Aldo Varotto

Topografia corneale computerizzata

Cos'é e a cosa serve

É una metodica per la valutazione precisa della curvatura corneale, e della sua capacità di modificare la focalizzazione delle immagini, che sfrutta le capacità di calcolo del computer.

L'apparecchio è in grado di esaminare con grandissima precisione, ed in modo istantaneo l'intera curvatura della superficie anteriore trasparente dell'occhio.
Alcuni dispositivi sono in grado di valutare anche lo spessore della cornea, e la curvatura della superficie interna.

Il topografo corneale è uno strumento importantissimo per seguire l'evoluzione di malattie che alterano la curvatura della cornea (come il cheratocono), per la diagnosi differenziale di alcune malattie, per la valutazione pre-operatoria e post-operatoria in chirurgia refrattiva, per la scelta accurata del cristallino da utilizzare durante gli interventi per cataratta.
É molto utile per simulare l'applicazione sull'occhio di lenti a contatto.

Come viene eseguita

Per eseguire le misure vengono utilizzate le proprietà degli specchi convessi.
La cornea ha una superficie speculare.
Una parte della luce che la raggiunge, viene focalizzata all'interno dell'occhio, ma un'altra viene riflessa in modo simile a quel che si può vedere negli specchi che vengono montati in alcuni incroci per consentire una visione panoramica.
Se si guarda da vicino negli occhi una persona che ci sta vicino, è possibile vederci riflessa la propria immagine molto rimpicciolita.
Gli specchi convessi rimpiccioliscono le dimensioni delle immagini riflesse, in misura tanto più accentuata, quanto maggiore è la curvatura della superficie specchiante (per questa ragione gli specchi degli incroci stradali danno una visione panoramica).
La maggior parte dei topografi (CSO, Optikon, Tomey) utilizzano la riflessione corneale di una particolare immagine, costituita da una serie di anelli luminosi concentrici proiettati da una piccola cupola (inizialmente gli anelli venivano disegnati su un disco piano con un foro di osservazione denominato "disco di Placido" dal nome del suo inventore), posizionata con grande precisione ad una distanza pre-stabilita.
Il computer del topografo corneale è in grado di utilizzare una serie formule, e di eseguire numerosissimi calcoli matematici, per misurare il rimpicciolimento dell'immagine dei cerchi luminosi riflessi, e valutare la curvatura o l'elevazione di ogni punto della cornea.
Con ulteriori calcoli permette di prevedere come queste curvature influenzano la focalizzazione dei raggi luminosi nell'occhio, considerando anche le dimensioni, e la posizione della pupilla, dell'asse visivo.

Esistono anche dei topografi a fessura di luce (Orbscan, Pentacam, CSO, Galilei), che permettono la valutazione degli spessori corneali, e di valutare anche la curvatura della superficie interna della cornea.
Siccome generalmente hanno una risoluzione ed una velocità di acquisizione ridotte, vengono integrati dalla topografia a riflessione con disco di Placido.

Topografo corneale
Topografo corneale.

Disco di Placido
Disco di Placido.

keratoscopia
Cheratoscopia: osservazione delle immagini del disco di Placido riflesse sulla cornea.

L'esame cheratoscopico consente di valutare:
Regolarità e continuità degli anelli
Contrasto e qualità dell'immagine acquisita
Circolarità e simmetria degli anelli
Assenza di anelli
Focalizzazione
Centratura
Misurare diametro corneale (da "bianco a bianco")

Maggiore è la distanza fra gli anelli minore è il potere diottrico corneale.
(anelli più ravvicinati indicano zone a maggior curvatura,
anelli più distanziati zone a maggior appiattimento).
Nella cornea prolata la distanza tra gli anelli aumenta dal centro alla periferia.

La cheratoscopia consente di valutare anche l’eccentricità corneale, che si accentua nel cheratocono.

Rappresentazione ed interpretazione dei risultati

La cornea normale ha una forma particolare detta "Ellisse PROLATA" (forma asferica, diversa da quella delle comuni lenti che hanno superfici d calotte di sfera), con una curvatura più accentuata nella parte centrale, e più pianeggiante in periferia (indice di asfericità Q= -0,26).
La curvatura al centro ed in periferia varia da persona a persona.
In presenza di astigmatismi, la curvatura è più accentuata su alcuni assi rispetto ad altri.
Gli interventi chirurgici oculistici, i traumi, le cheratiti, ed alcune malattie degenerative possono produrre alterazioni di curvatura ancora più complesse e variabili per entità e localizzazione.

Per rappresentare con precisione queste situazioni diversificate e spesso complesse, sono stati progressivamente messi a punto diversi sistemi.
Generalmente la curvatura viene rappresentata in base alle caratteristiche di una sfera con una curvatura quanto più possibile simile a quella di una sfera tangente alla cornea nel punto esaminato

Indicando la posizione (coordinate) rispetto all'asse visivo, ed il raggio di tale sfera in millimetri (tanto più curva è la cornea, tanto più è il suo raggio di curvatura), è possibile descrivere la curvatura di ogni punto della cornea.

