Imagerie Doppler holographique ultra rapide de la rétine
Les pathologies oculaires constituent un enjeu majeur de santé publique. Pour évaluer la santé rétinienne, il faut des mesures fiables et précises de la perfusion locale. Or, les techniques d’imagerie les plus avancées — angiographies au vert d’indocyanine ou à la fluorescéine, et OCT-A — restent limitées pour caractériser la dynamique du flux sanguin au fil du cycle cardiaque. D’où l’intérêt de méthodes non invasives capables d’estimer, avec précision, des biomarqueurs quantitatifs tels que le débit sanguin, la rigidité pariétale, l’indice de résistivité artérielle ou la viscosité sanguine dans les vaisseaux rétiniens.
Depuis 2005, le développement de dispositifs d’imagerie holographique numérique ultrarapide pour l’ophtalmologie (https://arxiv.org/abs/2403.08849) répond à ce besoin. Ces technologies, déployées en recherche clinique à l’hôpital des Quinze-Vingts et à la Fondation Rothschild (Paris) depuis 2017, font désormais l’objet de transferts vers l’industrie (Lumibird Quantel Medical, EssilorLuxottica) et de nombreuses équipes académiques. Un premier instrument fonctionnel a été dupliqué à l’étranger à l’UPMC (Pittsburgh, USA) en 2022.
Entre 2017 et 2022, l’imagerie holographique laser proche infrarouge a franchi des étapes déterminantes pour un usage clinique. Le respect des limites d’exposition (ISO 15004-2, ANSI Z136.1) a été optimisé grâce à une illumination laser diffuse innovante, ouvrant la voie à une imagerie grand champ. L’holographie Doppler s’appuie sur une détection cohérente en interférométrie axiale de la lumière rétrodiffusée, puis sur un filtrage numérique par décomposition en valeurs singulières pour extraire un signal exploitable et restituer des images Doppler de haute qualité. En 2022, l’imagerie Doppler holographique médicale temps réel a atteint une performance inédite, avec une caméra 512×512 acquise à plus de 20 000 i/s (démonstration vidéo : https://youtu.be/77bc3V6EmpE).
Ce champ interdisciplinaire, initié en France par l’Institut Langevin, conjugue ingénierie de systèmes d’imagerie optique fonctionnelle et recherche clinique en ophtalmologie. Il s’appuie sur un écosystème logiciel open source (https://github.com/DigitalHolography) fédérant universités, industriels et cliniques au sein d’un réseau d’imagerie computationnelle, et marque une avancée majeure de l’imagerie optique médicale.
Depuis 2022, nous déployons l’holographie Doppler rétinienne ultrarapide comme examen fonctionnel de référence, non invasif et réalisable en quelques secondes sur œil non dilaté. Elle restitue les ondes de vitesse artérielles et veineuses, reflet de la pression de perfusion oculaire, et délivre des métriques hémodynamiques, mécaniques et rhéologiques inédites en clinique. Une chaîne logicielle open source assure l’acquisition haut débit en temps réel, la reconstruction avec compensation d’aberrations, l’extraction automatisée de biomarqueurs et la génération d’un rapport clinique standardisé, socle d’études multicentriques en cours. Ces métriques normalisées servent au triage, à l’ajustement personnalisé des traitements et au suivi longitudinal, avec l’ambition d’intervenir dès les stades réversibles des atteintes oculaires et cardiovasculaires, avant l’apparition de lésions structurelles.
Figure : Configuration d’imagerie Doppler holographique clinique (à gauche), motif d’interférence enregistré (au centre), image de la rétine humaine (à droite) reconstruite numériquement à partir des motifs d’interférence.
De nombreux stages sont disponibles tout au long de l’année en analyse quantitative des données d’holographie Doppler rétinienne, utilisant Python et MATLAB. Les stagiaires participeront au développement et à la validation de pipelines automatisés pour extraire des biomarqueurs liés au flux sanguin, tels que la vitesse du flux, la dynamique des parois vasculaires et les mesures rhéologiques. Le rôle consiste à implémenter des algorithmes de traitement du signal et de l’image, analyser de grands ensembles de données et valider les résultats pour des applications cliniques. C’est une opportunité unique de collaborer avec des physiciens, ingénieurs et cliniciens à l’interface de l’imagerie computationnelle et de la recherche médicale. Contact : Michael Atlan.
