KERATOMETRIA

Cercetarea topografica a corneei, denumita keratometrie sau keratografie, este utilizata pentru a masura curbura corneei si a detecta diverse neregularitati ale formei acesteia.

Examinarea din lateral intr-un plan paralel cu irisul a profilului corneei si de deasupra, atunci cand ochiul se roteste in jos, pleoapa superioara fiind trasa in sus, permite evidentierea unor abateri de forma grosolane. Aceste masuratori dau informatii si despre puterea de focusare, precum si daca este prezent astigmatismul. Alte utilizari ale keratometriei includ calcularea puterii intraoculare a cristalinului in vederea operatiei de cataracta, adaptarea lentilelor de contact, monitorizarea corneei dupa o operatie. In ultimii ani au fost dezvoltate metode sofisticate de keratometrie, cuplate cu analize asistate de calculator si afisarea pe un monitor a formelor corneei. Aceste metode, combinate cu o camera video si un dispozitiv de stocare, sunt cunoscute sub denumirea de videokeratografie.

Topografierea corneei are radacini vechi. In 1880, oftalmologul portughez Antonio Placido a creat un disc pictat cu inele alternative albe si negre, reflectat in cornee. Acest dispozitiv este cunoscut sub denumirea de "discul Placido". Acele inele se reflectau pe epiteliul corneean ca niste linii de contur.

In 1896, Allvar Gullstrand a incorporat discul in oftalmoscopul sau, examinand fotografii ale corneei prin microscop si a putut calcula manual curbura corneei printr-un algoritm numeric. Apoi, in 1950, compania Wesley-Jessen a utilizat o sfera curbata pentru a reduce defectele de camp. Curbura corneei poate fi determinata prin comparatia pozelor inelelor cu imagini standard.

In anii , fotografiile au fost digitizate si analizate de catre calculator. A urmat imediat automatizarea acestui proces - videokeratografia, in care inele concentrice de dimensiuni si marimi deja stabilite sunt proiectate pe cornee si apoi sunt masurate marimile si distantele reflexiilor. Folosind diversi algoritmi, aceste masuratori sunt comparate cu marimi si distante standard si astfel, poate fi construita imaginea suprafetei anterioare a corneei.

O asemenea metoda se bazeaza pe reflexia speculara a inelelor concentrice ale filmul lacrimal, care este foarte reflectant. Aceste imagini bidimensionale datorate reflexiei sunt folosite pentru a construi imaginea tridimensionala. Aceasta este cea mai mare limitare a discului Placido. Datele bidimensionale rezultate sunt insuficiente uneori pentru a construi o harta tridimensionala. Diverse neregularitati pot sa nu fie in mod adecvat reflectate de cele doua dimensiuni si astfel, o imagine tridimensionala corecta si exacta nu poate fi alcatuita. Metoda exclude de multe ori si masurarea diverselor parti ale corneei, datorita limitarilor mecanice. De exemplu, reflexia centrului discului nu furnizeaza nici o informatie sistemului. In acest fel, o arie de 1mm sau chiar mai mare va fi exclusa din cartografiere. Pot fi, de asemenea, portiuni ale suprafetei corneei care sunt obscure si nu se pot observa prin aceasta metoda. Toate aceste limitari pot duce la erori de 1-2 dioptrii, uneori mai mari catre periferie.

Pentru masurarea curburii suprafetei anterioare a corneei se foloseste keratometrul sau oftalmometrul. Acesta a fost inventat de oftalmologul francez Samuel Hankins in anul 1880. Keratometrul foloseste relatia dintre dimensiunea obiectului (O), dimensiunea imaginii (I), distanta dintre suprafata reflectanta si obiect (d) si raza suprafetei reflectante (R). Rezulta astfel relatia:

R=2dI/O

Exista doua variante distincte de determinare a lui R:

- keratometrele de tip Javal-Schiotz, care au o marime fixa a imaginii si sunt de tipul "doua pozitii";

- keratometrele de tip Bausch&Lomb, care au o marime fixa a obiectului si sunt de tipul "o pozitie".

