Les chercheurs ont développé et démontré le premier instrument d'ophtalmologie portable doté d'une technologie d'optique adaptative améliorant la résolution, capable d'imager des photorécepteurs individuels dans l'œil. Le nouvel instrument portable permettra d'améliorer le diagnostic des maladies oculaires et pourrait permettre une détection précoce des maladies et traumatismes liés au cerveau.

Dans Optique , Le journal de l'Optical Society pour la recherche à fort impact, les chercheurs rapportent leur nouvel instrument léger, qui ne mesure que 10 x 5 x 14 centimètres. Ils ont testé l'appareil chez des enfants et des adultes, démontrant sa capacité à capturer des images même des très petits photorécepteurs proches du centre de la rétine qui jouent un rôle clé dans la vision.

Photorécepteurs, neurones spécialisés qui convertissent la lumière entrant dans l'œil en signaux envoyés au cerveau, sont les seuls neurones du corps qui peuvent être imagés de manière non invasive. L'imagerie des photorécepteurs est non seulement importante pour le diagnostic des maladies oculaires, mais pourrait également fournir des informations sur les processus se produisant dans le cerveau. Des études préliminaires ont montré que des changements dans la rétine peuvent être observés au cours des premiers stades de maladies telles que la maladie d'Alzheimer et après des lésions cérébrales traumatiques telles que des commotions cérébrales.

"Jusqu'à maintenant, les systèmes d'imagerie requis pour l'imagerie des photorécepteurs à haute résolution se composaient de grands, composants lourds sur une table optique qui ne pouvait être utilisé qu'avec des adultes coopératifs assis bien droit, " a déclaré Sina Farsiu, chef de l'équipe de recherche des départements de génie biomédical et d'ophtalmologie de l'Université Duke, Caroline du Nord. "Notre système portable pourrait étendre cette importante technique d'imagerie aux enfants et aux nourrissons, ainsi qu'aux adultes qui peuvent ne pas être capables de s'asseoir droit et de regarder droit devant eux."

Le système pourrait être utilisé sur des personnes en position inclinée pendant qu'elles subissent une intervention chirurgicale, par exemple, Rapports de l'équipe de Farsiu. Cela pourrait également aider les médecins à évaluer rapidement un éventuel traumatisme cérébral, comme chez les joueurs de football qui sortent du terrain avec des blessures à la tête.

« En raison de la résolution limitée de l'IRM - la méthode standard d'imagerie du cerveau chez les personnes vivantes - l'évaluation par IRM d'une maladie ou d'un traumatisme cérébral ne peut pas être effectuée au niveau des cellules individuelles, " dit Farsiu. " Dans la rétine cependant, les photorécepteurs individuels peuvent être imagés à une résolution 100 fois plus élevée qu'avec l'imagerie cérébrale, permettant de voir des changements très subtils."

Réduire l'optique

Pour imager les photorécepteurs d'aujourd'hui, les médecins utilisent couramment un appareil appelé ophtalmoscope laser à balayage optique adaptatif (AOSLO). Bien que l'optique adaptative améliore considérablement la résolution par rapport à un ophtalmoscope laser à balayage standard, les composants optiques nécessaires augmentent également la taille, le poids et le coût de l'ensemble du système.

La technologie d'optique adaptative augmente la qualité de l'image en utilisant un composant optique appelé capteur de front d'onde pour détecter la distorsion de la lumière causée par l'œil. Un miroir déformable qui change rapidement de forme est alors utilisé pour compenser la distorsion lumineuse détectée, conduisant à des images plus claires.

Pour réduire les composants dans un AOSLO, les chercheurs ont développé un nouvel algorithme pour effectuer la détection de front d'onde. "D'autres chercheurs ont montré que le capteur de front d'onde peut être remplacé par un algorithme, mais ces algorithmes n'ont pas été assez rapides pour être utilisés dans un appareil portatif, " a déclaré Farsiu. " L'algorithme que nous avons développé est beaucoup plus rapide que les techniques précédemment utilisées et tout aussi précis. "

Les chercheurs ont également incorporé un miroir déformable à base de MEMS disponible dans le commerce mesurant seulement 10,5 millimètres de diamètre. "La conception optique et mécanique combinée à notre nouvel algorithme a permis de créer l'appareil portable, " a déclaré Joseph Izatt, expert en optique de Duke et membre de l'équipe. " Les systèmes d'optique adaptative sont très sensibles aux vibrations ou aux mouvements légers, mais nous avons conçu notre système pour qu'il soit très stable. L'optique reste alignée lorsque le système est transporté, et il peut également compenser les mouvements de la main pendant l'utilisation."

Imagerie chez les gens

Ils ont utilisé leur nouveau système, appelé HAOSLO pour AOSLO portable, pour imager les rétines de 12 volontaires adultes en bonne santé et de deux enfants sous anesthésie. L'application du système sur un enfant de 31 mois représente la première utilisation de l'optique adaptative aux photorécepteurs d'images chez les enfants.

Les photorécepteurs des yeux adultes deviennent progressivement plus petits vers une zone au centre de la rétine connue sous le nom de fovéa. Le système HAOSLO a pu imager des photorécepteurs aussi proches que 1,4 degré excentrique de la fovéa, où les photorécepteurs ont un espacement moyen de seulement 4,5 microns. Le plus proche qui avait été accompli sans optique adaptative était de 3,9 degrés. Avant de commencer des essais cliniques à grande échelle avec l'instrument, les chercheurs prévoient d'incorporer des modalités d'imagerie supplémentaires utiles pour détecter la maladie.

Pour aider d'autres scientifiques à adapter leur système à des applications spécifiques, les chercheurs ont réalisé les conceptions optiques et mécaniques, algorithmes de calcul et logiciel de contrôle pour le nouveau système HAOSLO disponibles en ligne gratuitement.