Application clinique de l'holographie laser Doppler en ophtalmologie

par Léo Puyo

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Mathias Fink et de Michel Paques.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de École doctorale Physique en Île-de-France (Paris) , en partenariat avec Institut Langevin : ondes et images (laboratoire) et de ESPCI Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (établissement opérateur d'inscription) .


  • Résumé

    Cette thèse porte sur l'introduction de l'holographie laser doppler (LDH) au domaine de l'ophtalmologie afin d'imager le flux sanguin dans le pôle postérieur de l'œil. Les anomalies de perfusion jouent un rôle central dans le développement des pathologies oculaires, ce qui nécessite le développement d'instruments appropriés pour mieux le comprendre. Le LDH avait déjà démontré sa capacité à effectuer une imagerie non invasive et quantitative du flux sanguin, mais uniquement chez les rongeurs. Dans cette thèse, il est montré qu'avec une caméra rapide et une analyse à transformée de Fourier à temps court sur l'élargissement Doppler, le LDH peut imager les changements de flux sanguin dans la rétine humaine au cours du cycle cardiaque avec une résolution de quelques millisecondes. Le LDH permet de mesurer les variations systolodiastoliques propres aux artères et veines rétiniennes et peut être utilisée pour cartographier en plein champ l'indice de résistivité local permettant l'identification sans ambiguïté des artères et des veines de la rétine. Le LDH peut également être utilisé pour révéler la choroïde avec une qualité de contraste similaire à celle d'instruments de pointe basés sur l'angiographie au vert d'indocyanine et la tomographie par cohérence optique, mais contrairement à ces méthodes, le LDH fournit en outre un contraste quantitatif du flux sanguin. Cette capacité a été utilisée pour mettre en évidence de grandes différences de débit sanguin entre les artères et les veines choroïdiennes, une caractéristique qui peut être exploitée pour effectuer une autre différenciation artérioveineuse adaptée aux vaisseaux choroïdiens. Les décalages de fréquence Doppler plus élevés de la lumière diffusée dans les artères choroïdiennes permettent au LDH d'être particulièrement efficace pour les révéler, dans certains cas dès leur formation au niveau des artères ciliaires postérieures jusqu'aux ramifications artériolaires. Globalement, la résolution temporelle incomparable avec laquelle le LDH est capable de mesurer le flux sanguin et les nouveaux contrastes avec lequel il permet d'imager la choroïde en font un instrument prometteur pour la suite des applications cliniques.

  • Titre traduit

    Clinical application of laser Doppler holography in ophthalmology


  • Résumé

    This PhD aimed at introducing laser Doppler holography (LDH) into the field of ophthalmology in order to image blood flow in the eye posterior pole. Perfusion abnormalities play a central role in the development of ocular pathologies, which calls for the development of suitable instruments to elucidate it. LDH had previously demonstrated its ability to perform non-invasive and quantitative blood flow imaging with a high temporal resolution, but only in rodents. In this thesis, it is demonstrated that with a fast camera and a short-time Fourier transform analysis of the Doppler broadening, LDH can image blood flow changes in the human retina during cardiac cycles with a resolution of a few milliseconds. LDH is able to measure distinct systolodiastolic variations in retinal arteries and veins, and can be used for a full field mapping of the local resistivity index that allows unambiguous identification of retinal arteries and veins. LDH can also be used to reveal the choroid with a contrast quality similar to that of state of art instruments based on indocyanin-green angiography and optical coherence tomography, but unlike these methods LDH additionally provides a quantitative blood flow contrast. This ability was used to bring to light large differences of blood flow between choroidal arteries and veins, which is a feature that can be exploited to perform another arteriovenous differentiation appropriate for choroidal vessels. The higher Doppler frequency shifts of light scattered in choroidal arteries allows LDH to be especially efficient to reveal them, in some cases from their formation at short posterior ciliary arteries all the way to the arterioles branching. Overall, the unmatched temporal resolution with which LDH is able to measure blood flow and the new insight it provides into the choroid are especially full of promise for further clinical applications.