Axe : NanoBioSciences Applications biomédicales + http://www

Axe : NanoBioSciences
Applications biomédicales
+
http://www.lesia.obspm.fr/-OEil-.html
Laboratoire d’Etudes Spatiales et d’Instrumentation en Astrophysique (LESIA)
5 place Janssen, 92190 Meudon
+
http://www.lesia.obspm.fr
Responsable d’équipe :
Marie Glanc
[e-mail]
Membres permanents de l’équipe :
Marie Blavier
Marie.Bl[email protected]
Gérard Rousset
[e-mail]
_________________________________________________________________________
 Activité scientifique de l’équipe :
L’équipe Applications Biomédicales travaille sur la conception et la réalisation d’instruments
en microscopie pour l’imagerie tissulaire et cellulaire de la rétine à haute résolution. Les
systèmes d’imagerie développés sont basés sur les techniques d’optique adaptative et de
tomographie par cohérence optique (OCT) plein champ.
L’optique adaptative permet de restaurer une résolution latérale micrométrique sur les
images de la rétine en corrigeant les fronts d’onde. Pour cela, la précision sur la maîtrise des
fronts d’onde doit être d’au moins un dixième de longueur d’onde, soit de l’ordre de quelques
dizaines de nanomètres. L’OCT permet d’obtenir une résolution micrométrique en
profondeur.

 Recherche(s) et résultat(s) obtenu(s) :
Conception, réalisation, tests et exploitation d’un instrument d’imagerie de la rétine
humaine in vivo par optique adaptative (« instrument 2D »)
Image par OA des photorécepteurs de la
rétine in vivo, LESIA
Cet instrument a été installé par notre équipe
au Centre d’Investigations Cliniques de
l’Hôpital des Quinze-Vingts et a fait partie
intégrante d’un protocole clinique validé par le
CPP. Grâce à l’utilisation de l’optique
adaptative, des images de la rétine in vivo à
l’échelle cellulaire ont été réalisées sur sujets
et patients, ce qui est fondamental pour
effectuer des diagnostics précoces de
maladies de la rétine. Les images de
photorécepteurs corrigées par optique
adaptative ont été les premières réalisées en
Europe (dès 2001). Des images de cellules
sanguines dans les capillaires de la rétine ont
également été réalisées, ouvrant la voie à des
études fonctionnelles de la micro-circulation.
Développement en cours d’un instrument d’imagerie tridimensionnelle à haute
résolution de la rétine (« instrument 3D »)
Images par OCT dans une rétine de porc
explantée à deux profondeurs différentes, LESIA
Ce banc couple les techniques d’optique
adaptative et de tomographie par
cohérence optique (OCT) plein champ.
L’ajout à l’optique adaptative, qui fournit
la résolution latérale sur les images,
d’une technique interférométrique
permet d’obtenir en sus la haute
résolution en profondeur (i.e. élaboration
d’un microscope 3D in vivo in situ non
invasif). Des images ex vivo de rétines,
mais également d’autres tissus
biologiques comme le cervelet, ont été
obtenues à l’échelle cellulaire au stade
actuel.

 Programme de recherche :
La détection précoce de pathologies rétiniennes, leur suivi, le développement de molécules
thérapeutiques, réclament une exploration in situ et in vivo du tissu rétinien à l’échelle
cellulaire. Or les instruments classiques d’imagerie souffrent de la très mauvaise qualité
optique du segment antérieur (cornée, cristallin) de l’œil, ainsi que des mouvements globaux
de l’œil lors de l’examen ophtalmologique. L’œil présente donc des aberrations qui fluctuent
temporellement. L’optique adaptative, technique optoélectronique temps réel de
redressement des fronts d’onde, développée initialement pour l’astronomie, est à ce jour la
seule technique capable de restaurer la résolution nécessaire pour visualiser les cellules de
la rétine (gain d’un facteur 10 à 100).
Notre équipe a été fondée pour, entre autres, transférer l’optique adaptative dans le domaine
biomédical. Ainsi, depuis 1998, le LESIA s’est investi dans le projet ŒIL qui vise à la
réalisation d’instruments d’imagerie de la rétine à haute résolution in vivo et in situ. Ces
instruments sont conçus au LESIA suivant un cahier des charges discutés avec les
partenaires médicaux (médecins de l’Hôpital des Quinze-Vingts et chercheurs de l’Institut de
la Vision). Une fois réalisés au LESIA, testés et validés, ils doivent être transportés en milieu
hospitalier afin d’apporter de nouveaux moyens d’investigation non invasifs des tissus
(imagerie fonctionnelle par exemple) ainsi que des outils de diagnostic précoce innovants
pour différentes pathologies rétiniennes (telles que la dégénérescence maculaire liée à l’âge,
DMLA, ou le glaucome).
Un premier instrument d’optique adaptative a été réalisé avec succès, fournissant des
images 2D de la rétine à l’échelle cellulaire et permettant à l’équipe d’acquérir une solide
expérience dans le domaine de l’imagerie de la rétine ex et in vivo. Le travail de recherche
actuel de l’équipe porte sur le développement de l’instrument 3D décrit ci-dessus. Des
images de tissus biologiques ont été obtenues sur des coupes ex vivo. L’instrument est en
cours de tests afin d’en mesurer les performances et de comparer ces dernières avec les
développements internationaux dans le même domaine.
 Références :
Molodij Guillaume, Ribak Erez N., Glanc Marie, Chenegros G. Enhancing retinal images by
extracting structural information. Optics Communications, 2014, vol. 313, pp. 321-328
Blanco Léonardo, Mugnier Laurent, Glanc Marie. Myopic deconvolution of adaptive optics
retina images. In BIOS, SPIE Photonics West, Biomedical Spectroscopy Microscopy and
Imaging, 22-27 janvier 2011, San Francisco. Proceedings of the SPIE, 2011, vol. 7904.
Emica Bruno, Meimon S., Conan Jean-Marc, Fusco Thierry, Glanc Marie. Impact of uneven
pupil irradiance on Hartmann Shack measurements. Proceedings of the SPIE, 2011, vol.
7885, p. 35.
Adding the third dimension on adaptive optics retina imager thanks to full-field optical
coherence tomography, M. Blavier, L. Blanco, M. Glanc, et al. BIOS, SPIE Photonics West,
Ophthalmic technologies, session Adaptive and isotropic ophthalmic imaging, San Jose, 24-
29 janvier 2009

First adaptive optics images with the upgraded quinze-vingts hospital retinal imager,
M. Glanc, L. Blanco, L. Vabre, F. Lacombe, P. Puget, G. Rousset, G. Chenegros, L. Mugnier,
M. Pâques, J.-F. Le Gargasson, A. J. Sahel, Adaptive Optics : Analysis and Methods, OSA,
2007. Conference date : June 18-20, 2007, Vancouver (Canada)
3D phase diversity : a myopic deconvolution method for short-exposure images. Application
to retinal imaging, G. Chenegros, L. M. Mugnier, F. Lacombe, M. Glanc, J. Opt. Soc. Am. A,
24(5):1349-1357, May 2007
Study of the dynamic aberrations of the human tear film, S. Gruppetta, F. Lacombe, and P.
Puget, Opt. Express 13, 7631-7636 (2005)
Towards wide-field retinal imaging with adaptive optics, M. Glanc, E. Gendron, F. Lacombe,
D. Lafaille, J.-F. Le Gargasson, P. Léna, Optics Communications (2004), 225-238
Retinal imaging with adaptive optics, J.-F. Le Gargasson, M. Glanc, P. Léna, C. R. Académie
des Sciences, Paris (2001), t. 2, série IV, 1131-1138