Dans la continuité de l'astucieux kératomètre décrit en 1851 par l'Allemand Hermann Von Helmholtz et perfectionné par le Français Louis Émile Javal, Antonio Plácido Da Costa, ophtalmologiste portugais (1849–1916), a eu l'ingéniosité en 1880 de proposer le photokératoscope. Le kératoscope aurait été inventé indépendamment en 1847 par Henry Goode, de l'Université de Cambridge [1]. Pour ces pionniers, il s'agissait de tirer parti de l'observation du « reflet cornéen», comme l'avaient suggéré successivement Christoph Scheiner en 1619, puis David Brewster en 1808.

Il est proposé par Placido d'analyser la réflexion de l'image d'un motif de cercles concentriques (alternance de bandes noires sur fond blanc) à travers le centre troué d'un disque portant ces derniers. Ce dispositif, initialement rudimentaire et portatif, permet ainsi la perception par l'œil de l'opérateur des réflexions de ces cercles sur le film lacrymal cornéen observé. Leur déformation, comparée à la taille et à la déformation des cercles projetés, dont les dimensions sont connues, permettait de définir les variations de courbures cornéennes sur une zone de 5 à 7 mm, c'est-à-dire bien au-delà de la simple zone d'analyse centrale étudiée par le plus rudimentaire kératomètre. Le dispositif a ensuite été perfectionné en intégrant un point de fixation lumineux, un cône d'illumination, un appareil photographique, puis un système de caméra pour l'observation (vidéokératoscopie).

La traduction de la déformation des mires de Placido sur le dôme cornéen est ainsi à l'origine de la représentation topographique instantanée de la face avant de la cornée. La conversion entre la déformation des mires observées et la courbure cornéenne se fait en corrélation de l'espacement entre les différents anneaux concentriques. Plus les anneaux sont rapprochés, plus la cambrure, ou courbure, ou kératométrie, est augmentée. L'unité de mesure de cette courbure s'exprime en millimètre, correspondant au rayon d'un cercle osculateur tangent au point de courbure mesuré. Plus le rayon est petit, plus la courbure est grande. Cette courbure peut être exprimée en vergence dioptrique par introduction de la valeur d'un indice réfractif théorique affectant les milieux optiques traversés selon la formule suivante : Puissance dioptrique (D) = (indice milieu 1-indice milieu 2)/rayon r (m), ce qui se simplifie P (D) = 0,337/r (m) ou P(D) = 337/r (mm), pour l'interface air/film lacrymal. L'expression de la courbure en millimètres ne souffre pas des approximations de l'indice réfractif et est le plus souvent utilisée en contactologie [2].

Le traitement numérique et informatisé de l'information obtenue en deux dimensions permet, grâce à un code colorimétrique, une représentation cartographique des courbures en de nombreux points de la surface cornéenne explorable (3000 à 5000 points). Certaines limitations existent avec la topographie spéculaire : des ombres liées aux projections de l'orbite, des cils, du nez vont limiter la surface utile de réflexion; la cambrure naturelle de la cornée limite l'obtention des mires très périphériques, limitant la zone exploitée à environ 7 mm autour du vertex, point cornéen localisé approximativement dans l'axe de fixation du patient. Les irrégularités du film lacrymal sont aussi un problème, grevant la répétabilité des mesures en cas d'altération de ce dernier. Enfin, le centre de la topographie est extrapolé, car il n'y a pas de mires réfléchies dans les 2 mm centraux à cause de la présence de la caméra d'acquisition. L'analyse des vergences cornéennes est limitée par la non-évaluation de la puissance dioptrique de la face postérieure de la cornée, les valeurs de vergences dioptriques de la face antérieure étant naturellement minorées par une extrapolation des valeurs antagonistes de vergences de la face postérieure. La courbure moyenne centrale de la cornée devrait ainsi être évaluée à 48 D et non pas 43 D, comme habituellement proposé. Cette convention pourrait à présent faire débat car, longuement utilisée, elle a tout de même été conservée pour figurer par défaut sur les topographes plus modernes, pourtant capables d'accéder à la kératométrie de la face postérieure.

