruction sont significativement différentes. La valeur de l’angle de la reconstruction « plane » est toujours plus importante que la valeur de la reconstruction «polynomiale». Les valeurs moyennes de l’angle chez les emmétropes sont respectivement de 50° contre 43° [27]. Si la mesure de l’angle en reconstruction « plane » apparaît être plus fiable dans les situations habituelles, elle donne souvent des valeurs aberrantes (sur-estimation) quand il s’agit d’angles très étroits (hypermétropie forte, glaucome par fermeture de l’angle…) (fig. 17). Pour de tels yeux, l’angle de la reconstruction « polynomiale » semble plus réaliste. La mesure de l’angle par l’Orbscan présente des avantages par rapport à la technique de référence qu’est la gonioscopie : mesure objective et quantitative, absence de contact, apprentissage limité. L’intérêt de la mesure de l’angle par l’Orbscan est à discuter par rapport aux autres techniques (biomicroscopie ultrasonique « UBM », échographie à haute fréquence, analyseur du segment antérieur, OCT) [28], [29]. Ces techniques ont l’avantage de visualiser directement l’angle irido-cornéen, alors que l’Orbscan reconstruit l’angle en extrapolant les valeurs d’élévation à partir d’hypothèses prédéfinies. Les valeurs de l’angle proposées par l’Orbscan seraient sans doute aberrantes quand la morphologie de l’angle s’éloigne trop de la normale (bec de flûte, iris plateau….). La principale application de la mesure de l’angle irido-cornéen concerne la détection du glaucome par fermeture de l’angle, pathologie dans laquelle les facteurs biométriques jouent un rôle prépondérant. L’angle irido-cornéen mesuré par l’Orbscan permet de prédire le risque de glaucome par fermeture de l’angle [25], [27]. Toutefois, le meilleur paramètre biométrique pour prédire cette pathologie est la profondeur de la chambre antérieure, qu’elle soit mesurée par l’Orbscan ou l’échographie [25]. Ce résultat est sans doute lié à la moins bonne qualité de la mesure de l’angle irido-cornéen. Il est possible que les valeurs d’angles proposées par l’Orbscan soient éloignées de la réalité. Toutefois, la connaissance de la valeur exacte de l’angle irido-cornéen n’est pas importante en tant que telle. Ce qui est intéressant, c’est de disposer d’un indice quantitatif avec une valeur seuil bien établie à partir de laquelle le risque devient élevé, pour un œil donné, de présenter un glaucome par fermeture de l’angle. Les différents paramètres biométriques (angle, profondeur de la chambre antérieure…) et les données du patient (âge, sexe…) pourraient être intégrés dans un système d’intelligence artificielle (analyse neuronale, « K plus proche voisin »…) d’aide à la décision [30].

CONCLUSION

La fente lumineuse de l’Orbscan permet une mesure directe de l’élévation des 2 faces cornéennes et de la surface irido-cristallinienne antérieure. L’utilisation des coordonnées spatiales des différentes surfaces oculaires permet d’obtenir de nombreuses mesures biométriques du segment antérieur. L’Orbscan n’est pas uniquement un topographe cornéen, mais un appareil polyvalent capable d’analyser la biométrie du segment antérieur de l’œil.

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