Keratometrul de tip Bausch&Lomb

Acesta este un keratometru de tipul o pozitie" si informatiile citite sunt sub forma de dioptrii. Ceea ce il caracterizeaza este faptul ca marimea obiectului este fixa, iar marimea imaginii este variabila. Razele reflectate sunt trecute printr-un disc Scheiner cu 4 orificii - doua dintre ele sunt folosite pentru focusarea mirelor la o distanta focala fixa, celelalte doua pentru dublare cu ajutorul prismei duale. Instrumentul se bazeaza pe un design Helmholtz, care are doua prisme manevrabile orientate vertical si orizontal. Aceasta creeaza doua imagini ajustabile, in plus fata de imaginea originala, una deasupra si cealalta la stanga. Prin ajustarea distantei dintre ocular si prisma, puterea efectiva a acestor prisme se poate modifica. Daca distanta descreste, puterea prismatica descreste si ea. Aceasta duce la scaderea marimii imaginii de-a lungul directiei prismei, mutand imaginea duplicat mai aproape de original. Daca distanta dintre ocular si prisma creste, atunci creste si deplasarea prismatica. Deoarece sunt 2 prisme, fiecare aliniata perpendicular pe cealalta, axele minora si majora se pot masura independent, fara a ajusta orientarea instrumentului pentru a trece de la un plan principal la celalalt.

Procedura de urmat in cazul keratometrelor Bausch&Lomb:

se stinge lumina din camera, pentru a face mirele mai vizibile. Se deschide instrumentul. Se aranjeaza pacientul cu fruntea si barbia pe suporturi.

pacientul trebuie sa se uite in centrul instrumentului si sa inchida celalalt ochi. Se aliniaza keratometrul cu axa optica a ochiului. Acum pacientul trebuie sa deschida ochii.

in acest moment, cand se priveste prin ocular, se vor vedea mirele. Se ajusteaza manerul de focusare, aliniamentul si inaltimea pentru a focaliza cercul dublu intr-un singur cerc clar, care are crucea in centru.

focalizarea trebuie ajustata constant pe parcursul procesului de masurare, deoarece cele mai mici miscari ale capului vor defocaliza mirele.

citirea orizontala se obtine prin rotirea cilindrului de masurare orizontal pana cand se suprapun semnele (+). Daca nu exista astigmatism, axa nu va face diferenta la citire si poate fi lasata la 180

citirea verticala se obtine prin rotirea cilindrului de masurare vertical pana cand se suprapun semnele (-).

axa orizontala se citeste de la semnul orizontal, iar cea verticala se citeste de la semnul de deasupra keratometrului.

Semnele ) se suprapun la pozitia corecta pentru masurarea pe verticala

Keratometrul de tip Javal-Schiotz

Acesta este un keratometru de tipul doua pozitii", care foloseste o imagine fixa si o marime a obiectului ajustabila pentru a determina raza de curbura a suprafetei reflective a corneei. Foloseste 2 mire auto-luminoase (obiectul), una este un patrat rosu si cealalta are un design verde in forma de scara. Amandoua culiseaza pe o traiectorie circumferentiala pentru a mentine o distanta fixa fata de ochi. Marimea obiectului este ajustabila prin manevrarea mirelor de-a lungul traiectoriei, schimband distanta dintre ele. Imaginea reflectata este dublata de o prisma Wollaston, care permite astfel ca oricare parte a imaginii dublate sa fie aliniata, iar orice miscare a ochiului sa se anuleze astfel incat ambele imagini sa se mute cu aceeasi magnitudine si in aceeasi directie. O prisma Wollaston utilizeaza proprietatea de polarizare a luminii pentru a  imparti o singura imagine in doua separate, identice vizual dar polarizate opus. O data ce mirele sunt focalizate, singura variabila ramane marimea obiectului, care este calibrata pentru a masura raza suprafetei reflective. Pentru a avea rezultate exacte, este important ca instrumentul sa ramana focalizat. Si acest keratometru foloseste principiul Scheiner, comun la instrumentele autofocale (razele reflectate convergente care vin prin ocular sunt vazute prin doua orificii separate simetrice). Deoarece razele care trec prin fiecare orificiu vor avea aceeasi vergenta, ele se vor intalni la un moment dat. Ajustand distanta dintre obiect si suprafata reflectiva, vergenta razelor poate fi modificata pana cand se obtine focalizarea, corelata cu punctul focal fix al ocularului.