Les avantages de la technologie spéculaire sont aujourd'hui réduits au caractère véritablement instantané de l'acquisition, restant de nature peu sensible aux mouvements oculaires, et à la visualisation dynamique du film lacrymal, très utile pour la prise en charge de l'œil sec. De ce fait, plusieurs topographes d'élévation combinent un dispositif spéculaire pour optimiser le centrage, ajuster les mesures de courbures centrales, et proposer d'analyser le film lacrymal [3]. Les glandes meibomiennes sont également analysées par la caméra, optimisée en filtre infrarouge, pour compléter la station d'aide au diagnostic des dysfonctions de l'œil sec (fig. 14-2 ) [4].

L'apparition du concept de topographie d'élévation, rendu possible avec l'arrivée des premiers topographes à balayage par fente lumineuse, marque un tournant majeur dans le domaine de l'analyse topographique de la cornée. Le dispositif précurseur fut l'Orbscan® (Bausch and Lomb, États-Unis), mis sur le marché à la fin des années 1990, muni de deux fentes lumineuses se croisant à la surface cornéenne, puis dont les réflexions aux interfaces sont analysées par une caméra infrarouge pour reconstituer, par triangulation, le profil cornéen en trois puis deux dimensions (somme de 40 images intégrées) [5]. Le dispositif est couplé à un projecteur de mires spéculaires. À l'instar d'une lampe à fente, la machine projette des fentes verticales sur l'ensemble de la cornée de manière séquentielle et un filtre numérique permet d'identifier les contours de la cornée par rapport aux réflexions issues de l'iris ou du cristallin sous-jacents. Environ 260 points sont analysés sur chaque fente et, au total, près de 10000 points couvrent l'analyse de la surface cornéenne (soit environ 250 μm entre chaque point). L'élévation, c'est-à-dire les coordonnées spatiales en x, y et z, sont dérivées de la triangulation des distances entre la caméra, les projecteurs et la surface observée.

L'évolution des caméras a rapidement permis d'intégrer le mode d'acquisition d'image dit « Scheimpflug », favorisant l'obtention naturelle de l'alignement du plan d'observation à l'intersection des plans de l'imagerie et de l'objectif. Cela permet ainsi l'observation d'un large plan de netteté, malgré les variations de profondeur et de courbures des surfaces explorées. Le concept optique Scheimpflug est fondamental pour obtenir une véritable coordination des points mesurés sur la cornée [6]. Le dispositif permet ainsi de visualiser le profil du tissu cornéen sans interruption du centre à une assez large périphérie, dépassant les 8 ou 9 mm. La conversion des données obtenues en carte topographique se fait ensuite par confrontation d'un volume cornéen mesuré avec un volume de référence. Il s'agit le plus souvent d'une sphère positionnée au point de meilleure congruence des surfaces entre elles; en anglais, c'est le mode « float» de la « best fit sphere» .

Néanmoins, il est possible de définir autrement le mode d'affrontement des surfaces (pointé, centré) et de changer la forme de la surface de référence (torique et/ou asphérique par exemple) pour l'analyse des faces antérieure et postérieure de la cornée. La confrontation du décalage entre la position de ces deux surfaces permet l'élaboration d'une cartographie d'épaisseur, dite pachymétrique.

L'avantage de la technologique est majeur par rapport au système de Placido, car celle-ci ouvre vraiment l'accès à une analyse tridimensionnelle plus juste au centre, mais surtout étendue en périphérie. L'obtention d'une carte pachymétrique permet l'étude du gradient d'amincissement naturel de la cornée entre le centre et la périphérie, et une analyse très précise de l'épaisseur cornéenne [7].

Des fonctions d'analyse de densité optique et le tracé de rayons ( ray tracing ) sont des options également intéressantes (voir chapitre 15 ) [8 , 9]. Le Pentacam® (Oculus, Allemagne), puis le Galilei® (Ziemer, Suisse) furent les précurseurs mis sur le marché dans les années 2000 [10]. Le premier dispose d'une caméra rotative, le deuxième d'un couple de caméras rotatives pour réaliser environ 50 images en 2 ou 3 secondes.

Le désavantage de la technologie est la latence de l'acquisition qui n'est pas instantanée, et varie entre 1 et 2 secondes selon les machines. Elle reste donc sensible aux mouvements. C'est la raison pour laquelle le disque de Placido ou la présence d'une deuxième caméra ont fait leur apparition dans certaines machines, respectivement pour améliorer l'alignement et pour diminuer le temps d'acquisition (un demi-déplacement par caméra). Enfin, le film lacrymal reste mesuré en assimilation à la surface cornéenne et peut altérer la qualité des mesures en cas de dysfonction. Les projections d'ombres portées à la surface restent problématiques pour certains patients, mais de manière moins marquée qu'avec le système spéculaire. L'extrême périphérie reste difficile à capturer en raison de l'angulation du champ d'observation des caméras. La pénétration tissulaire et donc l'analyse de la face postérieure sont également perturbables par la présence de milieux diffusants (fig. 14-3 ).

