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Révolution en ophtalmologie : un télescope dans l'oeil ?

Examiner la rétine d'un patient jusqu'à en distinguer les cellules… cette prouesse devrait bientôt être possible grâce à une technologie empruntée directement aux télescopes. Un tel outil d'investigation devrait permettre à terme de diagnostiquer précocement de nombreuses maladies rétiniennes.

Présentant le prototype installé aux Quinze-Vingts, François Lacombe, astronome à l'Observatoire de Paris et coordinateur du projet Oeil. François Lacombe était également responsable du projet NAOS, un système d'optique adaptative équipant l'un des instruments du VLT (Very Large Telescope) au Chili. © O. Boulanger / Science Actualités 2005

Depuis quelques semaines, une chambre du service d'investigation clinique de l'hôpital des Quinze-Vingts (Paris) accueille un étrange appareil. Fixés sur une immense table, des miroirs, des lentilles, des caméras ou encore des lasers… Difficile de croire, au premier abord, que ce « meccano », conçu en partie par le LESIA* (Laboratoire d'Études Spatiales et d'Instrumentation en Astrophysique / Observatoire de Paris), pourrait bientôt révolutionner l'ophtalmologie.

Et pourtant... Profitant d'une technologie utilisée depuis quelques années sur les plus grands télescopes, ce prototype, pièce maîtresse du projet Œil, est déjà capable de réaliser ce qui paraissait encore impossible il y a quelques années : observer en temps réel les cellules rétiniennes d'un patient.

Un oeil imparfait

Schéma de l'oeil Pour atteindre les cellules visuelles (les cônes et les bâtonnets), la lumière doit traverser successivement le film lacrymal, la cornée, le cristallin, l'humeur vitrée et plusieurs couches cellulaires. © LESIA

L'observation de la rétine est un exercice quotidien pour les ophtalmologistes. Mais le « fond d'œil », tel qu'il se pratique encore aujourd'hui, a ses limites. Notre organe visuel est en effet loin d'être parfait. Film lacrymal, cornée, cristallin, humeur vitrée… pour observer la rétine, il faut regarder à travers plusieurs milieux plus ou moins transparents, inhomogènes ou instables.

Un fond d'oeil On distingue au centre la fovéa, et à droite le départ du nerf optique. À cette échelle, les cellules visuelles ne sont pas visibles. © DR

Il en résulte que l'image obtenue est dégradée. Si elle permet d'observer les grandes structures du tissu rétinien, la fovéa, la papille (le départ du nerf optique), les vaisseaux sanguins, elle ne permet pas de distinguer des éléments plus petits tels que les cellules rétiniennes (les « cônes » et les « bâtonnets »). Pour pouvoir accéder à ce niveau de détail, il faudrait pouvoir compenser en temps réel les défauts et les mouvements de l'œil… Et c'est là que la technologie spatiale entre en jeu.

L’optique adaptative

Étonnamment, les astronomes rencontrent les mêmes difficultés que les ophtalmologistes. Les télescopes cloués au sol sont en effet confrontés aux turbulences atmosphériques qui affectent en permanence la lumière des objets observés. Il en résulte que la précision des images obtenues est médiocre, bien loin de la résolution maximale qui dépend en théorie uniquement du diamètre du miroir de l'instrument.

Hubble contre NAOS... Comparaison entre deux images prises respectivement par Hubble et par le télescope Yepun (du VLT) couplé au système d'optique adaptative NAOS, développé par le LESIA et opérationnel depuis 2001. © Hubble / ESO

En orbite autour de la Terre, loin de l'atmosphère, le télescope spatial Hubble, dont le miroir ne dépasse pas 2,40 m a longtemps été capable d'obtenir des clichés bien plus détaillés que les plus grands télescopes terrestres dont les miroirs dépassent les 8 m.

Depuis quelques années, pourtant, les astronomes ont trouvé une parade pour s'affranchir artificiellement de l'atmosphère : l'optique adaptative. Il s'agit de compenser en temps réel les mouvements de l'atmosphère à l'aide d'un miroir déformable piloté par un puissant système informatique. L'image obtenue est alors parfaitement définie, très proche des limites théoriques de l'instrument.

Principe de l'optique adaptative

Principe de l'optique adaptative © LESIA

Le système utilise d'abord une étoile (naturelle ou artificielle) comme référence. D'un point de vue optique, une étoile est en effet une source lumineuse ponctuelle : elle doit donc apparaître au final comme un point*.

En pratique, les ondes lumineuses émises par l'étoile, le « front d'onde », sont déformées par l'atmosphère : l'étoile apparaît alors comme une tache informe. Mais cette image contient toutes les informations sur la turbulence atmosphérique. Grâce à un « analyseur de front d'onde » commandant un miroir déformable, il est possible de compenser en temps réel les mouvements atmosphériques. Cette même correction est alors appliquée à l'objet étudié (galaxie, nébuleuse, autres étoiles…).

* En raison de la nature ondulatoire de la lumière, une étoile apparaît plus exactement comme une tache d'Airy : un point lumineux entouré de cercles concentriques.

De l’astronomie à l’ophtalmologie

À la fin des années 90, l'américain David Williams avait réussi à adapter la technique de l'optique adaptative à l'œil en produisant la première image d'une rétine vivante à l'échelle cellulaire.

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