L`oxygène contenu dans l`air que nous respirons est essentiel au

Université de Montréal
Les dérivées de l’hémoglobine dans la structure
rétinienne par la technique de réflectométrie
multi-spectrale
par
Valentina Vucea
Institut de génie biomédical, Université de Montréal
Faculté de Médecine
Thèse présentée à la Faculté des études supérieures et postdoctorales
en vue de l’obtention du grade de Philosophiae Doctor (Ph.D.)
en génie biomédical
janvier, 2013
© Valentina Vucea, 2013

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Université de Montréal
Faculté des études supérieures et postdoctorales
Cette thèse intitulée :
Les dérivées de l’hémoglobine dans la structure rétinienne par la technique
de réflectométrie multi-spectrale
Présentée par :
Valentina Vucea
A été évaluée par un jury compose des personnes suivantes :
Frédéric Lesage, président-rapporteur
Vasile Diaconu, directeur de recherche
Santiago Costantino, membre du jury
François Delori, examinateur externe
John Vincent Lovasik, représentant du doyen de la Faculté de médecine

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Résumé
L’examen de la rétine par des moyens non invasifs et in vivo a été un
objectif de recherche pendant plusieurs années. Pour l’œil comme pour tous
les organes du corps humain, un apport soutenu en oxygène est nécessaire
pour le maintien de l’homéostasie. La concentration en oxygène du sang des
vaisseaux rétiniens peut être déterminée principalement à partir des mesures
du spectre de réflexion du fond de l’œil. En envoyant une lumière, à
différentes longueurs d’onde, sur la rétine et en analysant la nature de la
lumière réfléchie par la rétine, il est possible d’obtenir des informations
quantitatives sur le niveau d'oxygène dans les vaisseaux sanguins de la
rétine ou sur le flux sanguin. Cependant, la modélisation est compliquée due
aux différentes interactions et aux chemins que la lumière prend à travers les
tissus oculaires avant de quitter l’œil. L’objectif de cette thèse a été de
développer et de valider un modèle mathématique afin de calculer les
dérivées d’hémoglobine à partir de mesures spectrales de réflectométrie sur
les vaisseaux sanguins de la rétine.
L’instrument utilisé pour mesurer la fonction spectrale de réflectométrie
a été un spectroréflectomètre multi-canal, une technologie capable de
mesurer in vivo et en continu 800 spectres simultanément. L'équation
mathématique qui décrit la fonction spectrale de réflectométrie dans la zone
spectrale de 480 nm à 650 nm a été exprimée comme la combinaison linéaire
de plusieurs termes représentant les signatures spectrales de l'hémoglobine
SHb, de l'oxyhémoglobine SOHB, l’absorption et la diffusion des milieux

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oculaires et une famille de fonctions multigaussiennes utilisées pour
compenser l’incompatibilité du modèle et les données expérimentales dans la
zone rouge du spectre.
Les résultats du modèle révèlent que le signal spectral obtenu à partir
de mesures de réflectométrie dans l’œil est complexe, contenant la lumière
absorbée, réfléchie et diffusée, mais chacun avec une certaine prédominance
spécifique en fonction de la zone spectrale. La fonction spectrale d’absorption
du sang est dominante dans la zone spectrale 520 à 580 nm, tandis que dans
la zone spectrale de longueurs d’ondes plus grandes que 590 nm, la diffusion
sur les cellules rouges du sang est dominante.
Le modèle a été utilisé afin de mesurer la concentration d’oxygène
dans les capillaires de la tête du nerf optique suite à un effort physique
dynamique. L’effort physique a entraîné une réduction de la concentration
d’oxygène dans les capillaires, ainsi qu’une réduction de la pression
intraoculaire, tandis que la saturation sanguine en oxygène, mesurée au
niveau du doigt, restait constante.
Le modèle mathématique développé dans ce projet a ainsi permis,
avec la technique novatrice de spectroréflectométrie multicanal, de
déterminer in vivo et d’une manière non invasive l’oxygénation sanguine des
vaisseaux rétiniens.
Mots-clés : spectrophotométrie, oxymétrie, modélisation, concentration
d’oxygène, vaisseaux sanguins rétiniens, hémoglobine, oxyhémoglobine

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Abstract
In vivo retinal exams done through non-invasive methods have been
an objective for researchers these past years. The eye, just like any other
organ in the human body, has a constant need of oxygen in order to maintain
homeostasis. The concentration of oxygen present in the retinal blood
vessels can be determined mainly by measurements of spectral reflections of
the fundus.
By sending rays of light at different wavelengths on the retina and analyzing
the nature of the reflected light, it is possible to obtain quantitative information
on the level of oxygen found in the blood vessels of the retina. However, the
establishment of a model is complicated due to the different interactions and
pathways taken by the light when passing through the different ocular tissues
before leaving the eye. The objective of this thesis has been to develop and
validate a mathematical model that calculates the derivatives of
haemoglobins by using spectral measurements of reflectometry on the retinal
blood vessels.
The instrument used to measure the spectral function of reflectometry
was a multichannel spectroreflectometer, a technology capable of measuring
continuously and simultaneously 800 spectral in vivo. The mathematical
equation describing the spectral function of reflectometry in the spectral zone
ranging from 480 nm to 650 nm, has been formulated to include the linear
combination of multiple terms representing the spectral signatures of
haemoglobin SHb, the oxyhaemoglobin SOHB, the absorption and diffusion of