Appunti di semeiottica fisiopatologica by Rivista Sfogliabile

Introduzione

o scopo di questo manuale è fornire una sintesi pratica dell’ottica fisiopatologica associata alla semeiotica degli ultimi 20 anni. È stato da me concepito per gli studenti di ortottica ed assistenti di oftalmologia durante i corsi di insegnamento che ho tenuto presso l’Università di Ferrara. La materia sviluppata è utile però anche per gli specializzandi che possono trovare un riassunto pratico delle comuni patologie refrattive. Ho aggiornato il capitolo del calcolo delle IOL, argomento in continua evoluzione, per adattarlo alle nuove tipologie di lenti. Per le Lenti a contatto mi sono rifatto alla storia, e quindi alla mia esperienza, con un breve aggiornamento sulle nuove Lenti Minisclerali. Esistono autorevoli testi, citati in bibliografia, che spiegano i dettagli ottico-matematici dell’ottica fisiopatologica, materia questa affascinante ma non sempre semplice. Aver giocato con le parole nel titolo, in realtà pone l’accento sulla combinazione che ormai ottica e semeiotica hanno nella pratica clinica dell’oftalmologo. Quando ho iniziato ad usare il primo topografo computerizzato nel 1989 (CMS – Corneal Modeling System) esisteva storicamente solo l’oftalmometro del secolo precedente. La cornea è la sede delle più importanti chirurgie refrattive.

Dott. Massimo Camellin Medico Chirurgo Oculista Direttore Sanitario di Sekal Microchirurgia Rovigo

INTRODUZIONE

Molte di queste chirurgie sono state soppiantate da tecniche più moderne e precise ma vi sono ancora molti pazienti operati che richiedono il nostro operato per migliorare la qualità della visione e calcolare per esempio una lente intraoculare. Ho pensato quindi di menzionare non solo la diagnostica nella sua evoluzione, ma gli sviluppi che occhi operati hanno avuto con tecniche non più attuali. Chi avrà la pazienza di leggere il testo, lo potrà fare in relazione ad esigenze di studio o per approfondire qualche caso clinico. La stesura del testo è partita dalla “sbobinatura” delle lezioni e qui devo ringraziare le mie preziose collaboratrici coordinate da mio figlio Umberto. Senza questi aiuti il testo non avrebbe avuto seguito. Quindi grazie a L. Frizziero, A. Bortoli, G. Meggiolaro, R. Di Pietro. Fondamentale il contributo iconografico di M.R. Zanasi per la strabologia qui solo accennata. Nel capitolo sulle IOL un rigraziamento va ad A. Calossi, C. Carbonara, R. Carnevali. Per finire vorrei ringraziare i tecnici della ditta Optikon 2000 (R. Mattioli e R. Federici) e CSO (L. Sassano e F. Versaci). Abbiamo sviluppato con loro negli anni molte migliorie presenti negli strumenti. Buona lettura Massimo Camellin

Prefazione

uest’opera di Massimo e Umberto Camellin è un compendio molto esaustivo di una tematica che, certamente, non è molto familiare alla gran parte degli Oftalmologi, pur costituendo le basi che portano all’ottenimento di dati di fondamentale importanza per la comune pratica clinica. I due volumi che la compongono contengono capitoli che spaziano dai principi di ottica alla loro applicazione pratica, con risvolti clinici di importanza non secondaria nell’attività quotidiana dell’Oftalmologo. Già dal titolo, “Appunti di SemeiOttica Fisiopatologica”, si intuisce che quest’opera è una guida che permette di applicare principi teorici di Ottica Fisica ai diversi test che costituiscono le basi della nostra Professione, permettendoci anche di comprenderne i meccanismi che sono alla base dei risultati di questi, sui quali fonderemo la nostra attività clinica volta a migliorare la funzione visiva del paziente. Nel primo volume vengono affrontati e spiegati in maniera semplice, gli elementi base dell’ottica fisica e la loro applicazione al mondo dell’Oftalmologia, descrivendo i vizi di refrazione, le tecniche utilizzabili per la loro quantificazione e le conseguenze che esse possono avere sulla qualità della visione. Il volume si conclude con un capitolo molto importante che descrive la Semeiotica strumentale dopo chirurgia refrattiva, una guida che, sono certo, renderà più consapevoli molti Oculisti

Prof. Pasquale Aragona Professore Ord. di Oftalmologia Direttore UOC di Oftalmologia Direttore Scuola di Specializzazione in Oftalmologia Università di Messina

