Biométrie Optique : Transformer la Chirurgie de la Cataracte pour les Chirurgiens

La cataracte est un problème oculaire courant dans lequel le cristallin devient trouble. Elle peut entraîner d'autres problèmes tels que l'uvéite et le glaucome. La cataracte touche plus de 22 millions de personnes aux États-Unis et 95 millions dans le monde. Un traitement est nécessaire pour restaurer la fonction visuelle et prévenir des complications graves.

Chirurgie de la cataracte peut améliorer la vision chez 95% de patients. Il existe toutefois un faible risque de complications. Ces complications comprennent l'œdème maculaire, une vision trouble, une infection et décollement de la rétine.

Le chirurgien doit mesurer la taille de l'œil avant la chirurgie de la cataracte pour choisir la bonne puissance de lentille à implanter. Les chirurgiens effectuent des mesures structurelles de l'œil avant la chirurgie à l'aide de diverses méthodes, telles que la biométrie ou l'application des mathématiques à la biologie. Par exemple, nous avons mesuré la profondeur de la chambre antérieure et l'épaisseur du cristallin à l'aide de la biométrie par ultrasons.

La biométrie optique utilise la lumière au lieu du son et permet d'obtenir des mesures tired avec un seul appareil. Son utilisation est devenue la référence, sauf chez les patients atteints de cataracte de grade 4 ou supérieure ou de cataracte blanche.

Dans cet article, nous passons en revue l'histoire des avancées de la biométrie optique et fournissons une introduction technique à l'approche. Nous comparons également la biométrie optique à la biométrie ultrasonore traditionnelle.

Brève histoire de la biométrie optique

Le Dr D. Jackson Coleman a décrit pour la première fois l'utilisation de la biométrie par ultrasons à la fin des années 1960, et son utilisation pour les chirurgies de la cataracte a débuté dans les années 1970. Le développement de la biométrie optique a suscité un besoin de plus grande précision dans les mesures de la longueur axiale requises pour la chirurgie de la cataracte.

Dans les années 1990, la biométrie optique a été introduite pour répondre à ces besoins. L'interférométrie à cohérence partielle (ICP) a d'abord été développée par Docteur Adolf F. Fercher et Docteur Eckhard H. Roth à l'Université d'Essen en Allemagne. L'approche a donné lieu à une alternative précise et reproductible à la biométrie par ultrasons et a rapidement été commercialisée par Carl Zeiss Meditec sous le nom d'IOLMaster 500. L'appareil offrait une technique sans contact pour mesurer la longueur axiale, la courbure cornéenne et la profondeur de la chambre antérieure.

Au début des années 2000, la réflectométrie optique à basse cohérence (OLCR) a été introduite en utilisant des principes similaires à ceux de la PCI. L'OLCR pouvait mesurer plus de paramètres anatomiques avec une résolution plus élevée, mais le processus prenait deux fois plus de temps que la PCI. Haag-Streit a introduit commercialement la Lenstar LS 900 peu de temps après.

Les capacités d'imagerie ont été encore améliorées par le développement de la source à balayage tomographie par cohérence optique (OCT-SS) qui ajuste la longueur d'onde de la lumière utilisée pour recueillir des informations, réduit le rapport signal sur bruit et augmente la vitesse de collecte des données.

La biométrie oculaire a connu une évolution rapide au cours des deux dernières décennies, principalement grâce aux progrès des algorithmes utilisés pour traiter les données. En pratique, le choix des approches de biométrie nécessite de prendre en compte les caractéristiques cliniques du patient, le coût de la procédure et la disponibilité de l'équipement.

Comprendre la biométrie optique

La biométrie optique mesure la longueur et la structure de l'œil à l'aide de la lumière. Elle est plus précise et cohérente que la biométrie ultrasonore, qui utilise des ondes sonores. La lumière a une résolution huit fois supérieure à celle des ondes sonores de 10 MHz utilisées en biométrie ultrasonore.