L'interférométrie optique est arrivée dans le champ de l'ophtalmologie pour l'analyse en coupes de la rétine. Le principe repose sur l'échographie optique de la cornée par le balayage d'un laser monochromatique dans l'infrarouge [11-12-13]. La réflectivité est mesurée point par point sur un axe traversant la cornée ( A-scan ), lui-même balayé très rapidement sur une ligne verticale ou horizontale ( B-scan ), permettant de reconstituer des profils et des volumes tridimensionnels. Le traitement des données est converti en cartes topo- et tomographiques de la même manière que pour les topographes par balayage de fentes lumineuses. La résolution en z est en revanche bien meilleure et permet des coupes optiques avec une résolution proche de 5 μm. La couche épithéliale est dissociable de la couche stromale; les détails de la structure en coupe sont disponibles avec meilleure résolution (cartographie épithéliale). Le temps d'acquisition et la pénétration tissulaire sont améliorés. Il faut environ 25 millisecondes pour réaliser plus de 125 coupes par certaines machines, ce qui diminue la sensibilité au mouvement. L'extrême périphérie est accessible au-delà de 10 mm. Le film lacrymal n'est pas mesuré directement, ce qui induit moins de fluctuations en cas de dysfonction de ce dernier. Le couplage avec un disque de Placido est parfois proposé pour améliorer le centrage; des traqueurs de la pupille sont parfois associés pour l'autocentrage des mesures. La décomposition des aberrations optiques à partir de l'analyse des surfaces par tracés de rayons est également possible.

D'autres modes d'analyses du segment antérieur sont disponibles, analysant la globalité de la chambre antérieure, l'angle iridocornéen et le cristallin dans sa partie accessible par l'ouverture pupillaire. Comme dans le champ d'application de l'imagerie rétinienne, la technologie OCT spectral domain (SD) est plus résolutive, mais l'OCT swept source (SS) a une meilleure pénétration tissulaire. Enfin, l'accès à la longueur axile (mesure séquentielle) dans les dernières générations d'OCT-topographes permet d'envisager, à moyen terme, l'implémentation d'outils de simulation des trajets optiques dans ces machines (fig. 14-4 ).

De manière plus confidentielle, la technologie Cassini® (États-Unis), utilisant les réflexions 1 et 2 de Purkinje, permet d'obtenir une cartographie très fiable des deux faces cornéennes. Ainsi, une coupole constituée de 700 LED tricolores et infrarouges enregistre, point par point, les deux premières réflexions cornéennes de Purkinje pour ensuite reconstituer les deux surfaces par triangulation. L'épaisseur de la cornée n'est pas disponible. Le système a l'avantage de ne pas être sensible au mouvement, car il est quasi instantané; il réalise un compromis de résolution spatiale intermédiaire entre celle des topographes Scheimpflug et spéculaires [14].

Ce système est moins complexe que les autres topographes d'élévation, et permet la mesure de l'astigmatisme postérieur et total. C'est donc une très bonne alternative pour l'analyse de la cornée centrale. Il permet également l'analyse de la qualité du film lacrymal (fig. 14-5 ).

De manière expérimentale, il existe des systèmes de cartographie cornéenne antérieure utilisant les propriétés de la fluorescence. Ils permettent de matérialiser la surface oculaire par photographie de la projection d'un quadrillage lumineux excitant un chromophore, préalablement instillé dans le film lacrymal. La « raster-stéréographie», ou topographie d'émission, est ainsi théoriquement utilisable sans présenter les biais de mesures afférents à la réflexion de la lumière sur la cornée (ombres, lacunes, angulation de la périphérie). Les conditions de réalisation et le recours à un fluorochrome rendent cette approche trop complexe pour être diffusée en routine [15].

Les topographes sont tous capables de donner des informations kératométriques relativement superposables d'une machine à l'autre. La figure 14-6 résume les données importantes.

Les topographes d'élévation sont capables de donner des informations kératométriques aussi précises et même plus complètes que celles obtenues en topographie spéculaire. Cependant, l'innovation porte surtout sur la capacité de regarder le parallélisme entre les surfaces, les gradients pachymétriques et les cartes d'épaisseurs de la cornée (discutées plus loin). La figure 14-7 résume les données importantes.

