Studio epidemiologico sul cheratocono tramite topografo-pachimetro

1. UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI MILANO BICOCCAFacoltà di scienze Matematiche, Fisiche, NaturaliCorso di laurea in Ottica e Optometria Studio epidemiologico sul cheratocono tramite topografo-pachimetro Relatore interno: Prof. A. Papagni Correlatore: Prof. L. Benzoni Relatore esterno: D. Giardino Giulia Lecce 22 luglio 2010 Matricola 064159 Anno accademico 2009-2010

2. L’obiettivo dello studio • Abbiamo condotto uno studio di tipo epidemiologico sul cheratocono analizzando un campione di pazienti messo a disposizione dal centro di applicazione lenti a contatto su misura in cui è stato svolto il tirocinio. • Ci siamo posti diversi obiettivi: • abbiamo suddiviso il campione secondo la classificazione di Krumeich, basata sul valore dei raggi medi corneali; • abbiamo acquisto i dati relativi allo spessore corneale eseguendo la pachimetria; • abbiamo suddiviso i quattro stadi della patologia secondo l’età anagrafica dei soggetti; • infine abbiamo studiato la morfologia del cheratocono ed abbiamo cercato di proporre un nuovo metodo per classificare la patologia.

3. Come è stato condotto lo studio • Durante il nostro studio abbiamo esaminato 179 occhi di soggetti affetti da cheratocono. Sebbene tale patologia si presenti, nella maggioranza dei casi, in forma bilaterale, si sono presentati casi in cui l’occhio contro laterale non è risultato idoneo per il nostro studio. • Tutti i pazienti sono portatori di lenti a contatto su misura ed è stato loro richiesto di sospenderne l’uso per almeno i due giorni precedenti l’esame. • Abbiamo adottato tale precauzione al fine di ridurre al minimo l’alterazione corneale, denominate warpage, indotta inevitabilmente dal porto delle lenti a contatto, che avrebbe inficiato i dati topografici fornendo indicazioni non corrette.

4. Lo strumento utilizzato • Per l’esecuzione dell’esame abbiamo utilizzato un topografo-pachimetro, in grado di fornirci: • la topografia corneale anteriore e posteriore, sia sagittale che tangenziale con le mappe di curvatura ed elevazione; • la pachimetria corneale, ossia l’analisi dello spessore della cornea; • ed infine una serie di parametri utili nell’analisi della morfologia del cheratocono.

5. Il cheratocono • Il cheratocono è una patologia degenerativa non infiammatoria, caratterizzata da un progressivo assottigliamento dello stroma centrale e paracentrale e da uno sfiancamento conico (ectasia) del profilo corneale con conseguente astigmatismo miopico irregolare.

6. La topografia corneale • L’esame che meglio descrive l’ectasia a carico della cornea è la topografia corneale, che vede nel disco di Placido e nella cheratoscopia il suo antenato. • Placido nel 1888 ebbe l’idea di analizzare l’immagine riflessa dalla superficie anteriore della cornea di una serie di anelli concentrici bianchi e neri per individuare eventuali deformazioni. • La topografia corneale traduce le informazioni derivanti dalla cheratoscopia al fine di visualizzarle attraverso una scala colorimetrica di facile ed universale interpretazione. • La mappa topografica viene calcolata in base alla distanza tra gli anelli del disco di Placido: al crescere della distanza tra di essi la curvatura corneale si fa via via più piatta; al contrario più gli anelli risultano ravvicinati più la curvatura si accentua. • Sono stati assegnati i colori freddi come il blu alle curvature più piatte ed i colori più caldi come il rosso alle curvature più pronunciate.

7. Pattern di presentazione del cheratocono • Il cheratocono si caratterizza topograficamente da una zona rossa localizzata nel settore infero-temporale della cornea, denominata cono:

8. Pattern di presentazione del cheratocono • Come possiamo osservare sulla slide proiettata, in una mappa topografica di un soggetto affetto da cheratocono, l’ectasia si colloca solitamente nel settore infero-temporale della cornea. Tale localizzazione trova in Letteratura una spiegazione legata al fenomeno dell’eye-rubbing, ossia dello stropicciamento degli occhi da parte dei soggetti all’insorgere della patologia, poiché spesso collegata ad allergie stagionali e congiuntiviti allergiche. Come si può notare l’anello periferico blu indica una zona a curvatura relativamente piatta rispetto all’ectasia, caratterizzata da una curvatura più pronunciata.

9. Gli effetti del cheratocono • La deformazione a carico della cornea può interessare aree più o meno vaste, determinando la qualità visiva del soggetto. Più l’ectasia si avvicina alla zona centrale, attraverso cui entrano i raggi luminosi che vanno a focalizzarsi sulla retina, più la visione risulterà compromessa.

10. Gli effetti del cheratocono

11. Gli effetti del cheratocono • In questa slide abbiamo mostrato come percepisce le immagini un soggetto privo di patologie oculari rispetto ad un soggetto affetto da cheratocono. In alto a sinistra abbiamo la piramide di Zernike relativa alle aberrazioni oculari; sulla destra l’OPD, Optical Path Difference, che si riferisce alle aberrazioni totali dovute alla cornea, calcolata dai dati altimetrici forniti dalla topografia corneale. L’immagine immediatamente a destra mostra la Siemens star, ossia la simulazione visiva di un target di tipo circolare.

