Etude de la transparence de greffons cornéens humains : imagerie OCT, analyse par diffusion et modélisation électromagnétique

par Olivier Casadessus

Thèse de doctorat en Optique, Photonique et Traitement d’image

Sous la direction de Carole Deumié-Raviol et de Laure Siozade-Lamoine.

Le jury était composé de Louis Hoffart.

Les rapporteurs étaient Albert-Claude Boccara, Karsten Plamann.


  • Résumé

    Prolongement central de la sclère, la cornée est la couche la plus externe de l'œil. Elle laisser pénétrer la lumière dans le globe oculaire grâce à sa propriété de transparence. Cette transparence repose sur une structure très organisée du tissu, maintenue en équilibre physiologique. Lorsque cet équilibre est rompu, notamment suite à une augmentation anormale de son taux d'hydratation et au développement d'un œdème, l'épaisseur du tissu augmente et il tend à s'opacifier. Lorsque l'œdème devient trop important, il est nécessaire de procéder à une greffe. Les cornées destinées à la greffe sont triées dans des banques de tissus, et sont en particulier soumises à une évaluation qualitative de leur transparence. Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet visant à étudier les propriétés de diffusion de greffons cornéens humains, afin d'améliorer l'évaluation quantitative de leur transparence en banque des tissus ou de mieux paramétrer les lasers de découpe lors des greffes de cornées, dont les performances sont altérées à cause du phénomène de diffusion. Le comportement diffusant de la cornée est mesuré dans l'espace réfléchi, afin d'évaluer à terme la possibilité d'une caractérisation in vivo. Conjointement à la mesure de diffusion, une imagerie du volume de la cornée est réalisée grâce à un dispositif de tomographie de cohérence optique apportant une caractérisation de la structure microscopique du tissu. L'œdème et son développement sont ainsi caractérisés par l'analyse de la diffusion du tissu, de sa transparence et des hétérogénéités à l'échelle du micron.

  • Titre traduit

    Study of transparency loss in human corneal grafts : OCT, light scattering measurement and electromagnetic modelling


  • Résumé

    Along with the crystalline lens, the cornea is the unique tissue being transparent in the human body. With a transmission coefficient over 90% in the visible spectrum, the main function of the cornea is to transmit the light inside the eye. This property is due to an absence of blood vessels and a very regular organization of the corneal bulk. In the case of an edema development, the cornea swells because of an abnormally high hydration. This involves a disorganization of its internal structure and an increase of the light scattering, leading to cornea haziness. When the edema is too critical, a graft is then required. In tissue banks, several criteria, such as the evaluation of the transparency, are considered in order to choose only the tissues eligible for corneal transplantation. This thesis aims to study the scattering properties of human corneal grafts in order to improve transparency evaluation in tissue banks or to lead to a better calibration of laser cuts during surgery procedure. A characterization of the scattering properties of the tissues is performed in the reflective half-space. Indeed, backscattering characterization could be used in in-situ conditions. Moreover, 3D images of the bulk of the cornea are performed using a Optical Coherence Tomography set-up. Edema developement is studied through the analysis of the scattering behaviour and of the microscopic structure of the graft. Scattering properties and microstructure are linked together through the use of an electromagnetic modelling. Maxwell's equations are solved using Born approximation, and a numerical method was adapted to perform those calculations in the case of the cornea.


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