La biométrie optique utilise la technologie d'interférence lumineuse pour générer des figures d'interférence qu'elle traite afin de calculer la distance entre les structures oculaires. Ici, nous discutons des principaux types de biométrie optique et de leurs principes de fonctionnement.

Interférométrie à cohérence partielle laser

Dans interférométrie à cohérence partielle (PCI), un interféromètre divise un laser infrarouge de 780 nm en deux faisceaux, un faisceau échantillon et un faisceau de référence. Le motif d'interférence produit par la lumière réfléchie par différentes structures oculaires est analysé pour déterminer les distances. L'approche peut dériver des distances intraoculaires géométriques avec une résolution de 12 micromètres.

Réflectométrie optique à basse cohérence

Réflectométrie optique à basse cohérence (OLCR), une configuration standard d'interféromètre de Michelson avec une diode superluminescente de 820 nm, est capable de réaliser plus de mesures, notamment la longueur axiale, la courbure cornéenne, l'épaisseur rétinienne et l'épaisseur centrale de la cornée, grâce à l'alignement des mesures de longueur de trajet optique. L'OLCR utilise la même approche de base consistant à diviser le faisceau lumineux en faisceaux d'échantillon et de référence. La faible cohérence de la lumière sur de courtes distances est la base de l'obtention d'une haute résolution spatiale.

Le calcul compte

Les algorithmes sophistiqués utilisés pour le traitement du signal ont encore amélioré la précision et la fiabilité des instruments, en corrigeant les mouvements oculaires et les variations de l'indice de réfraction. Bien que les instruments de biométrie optique donnent des résultats précis, des formules sont nécessaires pour calculer la puissance de la lentille intraoculaire.

L'une des premières formules, la Formule SRK, était une formule de régression linéaire développée par Sanders, Retzlaff et Kraff. Cette formule classique utilisait la longueur axiale et la puissance cornéenne, mais des formules plus récentes prennent en compte des variables supplémentaires pour estimer la position influente du cristallin, augmentant ainsi la précision de la sélection de la lentille intraoculaire.

Au début des années 1990, le Dr Kenneth J. Hoffer a proposé d'utiliser différentes formules pour différentes longueurs axiales. Selon le Dr Jack T. Holladay, président de Holladay Consulting et développeur des formules de Holladay 1, 2 et Refractive, “ Ma formule Hoffer Q fonctionnait mieux pour les yeux courts ; SRK/T fonctionnait mieux pour les yeux longs, et Holladay I fonctionnait le mieux pour les yeux moyennement longs.

Dans l'ensemble, ils étaient à peu près aussi précis. Ainsi, les chirurgiens de la cataracte se sont habitués à choisir une formule de puissance de lentille en fonction de la longueur axiale.”

Le Dr Paul-Rolf Preussner et d'autres chercheurs ont affiné ces équations afin de prendre en compte la constante de forme du cristallin. Selon le Dr Holladay, ces avancées ont permis d'obtenir une précision de l'ordre de 0,5 D chez 801 patients sur 3 000 après l'intervention chirurgicale.

L'intelligence artificielle (IA) a contribué davantage à l'amélioration des équations. La méthode de calcul Hill-RBF récemment publiée intègre l'IA pour donner des résultats dans la limite de 0,5 D. “ Toutes les versions de la méthode RBF ont été créées en collaboration avec les ingénieurs et mathématiciens de MathWorks, qui emploie certains des experts en intelligence artificielle les plus sophistiqués au monde ”, déclare Dr. Warren E. Hill, directeur médical de East Valley Ophthalmology en Arizona.

Le sexe biologique affecte tous les domaines de la biologie, il n'est donc pas surprenant que le sexe ait été récemment pris en compte dans les calculs de puissance des lentilles. “ J'ai incorporé le sexe et la race dans une formule appelée Hoffer H-5 il y a un certain temps, mais elle n'a jamais été adoptée. Plus récemment, Jack Kane, MD, de l'Université de Sydney, a incorporé le sexe dans sa formule Kane, qui utilise l'IA. Il est maintenant admis que le sexe est un élément important du calcul de la puissance des lentilles ”, rapporte le Dr Hoffer.