Procedura de urmat in cazul keratometrelor Javal-Schiotz:

se stinge lumina din camera, pentru a face mirele mai vizibile. Se deschide instrumentul. Se aranjeaza pacientul cu fruntea si barbia pe suporturi.

se ajusteaza ocularele.

pacientul trebuie sa inchida celalalt ochi si sa se uite catre punctul fix luminos. Se orienteaza tubul optic al aparatului catre cornee, prin ajustarea orizontala si verticala a joystick-ului si prin rotirea instrumentului cu ajutorul butonului de control.

se priveste prin ocular si se focalizeaza mirele, folosind joystickul, prin mutarea instrumentului inspre si dinspre cornee.

mentinand mirele centrate, se roteste butonul de control pana cand mira rosie si cea verde se ating. Se roteste instrumentul utilizind acelasi buton de control, pana cand liniile negre din centrele celor doua mire formeaza o linie continua. Astfel se determina corect axa orizontala.

acum se face citirea orizontala prin reajustarea butonului de control pentru a fi sigur ca  cele doua mire sunt una langa cealalta, doar atingandu-se, in timp ce se pastreaza pozitia corecta a axei.

pentru a obtine citirea verticala, se utilizeaza butonul de control pentru a roti instrumentul cu 90 fata de pozitia curenta. Se repeta apoi procedura de la citirea orizontala. Se poate observa usor daca exista sau nu astigmatism. Daca cele 2 mire s-au separat ori s-au suprapus in noua pozitie, creand o zona colorata in alb, atunci acea zona reprezinta astigmatism. Numarul de pasi" colorati in alb reprezinta numarul dioptriilor de astigmatism.

In figura superioara stanga mirele se ating dar liniile centrale nu sunt aliniate, ceea ce indica astigmatism si planul de masurare nu coincide cu unul din planele principale ale ochiului

Atunci cand planul de masurare coincide cu unul din planele principale ale ochiului se obtine imaginea din figura de sus- dreapta, daca nu este realizat reglajul complet al distantei dintre mire, sau imaginea din figura de jos, ce indica un reglaj complet

Un alt semn de astigmatism este suprapunerea sau departarea mirelor (figura din partea superioara) la rotirea aparatului cu 90^o fata de pozitia initiala, dupa ce fusese obtinut un reglaj complet pentru pozitia initiala a aparatului (figura din partea inferioara)

Pachometria reprezinta masurarea grosimii (adancimii) corneei. Aceasta nu este o tehnologie noua. A fost folosita in examinarea de rutina atunci cand corneea era suspectata de vreo boala.

Masurarea grosimii corneei are o multime de aplicatii clinice:

la glaucom, pentru masurarea presiunii intraoculare;

la masuratorile din keratomie, radiale si astigmatice, pentru a evita perforarea corneei;

la chirurgia refractiva cu laser-ul, pentru a evita ectasia corneeala;

la dereglari ale functionarii endoteliului corneeal, pentru a monitoriza schimbarile de grosime ale corneei;

in cazuri de trauma chirurgicala, pentru a monitoriza umflaturile corneei si eficacitatea tratamentului.

Pachometria poate ajuta la evaluarea tratamentului medical necesar si este, de multe ori, un mijloc de evaluare a progresului bolii. Grosimea corneei este un criteriu important in evaluarea riscului post-operator de decompresie corneeala, precum si in determinarea abordarii chirurgicale celei mai potrivite. Pachometria corneeala secventiala este folosita la analiza evolutiei bolii corneene sau la chirurgia ce afecteaza grosimea corneei. Desi pachometrul cu ultrasunete poate fi util pentru a confirma subtirimea corneei la pacientii suspecti de keratoconus, videokeratografia este cea mai precisa si sofisticata metoda de a confirma prezenta acestei afectiuni. Pachometria singura nu ar trebui folosita ca instrument de diagnosticare a  keratoconusului datorita unei variatii mari a valorilor masuratorilor la populatia normala.

