Progrès récents dans la recherche sur un nouveau système compact de mesure de la diffusion intraoculaire à double canal

Contexte académique

Selon le rapport de l’Organisation mondiale de la santé (OMS), la cataracte est la principale cause de cécité dans le monde, représentant environ 50 % des cas de cécité. Plus de 20 millions de personnes dans le monde perdent la vue ou subissent des déficiences visuelles sévères en raison de la cataracte. Les traitements actuels reposent essentiellement sur la chirurgie, consistant à retirer le cristallin opaque et à implanter un cristallin artificiel pour rétablir la vision. Cependant, avec des recherches approfondies sur les mécanismes de la cataracte, l’espoir de prévenir et traiter la cataracte à l’aide de médicaments s’intensifie. Réaliser cet espoir dépend énormément d’une surveillance précise des signes précoces de la cataracte.

Les symptômes précoces de la cataracte sont souvent peu évidents ou difficiles à détecter, mais avec la progression de la maladie, le milieu réfractif de l’œil devient trouble, augmentant ainsi la diffusion intraoculaire (intraocular scatter), une importante manifestation pathologique de la cataracte. Par conséquent, le suivi des variations de diffusion intraoculaire est considéré comme essentiel dans le diagnostic précoce de la cataracte.

Parmi les méthodes traditionnelles de détection de la diffusion intraoculaire, la technique à double passage (Double-Pass, DP) est largement utilisée en clinique. Cette technique évalue objectivement la diffusion intraoculaire en analysant le degré de flou de la fonction d’étalement ponctuelle (Point Spread Function, PSF) rétinienne pour en déduire l’indice de diffusion objectif (Objective Scatter Index, OSI). Cependant, comme la PSF contient des informations sur la diffusion et les aberrations, la présence d’aberrations de haut ordre peut influencer considérablement les résultats, notamment lorsque le diamètre pupillaire est large. Actuellement, les méthodes pour corriger l’influence des aberrations sur la PSF reposent principalement sur des systèmes d’optique adaptative (adaptive optics, AO), qui sont complexes et coûteux, restreignant ainsi leur application dans les cliniques ordinaires. Par conséquent, développer un système de mesure de la diffusion intraoculaire à faible coût, haute précision, et capable d’éliminer efficacement les aberrations revêt une grande valeur pour l’application clinique.

Source de la recherche

L’article intitulé “Compact and aberration effects-shielded objective intraocular scatter measurement system” (Système compact de mesure objective de la diffusion intraoculaire avec protection contre les effets des aberrations), a été rédigé par Junlei Zhao, Zitao Zhang, Yanrong Yang et d’autres auteurs issus d’institutions de renom telles que l’Université de Médecine Traditionnelle Chinoise de Chengdu et l’Académie Chinoise des Sciences. La recherche a été publiée le 1er février 2025 dans le journal Biomedical Optics Express.

Processus et caractéristiques de la recherche

a) Processus de recherche

Cette étude propose un système compact et innovant de mesure de la diffusion intraoculaire à double canal, capable d’évaluer précisément la diffusion tout en éliminant les influences des aberrations.

1. Conception et composition du système

Le système comprend trois chemins optiques : un chemin d’illumination, un chemin de champ lointain, et un chemin de détection de front d’onde. Les composants spécifiques sont détaillés ci-dessous :

• Chemin d’illumination : Une diode superluminescente (Super-luminescent Diode, SLD) de longueur d’onde 840 nm fournit la source lumineuse. La lumière est guidée dans l’œil via plusieurs lentilles et séparateurs de faisceau.
• Chemin de champ lointain : Il est utilisé pour capturer des images de la fonction d’étalement ponctuelle à double passage (DP PSF). Des miroirs cylindriques rotatifs situés dans le chemin optique corrigent l’astigmatisme induit par les séparateurs de faisceau. Finalement, l’image PSF est formée sur une caméra CCD.
• Chemin de détection de front d’onde : Un capteur de front d’onde Shack-Hartmann est utilisé pour détecter les aberrations et obtenir les coefficients d’aberration de Zernike jusqu’à l’ordre 7. Ces données permettent une reconstitution de l’image PSF affectée par les aberrations.