Avantages de la biométrie optique

Biomètres optiques mesure l'épaisseur cornéenne centrale et du cristallin, le diamètre horizontal de la cornée, ainsi que l'épaisseur maculaire et rétinienne. La biométrie de l'œil entier est également possible, ce qui fait de la biométrie optique l'approche privilégiée par de nombreux professionnels de la vue.

Il existe de nombreux avantages cliniques à utiliser la biométrie optique pour les chirurgiens, notamment :

• Planification chirurgicale efficace et complète pour assurer la sélection appropriée du type de lentille intraoculaire et la planification de l'incision en fonction de la courbure cornéenne afin d'optimiser les résultats visuels
• Précision et exactitude améliorées pour optimiser les calculs de puissance des lentilles intraoculaires.
• Réduction des surprises peropératoires telles que l'instabilité du sac capsulaire pour aider à tenir compte des différences anatomiques dues à des chirurgies réfractives antérieures.
• Amélioration des résultats chirurgicaux. Selon le Dr Steven C. Schallhorn, fondateur du programme de chirurgie réfractive du département de la Défense américain, “ Les appareils de dernière génération fournissent des mesures pour les formules de calcul les plus avancées, et ils facilitent la garantie de l'exactitude de leurs mesures. Des mesures plus précises et des paramètres supplémentaires pour certaines formules entraîneront collectivement de meilleurs résultats. ”

Malgré ses forces, des mesures répétées peuvent encore être nécessaires lorsque l'on considère les lectures biométriques optiques. Selon le Dr Robert Weinstock, un chirurgien de Clearwater, en Floride, “ Il y a une réflexion qui entre en jeu ; ce n'est pas un appareil dont on accepte la lecture à première vue. Ce n'est pas différent de faire un IOLMaster et de comparer cette mesure au Lenstar, ou de faire un Lenstar et de le comparer à l'immersion. C'est un autre point de données à utiliser dans la prise de décision. ”

Le Dr Douglas D. Koch, professeur d'ophtalmologie au Cullen Eye Institute de Baylor, rapporte, “ Je me souviens d'un cas où j'ai pris une mesure Lenstar sur un patient ; elle était d'environ 43,3 D. Le IOLMaster 700 ne nous a donné aucune lecture pour ce patient, avec une distorsion évidente du myr sur l'impression.

J'ai repensé à une mesure que j'avais obtenue avec le Galilhen, le même patient présenté initialement trois mois plus tôt. Cette mesure était de 44,4 D, soit plus d'une dioptrie de désaccord et avec des mesures d'astigmatisme très différentes.

Après un examen plus attentif, j'ai trouvé des zones sèches sur la cornée qui étaient présentes lors des mesures Lenstar et IOLMaster. J'ai donc traité la sécheresse oculaire. Lorsque j'ai répété les mesures Lenstar et IOLMaster, elles correspondaient aux mesures Galilei.

La morale de l'histoire est que la validation de votre biométrie avec une deuxième lecture provenant d'un autre instrument peut améliorer la qualité et la cohérence de vos mesures et éviter certains mauvais résultats.”

Pour les patients subissant une chirurgie de la cataracte, la biométrie optique préopératoire présente également des avantages, notamment :

• Meilleurs résultats visuels, notamment une dépendance réduite aux lentilles correctrices et un moindre risque de réintervention pour corriger les erreurs réfractives postopératoires dues à des calculs imprécis de la LIO.
• Confiance accrue dans les procédures
• Récupération plus rapide, y compris la stabilisation visuelle

En outre, l'un des facteurs les plus significatifs influencer la satisfaction des patients après une chirurgie de la cataracte est l'acuité visuelle, qui est directement affectée par la précision de la biométrie préopératoire.