Masurarea grosimii corneei a fost apreciata recent ca un element important al managementului pacientilor diagnosticati cu glaucom, precum si cei cu risc mare de dezvoltare al glaucomului. Grosimea corneeala centrala este cea care influenteaza in mod deosebit masurarea presiunii intraoculare.Aceasta presiune este singurul factor cunoscut a fi influentabil la tratamentul glaucomului. Tonometria de aplanare Goldmann este standardul de baza in masurarea presiunii intraoculare. Acest tip de tonometrie foloseste o sonda speciala pentru a apaltiza o parte a corneei. Presiunea intraoculara este determinata de greutatea necesara pentru a aplatiza corneea. Grosimea corneeala centrala la un ochi sanatos este de aprox. 545 micrometri (μm). O cornee centrala subtire (490μm) poate explica scaderea campului vizual in ciuda masuratorilor normale de aplanare ale presiunii intraoculare, deoarece aceste masuratori nu reflecta presiunea intraoculara reala foarte ridicata. O cornee centrala groasa (610μm) poate explica presiunea intraoculara mare asociata cu un camp vizual intins, datorita unei presiuni intraoculare reale scazute. Masurarea grosimii centrale a corneei ajuta la interpretarea rezultatelor masuratorilor presiunii intraoculare. In prezent, nu exista o formula unica de calculare a presiunii intraoculare, deoarece relatia dintre grosimea centrala a corneei si presiunea intraoculara nu este lineara si nu exista un algoritm universal acceptat.

Pentru a exemplifica justificarea necesitatii masurarii grosimii corneei, un studiu de tratare a hipertensiunii oculare a stabilit ca grosimea corneei reprezinta factorul de risc pentru glaucom. Studiul a dorit sa determine daca reducerea presiunii intraoculare ar putea preveni sau intarzia pierderea cimpului vizual si/sau deteriorarea discului optic la pacientii cu presiune intraoculara mare si, in acelasi timp, sa adune date care sa ajute la identificarea pacientilor cu risc mare de dezvoltare a glaucomului cu unghi deschis si a celor care ar putea beneficia de tratament medical din timp. Subiectii cu hipertensiune oculara (n considerati a avea un risc moderat de dezvoltare a glaucomului cu unghi deschis au fost supusi unei observari permanente. Criteriile de selectie ale pacientilor au inclus o presiune intraoculara de 24-32 mm Hg la cel putin un ochi si 21-32 mm Hg la celalalt ochi. Tratamentul medical a constat din agenti anti-glaucom. Rezultatele studiului au aratat ca o reducere moderata a presiunii intraoculare poate fi obtinuta si mentinuta pe parcursul unei perioade medii de 72 de luni.

Printre primele tehnici utilizate, s-a folosit metoda cu biomicroscopul cu lampa cu fanta. Aceasta consta in proiectarea pe cornee a unui fascicul ingust cu lungime mai mare decit jumatatea diametrului corneeal. Axa microscopului face un unghi de circa 60 cu directia fasciculului incident. Pentru fixarea ochiului pacientului, biomicroscoapele cu lampa cu fanta au un dispozitiv special care realizeaza tinta luminoasa. Se evalueaza calitativ variatia grosimii corneei de la centru spre margine (mai subtire la centru). Pentru a estima grosimea corneei mai precis, se poate ajusta pe ea o lentila de contact corneeana cu grosime cunoscuta. Lentila serveste astfel ca element de referinta. Grosimea corneei la centru este de 0,50-0,52mm si la margine de 0,68-1,1mm. Grosimea periferica scade dupa 50 de ani. La purtatorii de lentile de contact, grosimea stromei e mai mare.

In ultimii ani au fost introduse in practica mai multe tehnologii optice, care ofera avantajele unei tehnici ce nu necesita contactul cu corneea, precum si determinari obiective ale centrului corneei. Aceste tehnologii includ: interferometrie de coerenta partiala, tomografie de coerenta optica, topografie cu fanta de scanare.

In prezent, cele mai cunoscute tehnici de pachometrie sunt: reflectometria optica de joasa coerenta (fig.a) si pachometria cu ultrasunete (fig.b).

