Voir dans l’Oeil
Afin de mieux diagnostiquer et soigner les maladies de la rétine, l’Institut de la Vision développe, en collaboration avec des entreprises spécialisées et d’autres organismes, un instrument optique d’un nouveau genre : le tomographe à haute résolution.
Depuis la fin des années 1990, plusieurs équipes de recherche dans le monde tentent de mettre au point un instrument optique appelé tomographe à haute résolution (de tomos, coupe, graphein, écrire), capable de visualiser dans les trois dimensions chaque couche de la rétine, quasiment cellule par cellule. En France, ce programme, baptisé « projet ŒIL », a pris corps grâce au rassemblement de plusieurs équipes et entreprises franciliennes comprenant des médecins ophtalmologues, des astronomes, des opticiens, des physiciens et des ingénieurs.
Image grand champ (4°) de la rétine : cette image a été obtenue a posteriori à partir d’images individuelles (champ de 1°) positionnées les unes par rapport aux autres grâce à un algorithme. © Lesia
On l’imagine, voir en gros plan et sur différents niveaux les défauts du tissu multicouches qu’est la rétine faciliterait énormément le diagnostic de ses pathologies, le suivi des patients et l’analyse des effets des traitements. Or, dans les années 1990, l’imagerie de la rétine a fait des progrès importants. Aujourd’hui, elle peut être réalisée soit avec un ophtalmoscope laser à balayage (SLO, Scanning laser ophthalmoscope), soit avec un tomographe à cohérence optique (OCT, Optical Coherence Tomograph). Toutefois les performances de ces appareils sont limitées par les distorsions optiques dues à la très mauvaise qualité optique du segment antérieur de l’œil (film lacrymal, cornée, cristallin).
La tomographie à cohérence optique (OCT)
Apparu au milieu des années 1990, ce procédé d’imagerie diagnostique est comparable à l’échographie (bien que reposant sur la lumière et non sur les ultrasons) car capable de visualiser des « tranches » d’organe (de moins de 10 microns d’épaisseur) en pénétrant dans la profondeur des tissus. Appliqué à l’œil, il permet ainsi d’observer les différentes couches cellulaires de la rétine, dont la couche des photorécepteurs.
Haute autorité de santé, Tomographie du segment postérieur de l’oeil par scanographie à cohérence optique, juin 2007
A la fin des années 1990, des chercheurs américains ont eu l’idée d’adapter à l’ophtalmologie des techniques dites d’optique adaptative, initialement développées pour l’astronomie, ayant l’énorme avantage d’éliminer les distorsions optiques produites par les turbulences de l’atmosphère.
Reprise en France sous l’impulsion de Pierre Léna (Observatoire de Paris), Claude Boccara (Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles, ESPCI, Paris) et Jean-Francois Le Gargasson (alors au Laboratoire de biophysique de la vision, Hôpital Lariboisière, Paris), l’idée a donné naissance au projet ŒIL en 1998 : il s’agissait alors de réaliser un premier appareil d’optique adaptative adapté à l’observation de l’œil humain et de le coupler à un appareil commercial d’OCT, ou mieux à l’OCT « plein champ », une technique de meilleure résolution inventée à l’ESPCI, ou encore à un ophtalmoscope à « filtration confocale », une méthode qui améliore le contraste de l’image.
L’optique adaptative
L’image d’un objet déformée par les turbulences atmosphériques recèle des informations cachées. Pour les révéler, l’optique adaptative utilise des miroirs déformables dont la courbure de surface est corrigée plusieurs centaines de fois par seconde. Grâce à un « analyseur de front d’onde » (une matrice de microlentilles placée devant un détecteur très sensible) qui pilote ces miroirs déformables, il est possible de compenser en temps réel les mouvements atmosphériques. La même technologie peut être adaptée à l’observation de l’œil : des miroirs de petite taille permettent alors de compenser les déformations des rayons lumineux dues à la partie antérieure de l’œil.
Fin 2003, un premier prototype d’optique adaptative, le « banc 2D », voit le jour et est installé au Centre d’investigation clinique (CIC) de l’hôpital ophtalmologique des Quinze-Vingts, tandis qu’un appareil d’OCT plein champ adapté à l’étude de la rétine finit d’être mis au point à l’ESPCI. Des tests cliniques réalisés depuis lors sur une trentaine de patients et sujets sains, sous la responsabilité de Marie Glanc, ont mis en évidence la supériorité de l’imageur ainsi constitué pour visualiser la rétine et détecter des anomalies, en comparaison de techniques commerciales d’OCT. Parallèlement le prototype d’optique adaptative a pu être perfectionné. Les résultats sont impressionnants : l’instrument permet de voir en détails la rétine, par exemple la mosaïque des cônes et des bâtonnets, ou bien la microcirculation sanguine.
