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Record de résolution pour de l'optique adaptative en ophtalmologie

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Depuis plusieurs années, différents laboratoires dans le monde développent des technologies issues de l'optique adaptative utilisée en astronomie pour observer in vivo les cellules de la rétine. Des chercheurs américains affirment aujourd'hui avoir obtenu la meilleure résolution sur des images de bâtonnets.

L'image de gauche montre les plus petits cônes au centre de la rétine dans la zone appelée la fovéa. Sur la droite, les formes brillantes cerclées de noir sont aussi des cônes mais on voit maintenant les bâtonnets, dix fois plus nombreux, les entourant. © University of Rochester/Biomedical Optics Express

Depuis des siècles, les physiciens s'intéressent aux mécanismes de la vision. Confronté à l'œil humain, l'Allemand Helmholtz aurait fait le commentaire suivant : « Si un opticien voulait me vendre un instrument qui comportait de tels défauts, je me sentirais autorisé à lui reprocher sa négligence dans les termes les plus forts, et je lui renverrais son instrument ». Ce point de vue d'un des plus grands physiciens du XIXe siècle, qui était de plus médecin et chirurgien, est malheureusement justifié.

En effet, l'œil présente des défauts optiques, propres à chaque individu, provenant de petites irrégularités de ses différents éléments comme la cornée, le cristallin, l'humeur vitrée, etc. Si un ophtalmologue veut observer les détails du fond de l'œil, il est alors confronté aux mêmes problèmes que les astronomes cherchant à voir les détails des étoiles à travers l'atmosphère. Cette dernière est en effet ce que l'on appelle un milieu inhomogène quant à son indice de réfraction. La turbulence et les changements de température font que la qualité optique des images est vite dégradée.

Turbulence et optique adaptative

Imaginez par exemple que vous vouliez construire un télescope avec une très bonne résolution. Celle-ci augmente avec le diamètre du miroir. Malheureusement, à cause de la turbulence atmosphérique, un télescope dont le diamètre du miroir principal est de 8 mètres possède un pouvoir séparateur effectif équivalent à celui d'un télescope de 20 centimètres de diamètre placé au-dessus de l'atmosphère.

Une solution avait été trouvée dès les années 1950 par l'astronome américain Horace Babcok. Il fallait recourir à une optique adaptative, c'est-à-dire déformer en permanence la forme du miroir de manière à corriger la distorsion du front d'onde de la lumière en provenance d'un astre, causée par la turbulence des couches de l'atmosphère. En 1953, la technologie ne peut pas suivre cette idée mais dans les années 1970, les ordinateurs et les lasers disponibles changent la donne. 

Les militaires étant intéressés par la focalisation des rayons laser comme armes de destruction de missiles dans l'atmosphère et par l'observation précise de ces mêmes missiles ou de satellites militaires, des programmes secrets sont lancés pour développer l'optique adaptative. Au début des années 1980, certaines de ces technologies commencent à être diffusées dans le domaine civil et c'est ainsi que naîtra un prototype, nommé « Come-On », qui fit ses premières observations en 1989 à l'Observatoire de Haute-Provence. La version améliorée, « Come-On+ », sera installée en 1990 au télescope de 3,60 mètres de diamètre de l'Observatoire sud-européen (ESO) à La Silla au Chili.

Le premier à proposer le concept de l'optique adaptative a été l'astronome Horace W. Babcock. © Horace Babcock

Rapidement, des chercheurs se rendent compte du potentiel de cette découverte pour l'ophtalmologie. Face à des pathologies de l'œil liées à des altérations des cellules composant la rétine, c'est-à-dire les cônes et les bâtonnets, l'un des problèmes auxquels sont confrontés les médecins est en effet de pouvoir les observer avec toute la résolution nécessaire en faisant le fond de l'œil d'un patient.

Un outil pour les pathologies de la rétine

D'ordinaire, on ne détecte des maladies comme la DMLA (Dégénérescence maculaire liée à l’âge) que lorsque les dégâts au niveau des cônes (ou bâtonnets) de la rétine sont déjà bien avancés et irréversibles. Or plusieurs dizaines de millions de personnes de par le monde souffrent de DMLA, de rétinopathie diabétique ou d'autres maladies moins répandues mais très handicapantes, comme la rétinite pigmentaire. L'action d'un médicament est en outre difficile à évaluer si l'on n'est pas capable de former des images dont la résolution n'est pas de l'ordre du micron. On comprend donc bien l'intérêt de pouvoir poser très tôt un diagnostic.

En 1997, David Williams, de l'Université de Rochester, fait la première démonstration de l'applicabilité des techniques d'optique adaptative (OA) pour l'observation des cellules rétiniennes. Un consortium français, Inoveo, a développé lui aussi un instrument d'OA pour l'ophtalmologie. En 2008, deux exemplaires du prototype ont été installés dans les départements d'ophtalmologie des hôpitaux Necker à Paris et CHIC à Créteil.

Avec eux, la résolution des images est passée de 20 à 3 microns et il est devenu possible de visualiser la mosaïque des cônes photorécepteurs, (dont le diamètre est de l'ordre de 4 à 5 microns), les capillaires les plus fins, d'un diamètre de l'ordre de 6 microns, ainsi que les détails microscopiques d'autres structures comme la papille.

Aujourd'hui, un groupe de chercheurs mené par Alfredo Dubra (que l'on peut voir dans cette vidéo) de l'Université de Rochester a annoncé avoir obtenu les meilleures images in vivo non seulement des cônes mais aussi des bâtonnets rétiniens en atteignant la résolution limite de 2 microns.

Deux articles expliquant tous les détails des travaux des chercheurs sont donnés en liens ci-dessous.

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