12. Gli effetti del cheratocono • Proseguendo in basso a sinistra ecco lo spot diagram, la PSF (Point Spread Function) e l’MTF (Modulation Transfer Function): queste tre simulazioni descrivono la distorsione di un punto luminoso che attraversa il diottro oculare, effettuata dalla superficie corneale. • Nell’immagine sottostante vediamo gli stessi dati relativi alle qualità visive di un soggetto affetto da un cheratocono al secondo stadio. Come si può notare dalla Siemens star, dallo spot diagram e dalla PSF la qualità delle immagini è altamente compromessa.

13. Classificazione della patologia • In Letteratura sono stati individuati quattro stadi del cheratocono. • Sono state proposte diverse classificazioni, tra cui: • Classificazione secondo Amsler; • Classificazione morfologica; • Classificazione su distanza apice da centro corneale; • Classificazione cheratometrica; • Classificazione secondo Krumeich.

14. Classificazione della patologia • Le classificazioni più accreditate ed utilizzate nella pratica clinica suddividono il cheratocono in quattro stadi. • La classificazione secondo Amsler, che risale al 1938 nella sua prima formulazione e che si basava sui dati forniti dall’oftalmometro di Javal; • la classificazione morfologica che distingue tre forme dell’ectasia: rotonda, ovale e globosa e che risente della conformazione congenita fisiologica, della pressione esercitata dalla palpebra superiore, della conformazione orbitaria e dei gradienti pachimetrici;

15. Classificazione della patologia • la classificazione basata sulla distanza dell’apice del cono rispetto al centro corneale che individua un cheratocono centrale, paracentrale, periferico e paralimbare; • la classificazione cheratometrica che distingue un cheratocono medio, moderato, avanzato e severo in base al potere diottrico della cornea.

16. Classificazione secondo Krumeich • La classificazione secondo Krumeich individua quattro stadi: Stadio I: • sfiancamento della cornea periferico; • miopia e/o astigmatismo indotti fino a 5 diottrie; • raggio medio corneale 48 diottrie; • strie di Vogt; • assenza di cicatrici corneali. • Stadio II: • miopia e/o astigmatismo indotti compresi fra 5 ed 8 diottrie ; • raggio medio corneale 53 diottrie: • assenza di cicatrici corneali centrali; • spessore corneale 400 μm.

17. Classificazione secondo Krumeich • Stadio III: • miopia e/o astigmatismo indotti compresi fra 8 ed 10 diottrie; • raggio medio corneale 53 diottrie; • assenza di cicatrici corneali centrali; • spessore corneale compreso fra 200 e 400 μm. • Stadio IV: • refrazione non determinabile; • raggio medio corneale 55 diottrie; • presenza di cicatrici corneali centrali; perforazione; • spessore corneale inferiore a 200 μm.

18. Analisi del campione • Abbiamo suddiviso il campione scegliendo di attenerci alla classificazione proposta da Krumeich.

19. Analisi del campione • In questo grafico a torta vediamo come è suddiviso il campione dei soggetti analizzati rispetto ai quattro stadi individuati dalla classificazione secondo Krumeich: • Lo stadio più rappresentato è il primo, con una presenza pari al 45,81% dell’intero campione, seguito dal secondo stadio con il 29,61%, dal quarto stadio con il 15,08% ed infine dal terzo stadio con il 9,50%. 

20. Analisi del campione

21. Analisi del campione • Nel presente istogramma abbiamo messo in evidenza i dati pachimetrici, relativi allo spessore nel punto più sottile della cornea, corrispondente all’apice del cono, raggruppati per stadi. Le colonne di colore rosso si riferiscono ai valori massimi, le colonne in blu sono relative ai valori minimi e le colonne in azzurro riportano i valori medi. In accordo con la Letteratura, al progredire dell’ectasia lo spessore corneale tende a ridursi. • Lo spessore corneale ha un valore nei soggetti sani che si aggira sui 550 micron; tuttavia valori inferiori non indicano necessariamente la presenza di patologie a carico della cornea. Per questo motivo da solo il dato pachimetrico non può essere utilizzato per classificare il cheratocono.

22. Analisi del campione

23. Analisi del campione • Nei grafici che seguono abbiamo inserito l’età media dei soggetti analizzati al fine di verificare se il dato anagrafico possa essere uno strumento utile nel seguire l’evoluzione. • Vediamo come sono rappresentate cinque fasce di età in ogni stadio della patologia: • il colore azzurro scuro si riferisce ai soggetti con un età inferiore ai 25 anni; • il viola chiaro comprende la fascia di età che va dai 25 ai 35 anni; • il bianco dai 35 ai 45 anni; • l’azzurro chiaro dai 45 ai 65 anni; • ed il viola scuro comprende i soggetti con un età superiore ai 65 anni.

