LESIA - Observatoire de Paris

Applications biomédicales

Le projet OEIL

mardi 3 janvier 2012, par Marie Glanc

Depuis 1998, le LESIA s’est investi dans la mise en application des techniques haute résolution spatiale développées pour l’imagerie astronomique dans le domaine biomédical. Cet investissement concerne pour l’instant le domaine de l’ophtalmologie, et plus précisément, de l’imagerie du fond de l’oeil (rétine). L’ensemble des activités du département dans ce domaine correspond au projet OEIL. Il constitue une collaboration unique entre physiciens du LESIA, médecins de l’hôpital des Quinze-Vingts et de l’Institut de la Vision et ingénieurs de l’Office National d’Etudes et de Recherches Aérospatiales (ONERA).

Pourquoi le projet OEIL ?

L’atmosphère terrestre perturbe le trajet des rayons lumineux depuis les corps célestes jusqu’aux télescopes situés au sol. De manière comparable, le trajet des rayons lumineux provenant de la zone de rétine illuminée lors d’un examen ophtalmologique en direction de la caméra sur laquelle le médecin observe le fond d’oeil est perturbé par des défauts oculaires qui fluctuent temporellement (présence d’aberrations). Ce point est développé sur la page « contexte du projet ».

La marche des rayons lumineux rétrodiffusés par la rétine est perturbée par la (...)
La marche des rayons lumineux rétrodiffusés par la rétine est perturbée par la traversée du segment antérieur

Sur quels principes repose le projet OEIL ?

Les astronomes ont développé des techniques dites d’Optique Adaptative (OA) pour lutter contre les effets de la turbulence atmosphérique. Ces techniques peuvent être réutilisées en les aménageant pour minimiser « virtuellement » l’effet délétère des aberrations oculaires sur les images de fond d’oeil obtenues par les médecins.

La marche des rayons lumineux issus des objets célestes est perturbée par la (...)
La marche des rayons lumineux issus des objets célestes est perturbée par la traversée de l’atmosphère

Depuis le début du projet OEIL, 2 instruments ont vu le jour.

  • Le premier instrument conçu est de type "caméra de fond d’oeil par optique adaptative" (retinal AO-corrected flood imager). Il a donné naissance en 2001 aux premières images de photorécepteurs (=pixels rétiniens) in vivo en Europe. Il est actuellement installé à l’hôpital des Quinze-Vingts où les médecins ont pu visualiser les rétines de plusieurs sujets et patients avec une résolution inaccessible jusqu’alors.
  • Le deuxième instrument conçu au LESIA couple la même technique d’Optique Adaptative et la technique de Tomographie Optique Cohérente (OCT) plein champ (mise au point à l’Ecole Supérieure de Physique Chimie Industrielle (ESPCI)) dans une version adaptée au travail sur l’oeil vivant. Il sera également installé à l’hôpital des Quinze-Vingts lorsque les développements seront achevés.

Ces instruments doivent apporter de nouveaux moyens d’investigation non invasifs des tissus rétiniens ainsi que des outils de diagnostic précoce innovants pour différentes pathologies rétiniennes (telles que la DMLA ou le glaucome).

Présentation de l’instrument "2D", basé sur la technique d’OA seule

L’OA permet la correction des défauts oculaires, y compris ceux dont nous n’avons pas conscience mais qui dégradent la qualité des images de fond d’oeil acquises par les ophtalmologistes. Elle augmente la résolution "2D", latérale, de ces images. Elle permet donc la visualisation précise de cellules telles que les photorécepteurs ou les très petits capillaires jusqu’alors uniquement connus par des coupes histologiques. Dans le cadre du travail sur cet instrument, des algorithmes de traitement d’images "bas niveau" innovants (déconvolution 3D) et "haut niveau" (comptage de cellules, mesure de diamètres, densité, etc...) ont été développés. Ces traitements, qui ont donné lieu à deux thèses (thèse de G. Chénegros puis thèse de L. Blanco, en cours), sont en partie inspirés d’algorithmes développés pour l’astronomie et pourront peut-être à leur tour, alimenter les recherches en traitements des images astronomiques.

Présentation de l’instrument "3D", basé sur la technique d’OA et sur la technique d’OCT plein champ

L’OA permet de restaurer uniquement la résolution 2D : sur les images à une profondeur donnée, on constate la contribution des couches situées en amont et en aval. La résolution 3D sera donnée soit par traitement d’images (voir ci-dessus) soit par une technique interferometrique, l’OCT plein champ.

Images corrigées par OA de vaisseaux (gauche) et photorécepteurs (droite). (...)
Images corrigées par OA de vaisseaux (gauche) et photorécepteurs (droite). Sans OCT, on observe une contribution des vaisseaux sur l’image des photorécepteurs et vice-versa

Dans cet instrument en cours de tests au LESIA, couplant l’OA et l’OCT plein champ, la technique d’OA utilisée bénéficie des améliorations introduites en OA pour l’astronomie (banc SESAME, projet CANARY, projet SPHERE, etc...) pour augmenter ses performances. Le principe de l’OCT plein champ est décrit à l’article "banc de couplage OA-OCT développé au LESIA".

Perspectives

A terme, l’instrument couplant l’OA et l’OCT sera installé au Centre d’Investigations Cliniques de l’hôpital des Quinze-Vingts où il pourra à son tour, donner lieu à des essais cliniques. Eventuellement, une version pour le petit animal pourra s’en inspirer. 4 brevets ont été déposés au cours des dernières années et une industrialisation du prototype couplé serait souhaitée. Actuellement, d’autres projets collaboratifs avec les médecins et les biologistes de l’Institut de la Vision sont envisagés, utilisant l’OA ou les connaissances en traitement d’images pour l’astronomie. Ces projets s’inscrivent dans le cadre d’une convention de recherche "OEIL-HRS", cosignée par les physiciens du LESIA et de l’ONERA ainsi que par les médecins de l’hôpital des Quinze-Vingts.

Personnel du LESIA impliqué dans cette thématique :

  • Marie Blavier (ingénieure opticienne)
  • Guillaume Chénegros (maître de conférence associé)
  • Gérard Rousset (professeur, responsable scientifique)
  • Marie Glanc (ingénieure opticienne, responsable technique)

Pour le personnel impliqué ponctuellement, voir la page du projet sur le partenariat.