Cea mai folosita metoda de masurare a grosimii corneei in prezent este pachometria cu ultrasunete. Studii recente au aratat ca aceasta metoda are un grad inalt de intraoperare, interoperare si reproductibilitate. Insa, metoda necesita contact corneeal si astfel, masuratorile pot conduce la citiri mai mici, ca rezultat al deformarii tesutului. Plasarea sondei exact pe centrul corneei este dependenta de operator si poate fi facuta prea brutal, iar plasarea in afara centrului corneei poate conduce la masuratori mai mari decat grosimea reala a corneei. In plus, alte griji suplimentare care deriva din folosirea acestei metode sunt discomfortul pacientului si riscul de infectare.

Pachometrul cu ultrasunete masoara, pe langa grosimea corneei, si lungimea axiala a ochiului. Energia ultrasunetelor este emisa de catre sonda, ce actioneaza atat ca transmitator, cat si ca receptor. O parte a energiei este reflectata inapoi la sonda sub forma unui ecou atunci cand unda atinge suprafata de separatie intre doua medii corneene. Datele de masurare (grosimea corneei, adancimea camerei anterioare, grosimea cristalinului, distanta de la cristalin la retina) pot fi calculate in functie de timpul de intoarcere al ecoului dupa reflexia unei parti din energia undei la suprafetele de separatie intre mediile oculare, in functie de vitezele de propagare ale undei in diverse medii oculare, pre-setate in aparat (aceasta este o sursa de eroare, deoarece aceste viteze medii, determinate pentru un numar mare de pacienti, pot sa difere de vitezele reale pentru pacientul studiat).

Pachometrul cu ultrasunete

Pachometria cu ultrasunete are ca avantaje:

ofera un grad ridicat de precizie, posibilitate de repetare intra-interoculara si eficienta ca timp;

precizia variaza intre 3 si 38 de microni;

unele instrumente cu ultrasunete pot diferi destul de mult, pana la 50-75 de microni;

ca dezavantaje - necesita anestezie, contact corneeal si sonda de centrare.

O alta metoda de masurare a grosimii corneei este cu ajutorul pachometrelor care folosesc lumina in locul ultrasunetelor si sunt sisteme fara contact corneeal. Dintre acestea, cele mai cunoscute sunt: reflectometrul optic de joasa coerenta si dispozitivul Pentacam.

Reflectometrul optic de joasa coerenta este un instrument care poate fi montat la o lampa cu fanta. Pacientul este asezat normal in dreptul lampii cu fanta si se va uita direct in fasciculul laser axial de culoare rosie. Instrumentul emite si un al doilea fascicul laser diagonal, mai jos, rezultand astfel 2 puncte luminoase reflectate de cornee de cate 0,1 mm. Operatorul se uita prin microscopul cu lampa cu fanta si misca mansa pana cand cele 2 puncte converg intr-unul singur in centrul pupilei, determinand distanta de lucru corecta a instrumentului. Miscari ulterioare ale mansei aduc punctul in centrul corneei. Raza de lumina infrarosie de masurare este coaxiala la raza rosie laser. Datorita diferentelor indicelui refractiv care apar la interfata aer-cornee si interfata cornee-camera anterioara, raza de masurare este reflectata de la suprafetele corneeale anterioara si posterioara. Aceste reflexii se intorc la detector numai cand raza de lumina infrarosie loveste perpendicular suprafetele corneeale din fata si din spate. Numai in caz de incidenta perpendiculara pe ambele suprafete corneeale, sunt semnale de interferenta generate de la ele; in acest caz, un singur punct al grosimii corneei poate fi calculat, bazandu-se pe timpul de intarziere dintre cele 2 semnale. Operatorul identifica incidenta perpendiculara pe suprafata corneeala frontala datorita unui sunet produs de masina. Urmeaza miscari usoare ale mansei, care duc la incidenta perpendiculara a razelor pe ambele suprafete ale corneei, anterioara si posterioara. In aceasta situatie, masina produce un sunet mai puternic si inregistreaza grosimea centrala a corneei. Citiri repetate sunt realizate automat, iar deviatia standard este prezentata pe ecran.

