Exploration 4D de la rétine pour la photocoagulation laser assistée par optique adaptative

4D exploration of the retina for adaptive optics-assisted laser photocoagulation

• Auteur / Autrice : Pedro Baraçal de Mecê
• Direction : Serge Meimon, Gérard Rousset
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Optique physique
• Date : Soutenance le 20/09/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Office national d'études et de recherches aérospatiales (France). Département Optique et Techniques Associées
• Jury : Président / Présidente : Albert-Claude Boccara
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Serge Meimon, Gérard Rousset, Albert-Claude Boccara, Delphine Débarre, Marie-Noëlle Delyfer, David Pureur, Michel Paques, Ivan Favero
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Delphine Débarre, Marie-Noëlle Delyfer

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mouvements oculaires

Imagerie médicale

Tomographie

Rétine

Photocoagulation laser

Optique adaptative

Mots clés libres

Suivi des mouvements oculaires

Adaptive optics

Laser photocoagulation

Retina

Tomography

Angiography

Eye tracking

Imaging system

Résumé

La photocoagulation laser rétinienne est couramment utilisée pour traiter l'oedème maculaire diabétique. Cependant, il est impossible avec les systèmes laser actuels d'empêcher un certain degré d'endommagement des tissus sains adjacents, en raison du manque de contrôle du confinement et de la position 3D de l'impact laser sur la rétine. Ces limitations sont principalement causées par des aberrations et mouvements oculaires. L'optique adaptative (OA) est une technologie utilisée depuis 1997 qui permet la compensation des aberrations oculaires en temps réel, en fournissant des images de la rétine avec une résolution à la limite de la diffraction. Les systèmes de photocoagulation laser pourraient bénéficier de la capacité de l'OA à contrôler le confinement 3D du laser thérapeutique et à générer des images rétiniennes à haute résolution qui pourraient être utilisées ensuite pour guider le chirurgien et contrôler la position 3D de l'impact laser dans la rétine. Cependant, un grand effort doit encore être fait pour répondre aux exigences de photocoagulation laser. Cette thèse consiste en la conception et la réalisation du premier système de photocoagulation laser assistée par Optique Adaptative. Pour cela, à partir de la caractérisation de l'évolution du confinement 3D de l'impact laser dans l'oeil, nous avons pu conclure sur le design d'un système d'OA pour l'oeil adapté aux exigences de la thérapie laser, c'est-à-dire le contrôle du confinement 3D de l'impact laser. Ensuite, j'ai exploité le banc d'imagerie de la rétine à haute performance ECURoeil pour valider ces résultats et développer de nouvelles méthodes permettant l'exploration 4D de la rétine (volume + évolution temporelle) en temps réel, pour le contrôle 3D de la position d'impact laser. Enfin, l'ensemble de ces développements ont été réunis dans le banc CLOVIS3D, un instrument compact visant à réaliser en clinique la première application thérapeutique de l'optique adaptative.

Retinal laser photocoagulation is commonly used to treat Diabetic Macular Edema. However, it is impossible with current laser systems to prevent some degree of damage to healthy neighboring tissues, due to the lack of control of the 3D confinement and position of the laser impact. These limitations are mostly caused by ocular aberrations and the constant eye movement. Adaptive Optics (AO) is a technology used since 1997 which enables ocular aberrations compensation in real-time, providing images of the retina with an unbeaten resolution. Laser photocoagulation systems could benefit from the AO capacity to control the 3D confinement of the therapeutic laser and to generate high-resolution retinal images that could be used to guide the surgeon and to control the 3D position of the laser impact in the retina. However, a great effort still has to be made to meet laser photocoagulation requirements. This thesis consists of the design and realization of the first 3D high-resolution AO-assisted Laser Photocoagulation system. For this end, we first present a high spatiotemporal resolution characterization of the 3D PSF evolution within the eye, enabling the design of a high-performance AO system, adapted to a therapeutic application, \ie 3D control of the laser confinement. Then, I used the high-resolution retinal imaging system ECURoeil to validate these results and develop new methods enabling the 4D exploration of the retina (volume + temporal evolution) in real-time, for 3D control of the laser impact position. Finally, all the developments have been brought together in the CLOVIS3D bench, a compact instrument to perform clinically the first therapeutic application of Adaptive Optics.