Imagerie haute résolution de la rétine humaine par illumination structurée assistée par optique adaptative

par Yann Lai-Tim

Projet de thèse en Astronomie et Astrophysique

Sous la direction de Laurent Mugnier, Michel Paques et de Serge Meimon.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine) , en partenariat avec ONERA - Département Optique et Techniques Associées (laboratoire) et de Observatoire de Paris (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-12-2017 .


  • Résumé

    La détection précoce de pathologies du fond de l'oeil (la rétine) chez l'Homme réclame une exploration in vivo du tissu rétinien à l'échelle de la cellule. Or, l'examen direct depuis l'extérieur de l'oeil souffre de la mauvaise qualité optique de l'oeil (cornée et cristallin). L'optique adaptative (OA), qui permet de compenser en temps réel des aberrations évolutives, est une solution à ce problème et s'impose aujourd'hui dans les systèmes d'imagerie rétinienne à haute résolution. L'équipe Haute Résolution Angulaire du Département Optique de l'ONERA développe depuis plusieurs années une plateforme d'imagerie rétinienne corrigée par OA, modulaire et évolutive, qui est installée au Centre d'Investigations Cliniques (CIC) de l'Hôpital des XV-XX, en interaction forte avec les médecins et au contact de patients. Aujourd'hui, les médecins disposent d'images 2D à haute résolution de la rétine. L'étape suivante est d'en obtenir une image également résolue dans la direction axiale, c'est-à-dire possédant du "sectionnement optique", et donc in fine une haute résolution tri-dimensionnelle (3D). Une technique d'imagerie 3D récente développée en microscopie permet simultanément d'obtenir un tel sectionnement optique et d'améliorer encore la résolution latérale obtenue grâce à l'OA : l'imagerie par illumination structurée ou SIM pour Structured Illumination Microscopy. Cette technique combine des modifications optiques assez simples du système imageur et un traitement numérique approprié des images. La thèse a pour but d'adapter cette technique (hardware et software) aux spécificités de l'imagerie de la rétine et aux mouvements de l'œil en particulier, de la valider d'abord par simulations numériques puis expérimentalement sur le banc aux XV-XX, et de quantifier ses performances en termes de résolution dans les trois dimensions. Ces travaux seront réalisés en interaction forte avec les chercheurs, ingénieurs et techniciens de l'équipe impliqués dans les activités biomédicales. La thèse s'inscrit dans le cadre du projet Recherche Hospitalo-Universitaire en santé "LIGHT4DEAF". Elle bénéficiera des échanges avec les partenaires du projet, notamment l'Hôpital des 15-20.

  • Titre traduit

    High resolution retinal imaging with structured illumination and adaptive optics system


  • Résumé

    The early detection of pathologies of the fundus of the eye (the retina) in humans requires an in vivo exploration of the retinal tissue at the cell level. However, the direct examination from outside the eye suffers from the poor optical quality of the eye (cornea and lens). Adaptive optics (AO), which compensate progressive aberrations in real time, is a solution to this problem and is a must today in high resolution retinal imaging systems. The High Angular Resolution Team of the ONERA Optical Department has been developing for several years a modular and upgradeable AO-corrected retinal imaging platform, which is installed at the Centre d'Investigations Cliniques (CIC) of the Hôpital des XV-XX in Paris. This place enables the platform development to be in strong interaction with doctors and in contact with patients. Today, doctors have high resolution 2D images of the retina. The next step is to get an image also resolved in the axial direction, that is to say, with "optical sectioning", and therefore ultimately a three-dimensional (3D) high resolution. A recent 3D imaging method developed in microscopy makes it possible to simultaneously obtain such optical sectioning and to further improve the lateral resolution obtained thanks to the AO : Structured Illumination Microscopy (SIM). This method combines fairly simple optical modifications of the imaging system and appropriate digital image processing. The aim of the thesis is to adapt this technique (hardware and software) to the specificities of retinal imaging and eye movements in particular, to validate it first by numerical simulations and then experimentally on the bench at the Hôpital des XV-XX, and quantify its performance in terms of resolution in all three dimensions. This work will be carried out in strong interaction with the researchers, engineers and technicians of the team involved in biomedical activities. The thesis is part of the Hospital Research-University Health Project "LIGHT4DEAF". It will benefit from discussions with project partners, particularly the Hôpital des XV-XX.