Reflectometria optica de joasa coerenta are o serie de avantaje:

este o metoda de masurare a grosimii corneei care nu necesita contact, deci nici anestezie;

are o precizie excelenta, intre 1 si 2 microni;

utilizeaza laser-ul pentru a se focaliza pe orice segment al corneei;

permite succesiunea rapida a masuratorilor fara a fi nevoie de ajustare a pachometrului;

raza de masurare are 100 microni in diametru, spre deosebire de diametrul milimetric al razei la pachometrele cu ultrasunete.

Pachometru Haag-Streit cu lampa cu fanta si dispozitiv laser

Propagarea fasciculului laser si informatiile afisate

Sistemul Pentacam utilizeaza o camera foto rotativa Scheimpflug pentru a analiza segmentul anterior al ochiului. Printr-o singura scanare, instrumentul furnizeaza imagini bi si tri-dimensionale ale segmentului anterior, topografia corneeala anterioara si posterioara, pachometria corneeala completa si densiometria opacitatilor cristalinului. Pacientul sta cu barbia si fruntea rezemate in locurile prestabilite si priveste fix drept inainte. Operatorul vede o imagine in timp real a ochiului pacientului pe ecranul unui computer, iar masina marcheaza marginea pupilei si centrul, si poate focaliza manual si centra imaginea. Pe ecran apar sageti care ghideaza operatorul in centrarea instrumentului pe axele orizontala, verticala si ante-posterioara. Pentru a reduce variabilele dependente de operator, se poate folosi modul automat. In acest mod, instrumentul determina automat cind focalizarea si alinierea corecta cu centrul corneei au fost atinse, iar apoi realizeaza scanarea. In mai putin de 2 secunde, camera rotativa captureaza pana la 50 de imagini ale segmentului anterior, in timp ce miscarile ochiului sunt capturate de o a doua camera foto si corectate simultan. Fiecare imagine consta in 500 de puncte de masurare. Se utilizeaza un software matematic pentru a detecta marginile din fiecare imagine (sectiune luminoasa prin cornee), inclusiv epiteliul si endoteliul corneei si este construit un model matematic tridimensional al segmentului anterior. Suprafata anterioara a corneei este calculata fara distorsiuni optice si filmul lacrimal nu are nici un efect asupra masuratorilor. Fiecare strat succesiv, cum sunt suprafata posterioara a corneei si suprafata anterioara a cristalinului, se calculeaza prin trasarea razelor, calculele luand in considerare distorsiunea optica. Masuratorile pachometrice uni-punctuale ale intregii corneei sunt calculate pornind de la suprafetele anterioara si posterioara calculate. Deoarece centrul corneei este masurat in mod repetat in timpul procesului de rotatie a imaginii, se pot obtine determinari foarte exacte ale grosimii corneeale centrale.

Sistemul Pantacam

Ochiul scanat cu Pentacam

Program de detectare a keratoconusului, bazat pe date topografice ale suprafetei corneeale anterioare si date pachometrice despre stabilitatea corneei

Imagine a segmentului anterior al ochiului cu camera Scheimpflug

Model schematic tridimensional al segmentului anterior al ochiului si valorile keratometrului

Harta cu informatii suplimentare despre segmentul anterior al ochiului

Analiza densitatii cristalinului (imagine cu camera Scheimpflug)

Topografia corneei - suprafata anterioara (fiecare punct poate fi evaluat printr-un click al mouse-ului)

Topografia corneei - suprafata posterioara

Variatia grosimii corneei aratata in culori; fiecare punct poate fi selectat si evaluat individual printr-un click de mouse

Privire de ansamblu - cele mai importante masuratori

Harta de nivel a suprafetei anterioare

Harta de nivel a suprafetei posterioare

Model virtual tridimensional al segmentului anterior al ochiului

Valorile keratometrului pentru suprafata anterioara si posterioara a corneei; grosimea corneei prin centrul pupilei si la marginea ei

Imagine prin sistemul Pentacam

Masurare manuala a segmentului anterior al ochiului; se poate masura diametrul camerei anterioare sau distanta dintre iris si suprafata posterioara a corneei

Modul de functionare automat - sagetile rosii indica directia in care trebuie miscata unitatea

Iridectomie