Conoscendo l'indice di refrazione (capacità della cornea di deviare i raggi luminosi), ed utilizzando una semplice formula matematica, si può convertire la curvatura della cornea, in capacità di deviare i raggi luminosi in diottrie.
Utilizzare le curvature in diottrie consente di utilizzare più facilmente le informazioni della topografia corneale, per scegliere le lenti o gli interventi per correggere un determinato difetto di focalizzazione.

I topografi possono infine rappresentare i risultati per descrivere la forma della cornea, confrontandola con quella di una sfera di riferimento (Best Fit Sphere) di raggio variabile per singolo occhio esaminato (RBF =Radius Best Fit), indicando per ogni punto esaminato le coordinate, e la differenza di altezza in Δz in µ (micron).

Mappe corneali

Per rappresentare visivamente e contemporaneamente i risultati dell'esame in ogni punto, vengono utilizzate le "mappe topografiche"
Utilizzano delle scale cromatiche simili a quelle utilizzate nelle cartine geografiche fisiche, dove i colori freddi dall'azzurro al nero rappresentano le profondità marine, il verde rappresenta le pianure, ed i colori caldi (giallo, rosso, fino al bianco) i rilievi montagnosi.
Similmente nelle mappe corneali:
il verde rappresenta la curvatura corrispondente alla sfera di riferimento,
i valori dall'azzurro al nero sono associati a superfici con una curvatura ridotta, più piatte, meno potenti, o a al di sotto della sfera di riferimento,
I colori gialli rossi e bianco sono associati a superfici con curvatura accentuata, più curve, più potenti, o più elevati rispetto alla sfera di riferimento.

Mappe di curvatura

Descrivono la curvatura della cornea.
Possono utilizzare diversi sistemi di calcolo (definiti algoritmi) e per determinare la curvatura corneale.

Algoritmo assiale / sagittale

Descrive la curvatura di ogni punto della cornea, assimilandola a quella di una sfera di raggio variabile e centro posizionato lungo l'asse di osservazione (asse cheratoscopico, o asse geometrico), e tangente alla cornea nel punto considerato.

Comporta una serie di approssimazioni:
* La circonferenza dovrebbe avere il centro sull'asse ottico, ma la sfera con la superficie che descrive meglio la curvatura nel punto considerato potrebbe avere il centro più in superficie o più in profondità rispetto all'asse;
* Il piano tangente alla superficie corneale dovrebbe essere perpendicolare all'asse;
* L'asse visivo dovrebbe corrispondere all'asse geometrico.

Questi presupposti non sono soddisfatti dalle cornee reali, ma sono abbastanza approssimati nella regione corneale centrale

Algoritmo tangenziale / istantaneo / di curvatura

Descrive la curvatura di ogni punto della cornea, assimilandola a quella di una sfera di raggio variabile e centro svincolato rispetto all'asse di osservazione (asse cheratoscopico, o asse geometrico), e tangente alla cornea nel punto considerato.
Il centro di curvatura si trova sull'asse di osservazione solo per cornee sferiche.
Nelle cornee con curvatura diversa sui meridiani e sui paralleli, il centro di curvatura si trova fuori dall'asse ottico.

La mappa con algoritmo tangenziale localizza meglio l'apice corneale.
In alcuni casi evidenzia aspetti simili a quelli delle mappe altimetriche.

Algoritmo refrattivo

I poteri sono espressi in diottrie e sono calcolati usando l’indice di rifrazione 1.3375 e applicando la legge di Snell punto per punto.

Confronto tra 2 mappe refrattive calcolate con algoritmi assiale e tangenziale in un caso di cheratocono
Confronto tra 2 mappe refrattive calcolate con algoritmi assiale e tangenziale
in un caso di cheratocono

Mappe di elevazione

Rappresenta la forma indicando la differenza di elevazione rispetto alla superficie di una sfera di riferimento (Best Fit Sphere).
Il raggio della sfera di riferimento è scelto in modo da minimizzare lo scarto quadratico medio delle altimetrie della cornea rispetto alla superficie di riferimento.

La scala è in micron (µm), colori caldi sono associati alle aree che si trovano al di sopra della superficie di riferimento, mentre i colori più freddi sono associati a quelle al di sotto della superficie di riferimento.

Le zone della cornea più curve stanno al di sotto della superficie di riferimento e vengono rappresentate in blu nelle mappe di elevazione;
sono quelle più refrattive, e sono rappresentate con i colori caldi nelle mappe refrattive.

Differenza tra mappa altimetrica e mappa refrattiva
Differenza tra mappa altimetrica e mappa refrattiva
in una cornea con astigmatismo secondo regola regolare.