Il existe de nombreux perturbateurs de l'acquisition des données. La vérification de la cohérence des données sources est de la responsabilité de l'opérateur qui réalise et interprète l'examen. Les principaux points de contrôle sont les suivants (fig. 14-12 ) :

Il est primordial de bien établir son protocole de réglages pour l'affichage des cartes topographiques. Il s'agit de vérifier la valeur de la couleur verte, l'amplitude des bornes, le pas et les modes choisis pour l'affichage, qu'il soit kératométrique, en élévation ou en carte pachymétrique. Le mode « 4 cartes» est le plus souvent retenu ( Quad map ), associant sur la même page de rapport une carte kératométrique, les deux cartes d'élévation antérieure et postérieure, et la carte pachymétrique.

La forme cornéenne doit être analysée en plusieurs composantes :

Certains points sont dits « caractéristiques» ou remarquables. Ils sont nombreux, mais seuls les plus importants sont à connaître. Sur les cartes kératométriques, il faut pouvoir identifier la valeur de la kératométrie maximale centrale (kmax), l'astigmatisme kératométrique (kcyl) et le point de cambrure maximal (k apex). Sur les cartes d'élévations, il faut regarder le ratio d'élévations entre les deux faces de la cornée et la position des points d'élévations maximales antérieures et postérieures. La perte de parallélisme des deux faces cornéennes est un critère important en faveur d'un processus d'ectasie. Plus de 10 μm d'élévation semblerait suspect (fig. 14-14 ).

Le rapport BAD ( Belin/Ambrosio enhanced ectasia display ) du topographe Pentacam® est par exemple spécialisé pour la détection de perte de parallélisme des deux faces cornéennes (voir chapitre 45.3 ) [16] (fig. 14-15 ).

Sur la carte pachymétrique, il faut pouvoir identifier la pachymétrie centrale et au point le plus fin. La mesure du diamètre cornéen est une dimension utile, extrapolée du le « blanc à blanc horizontal» vu au limbe sur l'image vidéotopographique. C'est aussi le cas des coordonnées spatiales de l'axe de fixation par rapport au centre pupillaire (distances kappa mesurées en mm x/y).

De multiples indices, scores et gradients complètent l'arsenal des données caractéristiques disponibles dans les différents topographes. Certains sont des propriétés de la machine et représentent des boîtes noires dont le calcul précis n'est pas vraiment lisible. Ces derniers sont souvent développés pour assister à la détection des cornées dites irrégulières ou asymétriques dans le cadre du dépistage ou de la quantification de sévérité du kératocône fruste pour la pratique de la chirurgie réfractive cornéenne. Le calcul des aberrations cornéennes antérieures, postérieures ou totales (estimées par ray tracing ) sont décomposables et quantifiables par l'intermédiaire des transformées de Fourier (voir chapitre 15 ).

Le gradient pachymétrique entre le centre et la périphérie (profil d'amincissement) est de plus en plus regardé pour définir la trophicité de la fonction endothéliale, ou détecter une ectasie cornéenne. Un gradient augmenté peut signifier un processus d'ectasie [17]. Un gradient diminué évoque une défaillance endothéliale ou une maladie de surcharge intrastromale. Les cartes épithéliales sont intéressantes à regarder pour dépister des irrégularités soulignant soit une souffrance de la surface oculaire (hyperplasies ou hypoplasies liées aux différents stades de la sécheresse oculaire chronique), soit une irrégularité sous-jacente du stroma cornéen (effet de lissage ou de masquage; fig. 14-16, fig. 14-17).

La symétrie en miroir entre les cornées droite et gauche est une caractéristique importante de la surface oculaire. Les valeurs kératométriques, l'astigmatisme cornéen, l'asphéricité et la pachymétrie sont souvent véritablement en miroir entre les deux yeux [18 , 19]. Toute variation significative doit faire rechercher une raison anatomique ou fonctionnelle. Les angles alpha et kappa peuvent varier un peu en raison de la dominance oculaire [20].

La morphologie cornéenne présente un profil évolutif très lent et très faible dans le temps. Toute évolution rapide doit faire redouter une altération de l'équilibre biomécanique du tissu. C'est d'autant plus valable en cas de chirurgie cornéenne préalable. Les cartes différentielles sont bien utiles pour illustrer les changements topo- et tomographiques.