24. Analisi del campione • Nel primo stadio la fascia di età maggiormente rappresentata si colloca tra i 35 ed i 45 anni; nel secondo stadio invece si colloca tra i 45 ed i 65 anni; nel terzo stadio tra i 35 ed i 45 anni e nel quarto stadio tra i 25 ed i 35 anni. • Sebbene non sia stata trovata una relazione evidente tra l’età anagrafica e lo stadio d’evoluzione del cheratocono, tuttavia si può affermare che coloro che manifestano la patologia oltre la terza decade di vita difficilmente progrediranno verso il quarto stadio ed un eventuale intervento chirurgico che si rende necessario quando l’ectasia è talmente pronunciata che non è più possibile correggerla nemmeno con lenti a contatto ed il rischio di perforazione per lo spessore ridotto è elevato. • Infatti la fascia di età più rappresentata per il quarto stadio si colloca tra i 25 ed i 35 anni, e tale evidenza porta inevitabilmente a pensare che la probabilità di raggiungere il quarto stadio sia inversamente proporzionale all’età d’insorgenza della patologia.

25. Analisi del campione • Lo strumento che abbiamo utilizzato ci ha fornito dei parametri utili per l’analisi della morfologia del cheratocono: • Vertice: indica la coordinata cartesiana del punto più sporgente della cornea. Questo è il punto più alto del residuo altimetrico (ossia, l’altimetria misurata meno l'ellissoide di best fit, con p = 0.8 tipico della cornea media) meno gli astigmatismi. Essenzialmente si eliminano dall'altimetria misurata i contributi che non permettono di isolare l'ectasia. • Altezza: indica l’altezza del vertice del cono rispetto alla superficie asferotorica di bestfit. Coincide con il punto più alto del residuo altimetrico. • Baricentro: indica la coordinata cartesiana del baricentro del cono (è il baricentro dell'area ectasica); • Area: indica l’area ricoperta dal cono, calcolata dal residuo altimetrico.

26. Analisi del campione • Utilizzando due dei quattro parametri a disposizione, ossia l’altezza e l’area del cono, abbiamo cercato di classificare le tre morfologie in cui si suddivide tipicamente l’ectasia, cioè cheratocono rotondo, ovale e globoso.

27. Analisi del campione • In questo studio proponiamo dei parametri derivati dall’analisi della morfologia del cheratocono, in base ai quali classificare la deformazione a carico della cornea. • Attualmente, la scelta di descrivere l’ectasia in termini morfologici dipende essenzialmente dalla percezione soggettiva del clinico, il quale propende verso una delle tre tipologie di cheratocono (rotondo, ovale e globoso) in base all’interpretazione visiva della mappa topografica.

28. Analisi del campione • Sulla base dei dati raccolti, abbiamo proposto dei valori limite per classificare la morfologia dell’ectasia non più solo osservando la mappa topografica. Tali valori sono stati selezionati confrontando le evidenze topografiche con i dati numerici relativi alle coordinate x,y del vertice e dell’area ectasica. • cheratocono rotondo: le coordinate x ed y presentano un valore di scarto massimo tra loro non superiore a 0,6 mm; • cheratocono ovale: la coordinata x risulta maggiore della coordinata y (con una differenza maggiore di 0,6mm); • cheratocono globoso: l’area investita dall’ectasia si scosta dal valore medio dello stadio analizzato di più di 4 mm2.

29. Analisi del campione

30. Analisi del campione • Come si nota dal grafico a torta, rispetto all’intero campione, la morfologia più rappresentata risulta essere l’ovale, seguita dalla rotonda ed infine dalla globosa.

31. Analisi del campione

32. Analisi del campione • Abbiamo riscontrato una correlazione tra la morfologia dell’ectasia e lo stadio cui si riferisce. Come si evince dal grafico, il cheratocono di tipo rotondo è più frequente tra i soggetti che presentano un cheratocono al primo o secondo stadio, con una percentuale complessiva pari al 68%.

33. Analisi del campione

34. Analisi del campione • Il cheratocono di tipo ovale, invece, coinvolge in misura maggiore il primo stadio con una percentuale pari al 53%.

35. Analisi del campione

36. Analisi del campione • Il cheratocono di tipo globoso prevale nel quarto stadio con il 50%.

37. Analisi del campione

38. Analisi del campione • Abbiamo poi inserito i dati relativi all’altezza media del cono suddividendoli in stadi. L’istogramma mostra come, all’aumentare del grado di severità dell’ectasia corrisponda un aumento dell’altezza media dell’apice del cono espressa in micron.

39. Analisi del campione

40. Analisi del campione • All’interno dell’ultimo istogramma abbiamo invece inserito i dati relativi all’area media espressa in millimetri quadrati investita dall’ectasia. La correlazione tra l’avanzamento della patologia e l’area ectasica è di tipo lineare inverso. E’ emerso, quindi, che, mentre l’area ectasica tende a diminuire all’avanzare delle severità del cheratocono, l’altezza media del cono tende ad aumentare. • Questi ultimi dati, insieme alla classificazione morfologica del cheratocono, potrebbero essere utilizzati per monitorare l’evoluzione della patologia ed essere utilizzati come nuovo metodo per la classificazione.