2. Correction des aberrations et calcul de l’OSI

La valeur initiale de l’OSI (OSI0) est calculée à partir de l’image DP PSF, tandis que les données de front d’onde sont utilisées pour calculer le coefficient d’influence des aberrations sur la diffusion (△OSI). L’indice objectif final et précis de diffusion (OSI1) est obtenu en soustrayant △OSI d’OSI0.

3. Validation expérimentale

Des yeux artificiels dotés de filtres optiques et les yeux de trois volontaires humains ont été utilisés comme objets d’étude pour tester la précision des mesures à des diamètres pupillaires de 4 mm et 6 mm. Les tests visaient à vérifier la précision améliorée du système après élimination des aberrations ainsi que la stabilité et la cohérence des résultats.

b) Technologie innovante et implémentation algorithmique

Le système proposé présente les caractéristiques suivantes : 1. Utilisation d’un capteur Shack-Hartmann en remplacement du système AO : En utilisant un capteur Shack-Hartmann pour obtenir les données d’aberration et en éliminant les effets des aberrations dans le post-traitement, ce système réduit ainsi les coûts et la complexité par rapport aux systèmes AO traditionnels. 2. Algorithme de reconstruction des aberrations basé sur les polynômes de Zernike : Ce système reproduit l’impact des aberrations grâce aux polynômes de Zernike et calcule la PSF via une transformation de Fourier. 3. Élaboration de composants optiques spécifiques et modèles de simulation complets : Une combinaison d’œil artificiel et de filtres optiques a été mise au point pour simuler divers niveaux de diffusion et valider la précision et la répétabilité du système.

c) Résultats clés des expériences

Les résultats des expériences montrent : 1. La déviation maximale entre l’OSI0 mesurée par ce système et celle obtenue via un système d’analyse de la qualité optique (Optical Quality Analysis System, OQAS) est de 0,016 pour l’œil artificiel, et de 0,019 pour l’œil humain, indiquant une grande cohérence entre les deux méthodes. 2. La déviation maximale dans les coefficients de Zernike détectés par le système ne dépasse pas 0,04 µm par rapport à un interféromètre standard, suffisamment précise pour le calcul du △OSI. 3. À un diamètre pupillaire de 6 mm, l’élimination des aberrations améliore la précision des mesures de 28,9 % par rapport à un diamètre de 4 mm et montre un avantage prononcé sous des conditions de forte aberration.

d) Conclusion de l’étude

Cette étude propose un système innovant et compact de mesure de la diffusion intraoculaire, qui améliore considérablement la précision des mesures tout en maintenant un coût et une taille réduits. En particulier, ce système est capable d’effectuer des mesures précises dans des conditions de grand diamètre pupillaire ou en présence d’aberrations significatives, présentant ainsi une meilleure adaptabilité clinique.

En outre, le système détecte avec précision les aberrations de haut ordre, ouvrant de nouvelles possibilités pour des diagnostics multifonctions en ophtalmologie.

e) Points forts de la recherche

1. Introduction d’un capteur Shack-Hartmann en remplacement des systèmes AO, réduisant la complexité et le coût.
2. Mise au point d’une méthode précise de mesure de la diffusion intraoculaire, adaptée aux grands diamètres pupillaires.
3. Amélioration significative de la précision des mesures par rapport aux plateformes existantes telles qu’OQAS, tout en conservant une conception compacte et des coûts économiques.

Importance de la recherche et perspectives d’avenir

Le système proposé présente une grande valeur dans les applications cliniques en ophtalmologie, notamment pour le dépistage précoce de la cataracte, où il offre une détection plus précise et économique. Cette innovation favorise le développement de technologies abordables en diagnostic ophtalmologique et fournit des données précieuses pour le développement de nouveaux traitements médicamenteux.

Les recherches futures devraient viser à optimiser davantage les performances et à simplifier l’utilisation de ce système, afin de l’adapter à une variété de scénarios cliniques, comme la détection précise de pathologies oculaires complexes. Les équipes devront également surmonter les limites de la détection d’aberrations dans certains environnements optiques, en élargissant ainsi le champ d’application du système.