PREFAZIONE

che credono che la chirurgia refrattiva possa essere un “semplice” intervento chirurgico o parachirurgico, dietro il quale però si possono nascondere parecchie insidie se non effettuato con cautela e con la giusta preparazione del paziente e se non è seguito da un attento monitoraggio dei suoi effetti, a volte non sempre prevedibili. Nel secondo volume vengono affrontate tematiche direttamente collegate all’esito degli interventi refrattivi: le aberrazioni e la refrazione e il calcolo delle lenti intraoculari che deve essere effettuato sul paziente che si è sottoposto in precedenza a chirurgia refrattiva corneale e che sappiamo essere foriero di molti dispiaceri, se non condotto seguendo le giuste regole e, a volte, anche a dispetto di queste. Anche interventi refrattivi intraoculari, come l’utilizzo di lenti fachiche, devono essere seguiti con attenzione perché possono essere responsabili di alterazioni che possono vanificare il risultato refrattivo ottenuto. La semeiotica però non è solo quella conseguente a interventi chirurgici ma è molto importante anche in condizioni specifiche come il cheratocono, in cui una diagnosi e un trattamento precoci possono evitare gravi menomazioni visive ai pazienti con la necessità di dover ricorrere a trattamenti chirurgici maggiori, o come nell’applicazione di lenti a contatto, mezzi di correzione visiva che, se usate in maniera opportuna posso costituire un valido presidio ed evitare di dover ricorrere a trattamenti chirurgici più invasivi. In realtà, nel nostro Paese, a causa di strategie 10

PREFAZIONE

commerciali del passato da parte delle aziende produttrici, l’uso delle lenti a contatto e molto minore di quanto non sia in altri Paesi occidentali. La migliore conoscenza di questi presidi può certamente ottimizzare il loro utilizzo, diffonderne maggiormente l’uso e garantire la possibilità che vengano applicate anche in condizioni cliniche in cui la superficie oculare può presentarsi alterata. Mi congratulo, quindi, con gli Autori per quest’opera di grande utilità pratica e ricca di illustrazioni molto esplicative; sono certo che chi la leggerà potrà trovare in questi due volumi una guida imprescindibile per la migliore comprensione di tecniche che sono alla base di buona parte dell’attività clinica giornaliera. Prof. Pasquale Aragona Professore Ordinario di Oftalmologia Direttore UOC di Oftalmologia Direttore Scuola di Specializzazione in Oftalmologia Università di Messina

Autori

Dott. Umberto Camellin

Dott.ssa Adriana Bortoli

Antonio Calossi

Medico Chirurgo in formazione

Medico Chirurgo Oculista presso Sekal Microchirurgia Rovigo

FIAO, FBCLA, FIACLE Docente Ottica e Optometria Università degli Studi di Firenze

Dott. Claudio Carbonara

Gianluca De Lillo

Specialistica in Oftalmologia Università di Messina

Medico Chirurgo Oculista, Libero Professionista in Roma

BScOptom (UK), Ortottista, Ottico, Specialista di lenti a contatto (Parma), Docente presso Scuola Internazionale di Ottica e Optometria (Firenze)

AUTORI

Dott.ssa Luisa Frizziero

Dott.ssa Roberta Di Pietro

Medico Chirurgo Oculista presso Sekal Microchirurgia Rovigo

Ortottista presso Sekal Microchirurgia Rovigo

Dott. Roberto Carnevali

Dott.ssa Giulia Meggiolaro

Medico Chirurgo Oculista presso Casa di Cura Città di Parma, Responsabile dell’Unità operativa di Oculistica

Ortottista presso Sekal Microchirurgia Rovigo

Indice Introduzione di Massimo Camellin Prefazione di Pasquale Aragona

pag.

2 Vizi di refrazione

pag.

3 Rifrattometria oggettiva in occhi vergini

pag.

4 Esame topografico

pag. 109

5 Le aberrazioni ottiche

pag. 167

6 Semeiotica strumentale dopo chirurgia refrattiva

pag. 221

PRIMO VOLUME

1 Elementi di ottica

Massimo Camellin - Luisa Frizziero - Umberto Camellin Massimo Camellin - Luisa Frizziero - Umberto Camellin Massimo Camellin - Luisa Frizziero - Umberto Camellin Massimo Camellin - Adriana Bortoli - Umberto Camellin Massimo Camellin - Adriana Bortoli - Umberto Camellin Massimo Camellin - Adriana Bortoli - Umberto Camellin

SECONDO VOLUME 7 Le aberrazioni ottiche in occhi operati di chirurgia refrattiva Massimo Camellin - Umberto Camellin

