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Avec la précision d’un télescope

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Marie Pinhas-Diena, responsable de la communication scientifique l T. 01 44 27 22 89 l M. marie.pinhas@upmc.fr

Avec la précision d’un télescope

Des confins du cosmos aux fins fonds de l’oeil

Il n’existe a priori aucune similitude entre des clichés d’objets célestes et images des tissus rétiniens. « Détrompez-vous », répondent les astronomes. L’optique adaptative qui sert à l’observation de l'Univers, a très largement inspiré le développement d’outils diagnostiques en ophtalmologie. C’est un mariage certes inattendu mais plutôt réussi entre la biologie, les mathématiques, l'astrophysique et l'imagerie médicale que nous décrit Guillaume Chenegros, maître de conférences UPMC à l’Institut de la vision (CNRS/UPMC/Inserm).

 

Les premières connaissances sur l’anatomie oculaire datent de l’Égypte Antique.

Guillaume Chenegros. Chez l’homme, comme chez la plupart des espèces animales, la vision est assurée par une chaîne complexe avec l’oeil comme appareil central. L’oeil est composé d’une partie optique(cornée, iris, cristallin) et d’une partie capteur, la rétine, région où se traduit le message lumineux en signal nerveux. Le tissu neuronal très fin est organisé en dix couches de cellules. La couche de cellules photosensibles comporte environ 130 millions de photorécepteurs, des bâtonnets, responsables de la vision nocturne (vision monochromatique du monde) et des cônes utilisés pour la vision diurne (sensibles à la longueur d’onde de la lumière et vision en couleurs).

 

Quels sont les problèmes rencontrés et les pathologies les plus fréquentes ?

G. C. Le système optique est une « machine » extrêmement sophistiquée qui peut s’enrayer à tout moment du fait de la présence de « défauts »au niveau de la cornée, du cristallin, du film lacrymal ou de l’humeur vitrée.Si le capteur est endommagé, le processus de formation des images sur la rétine est perturbé. Et les méthodes de correction réfractives (lunettes, lentilles) ne traitent les problèmes qu’au niveau de la partie optique. Les aberrations statiques ou dynamiques fluctuent en fonction des mouvements du globe oculaire et de la tête, des battements cardiaques, de l’assèchement et du renouvellement du film lacrymal… Il ne faut pas prendre ces manifestations à la légère, car elles peuvent être les prémisses d’un glaucome ou d’une dégénérescence maculaire liée à l’âge, ou signer l’apparition d’une rétinopathie diabétique. Ces pathologies sont parmi les plus fréquentes et responsables à elles seules de plus de 25% des cas de cécité dans le monde. Pour observer et comprendre le développement précoce d’une maladie, et suivre pas à pas les effets d’un traitement, il est nécessaire de recourir à une exploration in vivo et in situ du tissu rétinien à une échelle cellulaire.Les examens de routine se font le plus couramment à l’aide d’un rétinoscope ou d’un ophtalmoscope laser à balayage, mais la présence de « défauts » rend l’examen du fond d'oeil particulièrement délicat et limite la résolution des images.

 

Comment peut-on alors obtenir des mesures physiques plus fines et des images de meilleure qualité ?

G. C. En « empruntant » des instruments à d’autres disciplines. On dit souvent que les extrêmes se rejoignent, c’est le cas avec l’infiniment grand et l’infiniment petit qui posent, du point de vue de l’instrumentation, un certain nombre de questions communes. Par exemple, l’observation d’images célestes avec un télescope classique au sol est très fortement perturbée par les couches atmosphériques turbulentes.Pour éliminer ce problème, les astronomes ont, depuis de nombreuses années, recours à l’optique adaptative (OA) pour obtenir des images à haute résolution.

 

De l’astronomie à la biologie, il n’y a eu qu’un pas de géant… ou presque.

G. C. L’optique adaptative est une technique optoélectronique permettant de corriger en temps réel les défauts de planéité d’un front d’onde après la traversée d’un milieu perturbateur et d’obtenir ainsi des images à haute résolution spatiale.Cette technique peut être couplée à différentes techniques optiques (microscopie, spectroscopie) pour en augmenter les performances, voire passer certains seuils technologiques et fournir aux utilisateurs des informations jusqu’alors inaccessibles. L’utilisation de l’optique adaptative en biologie, médecine ou en imagerie médicale date du début des années 2000.Les médecins ont besoin d’instruments d’examen du fond de l’oeil qui permettent d’acquérir des images à l’échelle cellulaire. Cette précision ne peut être atteinte qu’en insérant dans l’instrument imageur un système de correction de nouvelle génération des « défauts oculaires ». Ces instruments sont des moyens d’investigation non invasifs des tissus (imagerie fonctionnelle du petit animal par exemple) ainsi que des outils de diagnostic précoce innovants pour différentes pathologies rétiniennes.

 

La microcirculation et les applications médicales du dispositif

La microcirculation, correspondant à l’interface vasculaire comprenant les vaisseaux (artérioles, veinules, capillaires) dont le diamètre est inférieur à 150 µm, est l’interface assurant les échanges vitaux (oxygène, nutriments) nécessaires au fonctionnement de chaque organe. La microcirculation est à l’origine du contrôle des débits sanguins régionaux en fonction des besoins des tissus d’aval. Elle est altérée dans un certain nombre de maladies chroniques comme le diabète ou l’hypertension artérielle. Elle est également impliquée dans la survenue de défaillance d’organe de pathologies aiguës (comme les infections sévères) ou de complications liées aux accidents graves (polytraumatisme avec perte de sang abondante) alors même que les paramètres de surveillance classiques ont été restaurés (oxygénation, pression artérielle, fréquence cardiaque). La plupart des cellules de l’organe dépendent d’un seul capillaire, il est nécessaire d’avoir et de maintenir une densité de perfusion des capillaires adéquate. Le déplacement local des globules rouges est également finement régulé pour adapter les apports aux besoins cellulaires. Son intérêt dans la pratique médicale est majeur et apporte des informations nouvelles pour expliquer les mécanismes de certaines défaillances d’organes. Les nouvelles possibilités d’exploration offertes par l’étude de la microcirculation offrent de grands espoirs pour améliorer la précocité du diagnostic et le traitement des phénomènes pathologiques.

 

Prototype de caméra d’étude de la microcirculation développé en laboratoire. D. R.

 

Sur cette séquence prise sur un rat, on peut voir des cellules sanguines (globules rouges) se déplaçant dans trois capillaires de taille différentes. Les scientifiques cherchent à caractériser les paramètres de ces globules (vitesse, débit, forme) au cours de leur déplacement (en instantané) mais aussi en moyenne sur une section de capillaire de manière à pouvoir déterminer les caractéristiques de la microcirculation et de pouvoir donner un indice sur l’état pathologique du patient.

 

Le projet microcirculation est un projet collaboratif entre l'institut de la Vision, le Val de Grâce et l'hôpital du Kremlin Bicêtre. Nicolas Libert, médecin réanimateur à l'hôpital d'instruction des armées du Val de Grâce, Jacques Duranteau et Anatole Harrois du CHU du Kremlin-Bicêtre.

Pour en savoir plus :

Institut de la vision (CNRS/UPMC/Inserm)Nouvelle fenêtre

 

À lire « Qui a vu verra ? Des thérapies pour rendre la vue »Nouvelle fenêtre

 



11/07/16