Manipulation de la géométrie de l’illumination pour l’imagerie fonctionnelle de la rétine par ophtalmoscope plein champ corrigé par optique adaptative

Abstract

As the only transparent optical window of our body, the eye gives a unique access to the observation of neural and vascular networks. Today however, a new era is opening up for high-resolution imaging, which should no longer be limited to giving access to tissue structures, but may also tackle their functions. In fact, biomarkers for the functioning of the whole human body can be found in retinal imaging. Neurodegenerative diseases (Parkinson's, Alzheimer's) or arterial hypertension could thus be diagnosed early by high precision imaging of the retina. In my thesis work, I intended to show how the full-field ophthalmoscope, associated to imaging modalities adjusting geometrical settings of the illumination, could contribute to research on the retina. To achieve this ambitious goal, we modified the full-field ophthalmoscope built at the National Hospital Center of Quinze-Vingts with a specific image processing and two new instruments inspired by full-field microscopy. We have integrated these instruments into the illumination path of the ophthalmoscope to manipulate the geometry of the retinal illumination. These new implementations allow us to make use of more advanced imaging techniques, such as dark field imaging or noninvasive near infrared angiography. These imaging modalities have been exploited to image the retina functionally. We focused mainly on the light coupling function of photoreceptors and on blood perfusion.L’œil étant la seule fenêtre optique transparente de notre corps, il donne un accès unique à l’observation de réseaux neuronaux et vasculaires. Mais aujourd’hui une nouvelle ère s’ouvre pour l’imagerie haute résolution, qui ne doit plus se contenter de donner accès aux structures des tissus, mais aussi d’en apprécier les fonctions. En effet, on peut trouver dans l’imagerie rétinienne des biomarqueurs du fonctionnement de l’ensemble du corps humain. Des maladies neurodégénératives (Parkinson,Alzheimer) ou l’hypertension artérielle pourraient être ainsi précocement diagnostiquées par une imagerie de haute précision de la rétine. L’optique adaptative, adaptée à l’imagerie rétinienne dès 1997, a amélioré nettement la résolution spatiale des images rétiniennes entraînant la multiplication des études de rétine par ophtalmoscope. Elle a notamment été couplée avec l’ophtalmoscope à balayage, qui devint le choix le plus populaire par sa supériorité en résolution spatiale et sectionnement optique par rapport au plein champ. Cependant, contrairement aux systèmes à balayage, l’ophtalmoscope plein champ produit des images grand champ à forte cadence d’acquisition et sans distorsion. Dans mon travail de thèse, j’ai cherché à montrer qu’un tel système, associé à des modalités d’imagerie jouant sur la géométrie d’éclairement, pourrait apporter à la recherche sur la rétine. Pour atteindre cet objectif ambitieux, nous avons modifié l’ophtalmoscope plein champ construit au Centre Hospitalier National des Quinze-Vingts avec un traitement d’image spécifique et deux nouveaux instruments inspirés de la microscopie plein champ. Nous avons intégré ces instruments dans le trajet d’illumination de l’ophtalmoscope afin de manipuler la géométrie de l’éclairage de la rétine. Ces nouvelles implémentations nous permettent de mettre en œuvre des techniques d’imagerie plus avancées, comme par exemple l’imagerie en champ sombre ou l’angiographie non invasive en proche infrarouge. Ces modalités d’imagerie ont été exploitées pour imager la rétine de façon fonctionnelle. Nous nous sommes intéressés principalement à la fonction de couplage de lumière des photorécepteurs et à la perfusion sanguine