8 Misurazione della refrazione in cornee operate di chirurgia refrattiva

Massimo Camellin - Adriana Bortoli - Umberto Camellin

9 Calcolo IOL prima e dopo chirurgia refrattiva e principi ottici delle IOL multifocali

Massimo Camellin - Claudio Carbonara - Roberto Carnevali Antonio Calossi - Umberto Camellin

10 Semeiotica strumentale dell’ectasia corneale

Massimo Camellin - Giulia Meggiolaro - Umberto Camellin

11 Ottica della contattologia generale

Massimo Camellin - Gianluca De Lillo - Roberta Di Pietro - Umberto Camellin

12 Semeiotica strumentale per l’impianto di lenti fachiche Massimo Camellin - Roberta Di Pietro - Umberto Camellin 15

CAPITOLO

Elementi di ottica

Questo capitolo chiarirà i principali concetti di ottica gaussiana, il diottro composto, i piani principali, la formula di associazione dei diottri, l’indice di rifrazione fittizio ed un’introduzione ai principi del ray tracing.

Diottro semplice ed indice di rifrazione Con il termine “diottro semplice” intendiamo una superficie curva che divide due mezzi con indice di rifrazione (n) diversi (figura 1-1).

Figura 1-1. Schematizzazione del diottro semplice. A sinistra vuoto mentre a destra un mezzo con n maggiore del vuoto.

Quando la luce passa da un mezzo ad un altro, quindi con densità diversa, la sua velocità cambia. In particolare, la velocità della luce è più elevata nel vuoto e diminuisce quando attraversa mezzi otticamente più densi. Il rapporto tra la velocità della luce nel vuoto e la velocità della luce in un dato mezzo definisce l’indice di rifrazione o indice rifrattivo di quel mezzo (n). Questo indice (n) è pari a 1.0003 nell’aria ed è maggiore nei mezzi più densi, mentre nel vuoto è pari a 1, dove non è presente nessuna particella. 17

Appunti di semeiottica fisiopatologica

Massimo Camellin ● Umberto Camellin

velocità luce nel vuoto velocità luce nel mezzo

Quando un raggio di luce passa obliquamente da un mezzo a più basso indice di rifrazione (n1) ad un mezzo con un indice di rifrazione (n2) più alto, la sua velocità si riduce e viene deviato verso la normale (perpendicolare) alla superficie refrattiva. Questo concetto è abbastanza intuitivo perché quando qualcosa passa da un mezzo che possiamo definire libero, dove non c’è nulla, ad un mezzo più denso, viene “frenato”. Se il raggio di luce passa perpendicolarmente all’interfaccia non vi è nessuna deviazione, ma la sua velocità si riduce. Al contrario, quando un raggio passa obliquamente da un mezzo con un indice rifrattivo più alto ad un mezzo con indice rifrattivo più basso, il raggio viene allontanato dalla perpendicolare alla superficie rifrattiva. Inoltre, più il mezzo è denso, più l’indice di rifrazione è alto; dunque, il raggio luminoso verrà maggiormente allontanato dalla normale della superficie rifrattiva. Gli indici di rifrazione comunemente usati in ottica clinica sono: Vuoto = 1 Aria = 1.0003 Cornea = 1.376 Umor acqueo = 1.336 Cristallino = 1.413 (valore medio secondo Gullstrand) Umor vitreo = 1.336 Esistono piccole differenze sugli indici di refrazione a seconda degli autori. Comunemente, per approssimazione, per aria e vuoto l’indice di rifrazione viene considerato il medesimo (n=1). In un diottro (semplice) abbiamo i punti focali (F1 ed F2 immagini provenienti dall’infinito) ed i punti coniugati (c1 e c2 immagini a distanza ravvicinata) (figura 2-1). Se si assume la presenza di raggi luminosi provenienti dall’infinito, questi, dopo aver attraversato il diottro, convergono (o divergono). L’entità della deviazione è dovuta al valore dell’indice di rifrazione dei due mezzi (legge di Snell) ed alla curvatura del diottro. I punti focali (F1 e F2) sono i punti nello spazio in cui i raggi provenienti dall’infinito si focalizzano rispettivamente venendo da destra o da sinistra. Nel nostro occhio il punto focale è la retina (dove l’immagine viene messa a fuoco) ed i raggi arrivano paralleli dall’infinito attraversando la cornea ed il cristallino. 18

Capitolo 1

Elementi di ottica

Figura 2-1. Schematizzazione dei raggi passanti per un diottro. Punti focali (F1 ed F2) e punti coniugati (c1 e c2).