CNRS, Le projet œil : l’astronomie entre à l’hôpital, 31 mars 2005
Un télescope dans l’œil ?, Cité des sciences, Biomagazine, mars 2005
Prototype 2D installé au CIC des Quinze-Vingts
© Lesia
Le projet ŒIL se heurte cependant à une difficulté majeure : les mouvements de l’œil du patient pendant l’examen, qui créent de nouvelles distorsions. Chaque image d’ensemble de la rétine doit être reconstruite à partir de centaines d’images qui balayent chacune une petite zone. La réalisation de ces dernières exige qu’une zone donnée du champ de la rétine observée soit stable durant le laps de temps (quelques microsecondes) nécessaire à la pose. Or, de tous les mouvements du corps avec lesquels un système d’imagerie doit composer, les micro saccades, tremblements, et autres rotations des yeux sont de très loin les plus rapides. En conséquence, la rétine défile à toute vitesse dans le champ de l’imageur. Certes différemment selon les personnes, mais de manière d’autant plus importante que les patients sont âgés, ce qui est le cas général parmi les personnes atteintes de DMLA (dégénérescence maculaire liée à l’âge) ou de glaucome.
Plusieurs solutions peuvent être envisagées. La première serait de recourir à l’anesthésie. Mais son côté invasif et ses effets secondaires la disqualifient. La seconde solution est technique : elle vise à compenser suffisamment les mouvements de l’œil, par exemple en les mesurant et en les « soustrayant » en temps réel ou durant le traitement informatique de chaque image. Une autre approche, plus fonctionnelle, a la préférence des promoteurs du projet ŒIL : elle consiste à adapter l’instrument au handicap visuel de chaque patient, notamment en termes de fixation, à l’instar des orthoptistes qui enseignent à réutiliser les parties saines d’une rétine endommagée, pour améliorer, par exemple, les performances de lecture. Il s’agirait de redonner aux personnes âgées ou déficientes visuelles un comportement moteur oculaire plus proche de celui de personnes jeunes et non malades, dont les capacités de fixation sont suffisantes pour obtenir des images rétiniennes à haute résolution.
Dans tous les cas, le projet ŒIL, qui fêtera ses dix ans en 2008, nécessitera encore des années d’efforts pour aboutir. Une perspective somme toute normale pour un dessein d’une telle complexité.
Les partenaires du projet ŒIL en 2008
- Institut de la Vison : équipe de Jean-François Le Gargasson
- Observatoire de Meudon, Laboratoire d’études spatiales et d’instrumentation en astrophysique (LESIA) : Marie Glanc et Gérard Rousset
- Office national d’études et recherches aérospatiales (Onera) : Laurent Mugnier
- Mauna Kea Technologies : François Lacombe
- Imagine Eyes : Nicolas Château
- Université Pierre et Marie Curie, CHNO des Quinze-Vingts : Michel Pâques, José-Alain Sahel, Sarah Tick
- Hôpital Lariboisière, Université Paris 7-Denis Diderot : Alain Gaudric]
Le projet ŒIL se poursuit depuis 2006 dans le cadre du « projet Rétinopathies » labellisé pour trois ans par le pôle de compétitivité Medicen Paris Région. Parallèlement, le projet INOVEO (Instrumentation à optique adaptative pour l’ophtalmologie), financé par l’Agence nationale de la recherche (ANR), vise à mettre au point un imageur de la rétine à deux dimensions.
- Projet Rétinopathies (2006-2008) Mauna Kea Technologies (pilote), Fovea Pharmaceuticals, Imagine Eyes, Institut de la Vision, CHNO des Quinze-Vingts, Inserm, Université Pierre et Marie Curie. http://www.medicen.org/
- Projet INOVEO (ANR- programme « Réseau national des technologies pour la santé », 2006-2008) Imagine Eyes (coordinateur), CHNO des Quinze-Vingts, Lesia, Onera (Office national d’études et recherches aérospatiales), Laboratoire d’astrophysique de l’observatoire de Grenoble (LAOG), Hôpital Necker-Enfants malades, Centre hospitalier intercommunal de Créteil, Laboratoire de traitement et transport de l’information (L2TI, université Paris 13), Institut Curie (Plate-forme PICT). http://www.onera.fr/vo-programme/2006-013.php
J.J. Perrier