Caratteristiche degli ALGORITMI
Algoritmo T. a riflessione T. a scansione Dati morfologici Dati funzionali
ASSIALE / SAGITTALE +++ +++ + ++
TANGENZIALE / ISTANTANEO / DI CURVATURA +++ +++ +++ ++
ALTIMETRICO / DI FORMA ++ +++ ++++ ++

Mappe differenziali

Molti topografi corneali sono in grado di evidenziare con grande precisione le variazioni di curvatura della cornea, nel tempo, tra i 2 occhi, e perfino tra pazienti diversi.
In confronto viene eseguito sottraendo i valori di curvatura tra gli esami.
Le riduzioni di curvatura vengono rappresentate con colori freddi;
gli aumenti di curvatura con i colori caldi.

Mappa differenziale refrattiva tangenziale in una cornea sottoposta a correzione di miopia mediante laser ad eccimeri
Mappa differenziale refrattiva tangenziale
in una cornea sottoposta a correzione di miopia mediante laser ad eccimeri:

In alto a sinistra: mappa di curvatura post-operatoria
In alto a destra: mappa di curvatura pre-operatoria
In basso: mappa delle variazioni provocate dall'intervento (riduzione di curvatura centrale, ed aumento in periferia).

Scale cromatiche

Scala assoluta

Utilizza sempre la stessa corrispondenza tra colori e valori di curvatura in modo da consentire confronti omogenei tra le mappe su dati acquisiti in momenti diversi, e perfino con topografi diversi.

Scala normalizzata

Viene calcolata automaticamente in base ai valori minimi e massimi della cornea in esame, per utilizzare tutta la gamma di colori disponibili, per evidenziare al massimo le differenze di curvatura presenti nella cornea esaminata.
É utile per valutare con precisione alterazioni piccole che altrimenti possono presentare colori molto simili nella mappa assoluta.
Non è costante e non permette confronti diretti fra due mappe diverse.

Scala personalizzata

L'operatore può scegliere arbitrariamente i valori minimi e massimi di curvatura, da assegnale all'inizio ed alla fine della scala cromatica utilizzata per disegnare la mappa.
Può essere utile per evidenziale meglio certe gamme di curvature concentrate in zone particolari della cornea.

Confronto tra 2 mappe con scala assoluta e scala normalizzata di una mappa assiale di un astigmatismo regolare secondo regola
Confronto tra 2 mappe con scala assoluta e scala normalizzata della stessa mappa assiale
in un astigmatismo regolare secondo regola.

Nella scala assoluta sulla sinistra, i colori rappresentano curvature da 28,00 a 66,50 diottrie
Nella scala normalizzata sulla destra, la stessa gamma di colori rappresenta curvature da 40,00 a 46,25 diottrie ed evidenzia molto maggiormente le variazioni di curvatura.

Ricostruzione 3D

Alcuni topografi corneali sono in grado di ricostruire l'aspetto tridimensionale della forma, o della curvatura corneale
Tali rappresentazioni tridimensionali possono essere ruotate,ed inclinate sul sullo schermo per evidenziare a piacimento i dettagli preferiti.

Mappa 3D refrattiva sagittale in un caso di cheratocono
Mappa 3D refrattiva sagittale
in un caso di cheratocono.

Indici cheratorefrattivi

Sono dei parametri che riassumono con pochi valori numeriche le caratteristiche complessive dell'esame topografico.
Consentono di indicare il potere corneale medio, gli astigmatismi in aree di diverse dimensioni.
Permettono di evidenziare e quantificare irregolarità di forma corneale.

SAI: (Surface Asimmetry Index)
è l' indice di asimmetria della superficie corneale e si basa sulla corrispondenza speculare fra le due emicornee, che normalmente non supera piccole differenze fisiologiche.
Il topografo confronta numerosi punti adiacenti di una emicornea con quelli corrispondenti di quella speculare.
La superficie sferocilindrica ideale ha indice 0.
Valori superiori ad 1 comportano una notevole riduzione della qualità del visus (cheratocono, chirurgia refrattiva decentrata, trapianto, warpage).
SRI:
è l' indice di regolarità della superficie corneale ed è il risultato del confronto delle variazioni tra numerosi punti adiacenti dei 10 anelli centrali. Questa area equivale ad una pupilla di circa 4,5 cm di diametro. Valori superiori a 1,5 D esprimono irregolarità in zona ottica.
CEI:
indice di eccentricità della forma corneale globale, come differenza rispetto alla sfera di riferimento che ha valore 0. Viene ottenuto misurando la differenza di potere fra ogni anello su tutta la superficie corneale. Un valore positivo è indice di cornea prolata, uno negativo di cornea oblata.
SI: (Simmetry Index)
indice di simmetria verticale, si riferisce al potere medio di due zone circolari di 3 mm. di diametro, centrate nell' emisfero corneale inferiore ed in quello superiore dove statisticamente è più frequente l' esordio del cheratocono.
Rappresenta dunque un indice fondamentale nello screening del cheratocono e misura quale dei due emisferi è quello più curvo; solitamente il cheratocono inizia nell' emisfero inferiore.
AK:
cheratometria apicale, evidenzia il punto di massima curvatura istantanea della cornea; la misura dell' apice viene espressa in diottrie

Glossario

Referto di esame topografico

Referto commentato di esame topografico corneale
Referto commentato di esame topografico computerizzato corneale



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