I punti coniugati (c1 e c2) sono punti che contengono l’oggetto, posto a distanza ravvicinata, e la sua immagine. Ad esempio, facendo riferimento alla figura 2-1, un oggetto posto all’infinito si focalizza in F2. Invece, se tale oggetto proviene da c1, quest’ultimo si coniuga con c2. Dunque, la ricostruzione dell’immagine di un oggetto ad una determinata distanza dal nostro diottro è dipendente dalla posizione dell’oggetto stesso. Infatti, i punti coniugati si spostano a seconda della distanza focale (aumentando la distanza di uno (c1) diminuisce l’altra (c2)) a cui noi poniamo il nostro oggetto. Tale concetto è ovviamente reversibile (c2 oggetto, c1 immagine). Nell’occhio ovviamente l’oggetto è al di fuori del bulbo oculare e la sua immagine è all’interno. Prima di proseguire è necessario introdurre due definizioni: asse visivo e asse anatomico. L’asse visivo è la linea immaginaria passante per la fovea ed il vertice corneale. La differenza fra centro pupillare e asse visivo costituisce l’angolo Kappa. L’asse anatomico è la linea immaginaria che divide in due parti uguali una sezione del bulbo oculare. In condizioni fisiologiche, quest’ultimo, è passante per l’apice corneale. Invece, i punti nodali sono i punti dell’asse visivo in cui i raggi luminosi non subiscono deviazioni. Nell’occhio sono i punti in cui passano tutti i raggi che compongono l’immagine. In condizioni fisiologiche ed in condizioni di accomodazione negativa (muscolo ciliare a riposo) tale punto è generalmente situato sulla faccia posteriore del cristallino naturale. Se noi, per esempio, proiettiamo sulla 19

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retina un oggetto (freccia blu in figura 3-1), si verrà a creare un’immagine a livello retinico data dalla sommatoria di tutti raggi luminosi che partono da ogni punto del nostro oggetto. Ogni raggio luminoso che proviene dall’oggetto (e che si focalizzerà poi sulla retina) passa attraverso lo stesso punto, ovvero “il punto nodale”. In ottica (semplificata) vige la cosiddetta “approssimazione gaussiana”: l’oggetto viene considerato parte di una superficie sferica (circonferenza più grande in figura 3-1) mentre la sua proiezione è lineare (raggio luminoso). Questa approssimazione ci permette di semplificare le formule di ricostruzione dell’immagine.

Figura 3-1. Schematizzazione dell’approssimazione Gaussiana e relativo punto nodale.

Infine, l’ottica gaussiana, trascura la natura ondulatoria della luce, prevedendo dunque una luce monocromatica, angoli di incidenza trascurabili e pennelli elementari di raggi in un campo parassiale di 10°. In sintesi, per approssimare ad una proiezione lineare un oggetto appartenente ad una curva, l’ottica gaussiana è valida solo per un’ampiezza limitata (circa 10°).

Il diottro composto secondo l’ottica gaussiana La cornea può essere descritta come un diottro composto in cui la luce subisce una deviazione perché passa dall’aria (n1) alla cornea (n2) e dalla cornea (n2) all’umor acqueo (n3). Tali mezzi presentano indici di rifrazione differenti (figura 4-1 a). 20

Capitolo 1

Elementi di ottica

Figura 4-1. Schematizzazione del diottro composto cornea (a) e della sua approssimazione a

diottro semplice attraverso l’indice di refrazione cheratometrico fittizio(nk) (b). Solitamente in Europa il valore dell’n fittizio è di 1.3375.

La cornea è costituita da una superficie anteriore, una posteriore ed un mezzo con indice di refrazione reale (secondo il modello dell’occhio schematico di Gullstrand pari a 1.376). I poteri diottrici della superficie anteriore e posteriore possono essere descritti a partire dal raggio di curvatura e dagli indici di refrazione dei mezzi attraversati. Infatti, il potere refrattivo (espresso in diottrie [D]) di una superficie sferica che separa due mezzi con indici di rifrazione diversi può essere calcolato secondo la formula: D=

n2 – n1 r (m)