Analyse comparative

Il n'existe pas de différence statistique dans les longueurs axiales et de chambre antérieure lorsqu'elles sont mesurées par ultrasons et biométrie optique. Dans les milieux cliniques, l'utilisation des deux approches peut être préférable pour obtenir toutes les informations nécessaires à une chirurgie de la cataracte réussie.

Biométrie optique

Bien que les avantages de la biométrie optique soient bien documentés, des inconvénients potentiels peuvent nuire à son efficacité et à son aptitude dans divers contextes cliniques. L'examen des avantages et des inconvénients permet de déterminer si la biométrie optique est le bon choix pour le patient.

Avantages

• Nécessite une fixation sur un point lumineux, ce qui permet une mesure oculaire pertinente à la fovéa, plutôt que la longueur axiale, du pôle antérieur au pôle postérieur.
• La méthodologie sans contact empêche la contamination croisée entre les patients et le risque de compression de la cornée pendant les mesures.
• Plus facile à utiliser
• Capable d'obtenir davantage de mesures anatomiques, comparativement à la biométrie par ultrasons
• Pas besoin d'anesthésiques locaux
• Produit des lectures de kératométrie, donc aucun appareil supplémentaire n'est requis
• prend moins de temps grâce à ses mesures très automatisées et à son interface conviviale

Inconvénients

• Impossible de produire une mesure précise de la longueur axiale dans les yeux atteints de cataractes sous-capsulaires postérieures
• Coût plus élevé, ce qui peut constituer un obstacle à l'utilisation, en particulier dans les milieux disposant de ressources limitées
• La complexité technique nécessite une formation et une expertise spécialisées
• Dépend de la capacité d'un patient à rester immobile et à fixer un point lumineux
• Les performances peuvent être moindres si la longueur axiale est nettement plus courte ou plus longue

Biométrie échographique

Il n'existe pas de système de mesure ophtalmique universel. Bien que la biométrie optique présente des avantages significatifs en termes de facilité d'utilisation, de sophistication et de rapidité, certaines situations peuvent justifier l'utilisation de la biométrie par ultrasons.

Avantages

• Peut effectuer des mesures chez des patients présentant acuité visuelle inférieure à 20/200 ou avons une fixation excentrique, une dégénérescence maculaire ou une cicatrice cornéenne
• Capable d'obtenir des mesures à travers des cataractes denses ou une opacification de la capsule postérieure
• Largement disponible en raison de son coût inférieur
• Souplesse de l'approche de mesure, y compris les méthodes de contact et d'immersion qui peuvent diminuer les facteurs de confusion potentiels introduits par la compression cornéenne qui peut être jusqu'à 0,3 mm et entraîner des erreurs pouvant atteindre 1,0 dioptrie
• Peut mesurer des longueurs cornéennes extrêmes
• Peut être réglé manuellement pour que l'opérateur ait un plus grand contrôle, ce qui peut être particulièrement bénéfique dans les cas difficiles comme les pathologies cornéennes inhabituelles
• Pas très sensible aux mouvements oculaires légers

Inconvénients

• Variabilité inter-opérateurs plus grande, l'exactitude dépendant largement de l'expérience et de l'habileté de l'opérateur
• Chronophage, surtout si une préparation supplémentaire comme une anesthésie est nécessaire
• Mesures moins précises
• Inconfort du patient dû à la nature de contact du processus qui nécessite souvent une anesthésie

Conclusion

Le développement de la biométrie a considérablement et rapidement amélioré les résultats pour les patients atteints de cataractes. Bien que la biométrie optique offre de nombreux avantages par rapport à la biométrie ultrasonore, celle-ci demeure essentielle dans des situations cliniques spécifiques.

Les professionnels de la santé devraient guider le choix de l'instrumentation en fonction des besoins cliniques, du confort, des capacités et du coût du patient. L'intégration de ces méthodes complémentaires peut offrir une précision et une flexibilité encore plus grandes dans le traitement de la cataracte à mesure que la technologie évolue.