Dove n2 e n1 sono gli indici di refrazione attraversati e r(m) il raggio di curvatura in metri. Il potere anteriore della cornea è il più significativo del diottro oculare perché vale circa 51 dt. Il potere posteriore è invece negativo, pari a circa -6 dt. Attraversando la superficie anteriore passiamo da un indice di rifrazione di circa 1 (aria) ad un indice di 1.376 (cornea); mentre, attraversando la superficie posteriore passiamo da un indice di rifrazione di 1.376 all’umor acqueo che ha un indice di rifrazione di 1.336. Quindi la superficie anteriore, convessa, ha un potere convergente mentre la posteriore sempre convessa, ha un potere negativo, quindi divergente. Il rapporto tra le due superfici in una cornea normale è pressoché costante; dunque, per comodità, negli anni la cornea, diottro composto, è stata approssimata ad un diottro semplice. Per fare ciò, non è stato quindi più utilizzato l’indice di refrazione reale (secondo Gullstrand) ma un indice di rifrazione fittizio (nk). 21

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Questo indice di rifrazione fittizio è detto anche indice cheratometrico (il più diffuso è 1.3375). Tale indice cheratometrico ci permette di stimare il potere diottrico totale della cornea con la semplice misurazione della superficie anteriore (cheratometria od oftalmometria). Un tempo era possibile misurare soltanto la curvatura corneale anteriore attraverso gli oftalmometri (di Javal o di Helmholtz). Veniva quindi a posteriori reinterpretato il potere diottrico totale, supponendo che la superficie posteriore avesse un rapporto fisso con la superficie anteriore. Quest’approssimazione può comportare degli errori (in particolare in occhi con una morfologia non fisiologica dopo chirurgia refrattiva). Al di là della possibile differenza nel rapporto delle curvature (anteriore e posteriore) presente da individuo ad individuo, esiste un errore storico legato a nk =1.3375. Infatti, se tale indice fittizio fosse vero allora la cornea risultante sarebbe più spessa al centro che in periferia. Dagli studi di Gullstrand e dalle misurazioni tomografiche che possiamo ottenere oggigiorno sappiamo che non è così. Il potere diottrico è una misura della distanza focale in metri (f), cioè la distanza tra il punto focale primario (oggetto) ed il fuoco (punto focale secondario, immagine dell’oggetto). Quanto più una lente, od uno specchio, hanno un potere diottrico elevato, tanto più convergono, o divergono, i raggi. Se parliamo di potere diottrico dell’occhio in particolare, i raggi che provengono dall’infinito convergono (grazie alla cornea ed al cristallino) entro circa 23-24 mm (ovvero la lunghezza assiale dell’occhio medio). Potere diottrico (D) =

n Distanza (f)

L’inverso del potere diottrico (1/D) corrisponde alla distanza focale (in aria). Dunque, ad un potere diottrico di 1 D corrisponde la messa a fuoco di una lente ad 1 metro (in condizioni di riposo accomodativo il punto remoto si coniuga con la retina, in condizioni di massima accomodazione la retina si coniuga con il punto prossimo). Questo è il principio base della prescrizione degli occhiali. Per esempio, quando un paziente ha 2 D di miopia la sua messa a fuoco naturale è a 50 cm (1/2), se ha 3 D di miopia è a 33 cm (1/3). Quindi, la messa a fuoco (punto remoto) di un paziente con un difetto refrattivo come la miopia non è all’infinito (come un occhio emmetrope) ma, il punto remoto sarà ad una distanza che dipenderà dall’entità del difetto stesso. Nel caso della miopia più la messa a fuoco è ravvicinata tanto più elevato è il difetto. 22

Capitolo 1

Elementi di ottica

Per esempio: 1 D =1/1=1 m 2 D =1/2=0.5 m= 50 cm 3 D = 1/3= 0.33 m= 33 cm Anche il cristallino naturale (lente biconvessa) è un diottro composto. L’occhio, quindi, è composto da due diottri composti (cornea e cristallino) (figura 5-1).

Figura 5-1. Schematizzazione del doppio diottro composto cornea e cristallino. Percorso

schematico di un raggio luminoso attraverso i due piani principali del doppio diottro compo-

sto. ACD = Anterior Chamber Depth (Profondità della camera anteriore, nell’immagine viene esclusa la componente pachimetrica). Lens = Cristallino.

I due diottri composti si sommano con una relazione che dipende dalla posizione dei cosiddetti “piani principali”. In realtà il cristallino ha una struttura non omogenea per cui non ha solo una superficie anteriore e posteriore ma una densità variabile interna. Per semplicità lo considereremo comunque uniforme.

Piani principali e diottri dell’occhio I piani principali sono realtà virtuali che identificano le distanze tra i diottri dalle quali calcolare il percorso dei raggi. Come scritto in precedenza i raggi luminosi, in un occhio normale, arrivano paralleli alla superficie corneale, quindi cominciano a convergere (nello stroma corneale), divergono leggermente a livello della 23