La tomographie à cohérence optique (OCT)

La tomographie par cohérence optique (ou Optical Coherence Tomography, OCT) est une technologie d’imagerie très utile en médecine générale car elle réalise une «biopsie optique» en temps réel [5] , [6]. Par conséquent, cet outil de diagnostic permet d’identifier des détails morphologiques qui auparavant ne pouvaient être visualisés que par analyse histopathologique.

En ophtalmologie, l’OCT est devenue un outil indispensable car elle permet d’identifier les premiers stades de la maladie avant que les symptômes et la perte de vision irréversible ne se produisent. Cette technologie permet d’identifier des détails anormaux au niveau cellulaire, dans différentes couches de la rétine et dans de nombreuses coupes qui balaient toute la zone maculaire. Cela permet d’améliorer la capacité de diagnostic et de suivi de différentes thérapies dans le cas de pathologies maculaires et rétiniennes [7] .

Evolution d’imagerie oculaire

L’imagerie oculaire, notamment l’anatomie de la rétine est bien connue grâce à des méthodes et des techniques d’imagerie. La microscopie qui est une modalité d’imagerie (in vitro) présente un défaut majeur: les informations ne peuvent être obtenues qu’après le prélèvement du tissu d’où la difficulté des études chez l’homme. Une technique d’imagerie in vivo est absolument nécessaire pour suivre l’évolution des maladies rétiniennes.

L’angiographie à la fluorescéine, apparue dans les années 1960, a été la première technique utilisée. Elle est devenue d’un intérêt majeur pour le diagnostic dès l’apparition du laser à argon dans les années 1970 [8]. Ensuite, en 1990, une nouvelle technologie d’imagerie des tissus biologiques a été inventée par des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology : la tomographie de cohérence optique OCT (Optical Coherence Tomography) [9]. Cette technique a permis de résoudre les limites de l’ancienne méthode qui ne permettait de voir que les vaisseaux dans lesquels circule la fluorescéine ou les espaces rétiniens ou sous rétiniens anormaux dans lesquels elle s’accumule. L’OCT montre le tissu rétinien en détail et, de nos jours, cette technique est devenue indispensable dans la plupart des examens ophtalmologiques. En 1997, Liang et al. [10] ont eu l’idée d’utiliser l’optique adaptative (OA), qui permet d’améliorer le signal reçu grâce à des miroirs déformables. L’OA permet d’imager la rétine en face. Elle fournit donc des données complémentaires à l’OCT qui montre des coupes transversales [11].

Définition d’OCT

La tomographie par cohérence optique (OCT) est une technique d’imagerie tomographique (image en coupes) optique, non invasive et sans contact (indolore). Elle est fondée sur l’utilisation d’ondes lumineuses qui peuvent traverser un tissu biologique et ressortir en portant des informations sur les microstructures traversées [11]. Ses domaines d’applications sont assez vastes particulièrement en ophtalmologie où elle permet d’obtenir des coupes anatomiques fines et très précises des différentes structures de l’œil, et de visualiser les différentes couches rétiniennes d’une manière précise, simple et rapide.

Principe de l’OCT

L’imagerie OCT est analogue à l’imagerie ultrasonore (échographie) sauf qu’elle utilise des réflexions de lumière infrarouge plutôt que des ondes acoustiques [7]. La plupart des systèmes d’OCT reposent sur le principe de l’interféromètre de Michelson afin de créer des franges d’interférence à partir desquelles sont déduites les informations nécessaires à la formation des images [12].

L’interféromètre de Michelson permet de produire des interférences. La lumière produite par une source est divisée en deux faisceaux : un faisceau de référence envoyé sur le miroir de référence et un faisceau envoyé sur le tissu biologique.

Les interférences destructives se produisent quand la différence de marche (différence entre les longueurs des chemins optiques des faisceaux) est égale à une demi-longueur d’onde. Ces interférences seront constructives quand la différence de marche sera égale à la longueur d’onde [13].

Un signal OCT est généré lorsque le miroir de référence se déplace axialement et la mesure en profondeur (balayage de type A-scan) est obtenue grâce à la modification du trajet optique du faisceau de référence. La distribution en profondeur de la réflectivité de l’échantillon est obtenue par corrélation entre le faisceau réfléchi par le miroir de référence (qui est en translation) et celui réfléchi par les différentes interfaces de l’échantillon.

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Table des matières

Introduction générale
Chapitre I: Le Contexte Médical
I.1. Introduction
I.2. Anatomie de l’œil
I.2.1. Les milieux transparents
I.2.1.1. Le corps vitré
I.2.1.2. Le cristallin
I.2.1.3. L’humeur aqueuse
I.2.2. Les segments topographiques
I.2.3. Les enveloppes ou tuniques
I.2.3. 1. La sclérotique ou sclère
I.2.3. 2. L’uvée
I.2.3. 3. La rétine
I.2.3. 3.1. Les différentes couches de la rétine
I.3. La tomographie à cohérence optique (OCT)
I.3.1. Evolution d’imagerie oculaire
I.3.2. Définition d’OCT
I.3.3. Principe de l’OCT
I.3.4. Performance de l’OCT
I.3.5. Les différentes configurations de l’OCT
I.3.5.1. Comparaison des configurations OCT
I.3.6. Les domaine d’applications de l’OCT
I.3.6.1. Applications de l’OCT dans le domaine médical
I.3.6.1.1. L’OCT en ophtalmologie
I.3.6.1.2. Le domaine dentaire
I.3.6.1.3. Le domaine de cardiologie
I.3.6.1.4. Le domaine de gynécologie
I.3.6.1.5. Applications potentielles en Gastroentérologie
I.3.6.2. Applications dans le domaine non médical
I.3.6.3. OCT et les examens oculaires
I.3.6.4. image OCT
I.4.Conclusion
Chapitre II : Traitement des images OCT
II.1 Introduction
II.2. L‘état de l’art
II.3. Image numérique
II.4. Filtrage des images
II.4.1. Filtres linéaires
II.4.1.1 Filtre de Gauss
II.4.2. Filtres non linéaire
II.4.2.1. Filtre médian
II.4.3. Filtrage morphologiques
II.4.3.1. Dilatation
II.4.3.2. Érosion
II.4.3.3. Ouverture et fermeture
II.5. Segmentation
II.5.1. Définition
II.5.2. Les différentes approches de segmentation
II.5.2.1 Segmentation en région
II.5.2.1.1. Croissance de régions
II.5.2.1.2. Division /fusion
II.5.2.1.2.1. Division
II.5.2.1.2.2. Fusion
II.5.2.1.3. Segmentation par seuillage
II.5.2.1.3.1. Seuillage manuel
II.5.2.1.3.2. Seuillage automatique
II.5.2.2. Segmentation par détection de contour
II.5.2.2.1. Méthodes dérivatives
II.5.2.2.2. Méthodes analytiques
II.5.2.3. Méthodes basée sur les contours actifs
II.5.2.4. Segmentation par classification
II.5.2.4.1. K-means
II.5.2.4.2. FYZZY_C_Means
II.6.Conclusion
Chapitre III : Extraction des couches rétiniennes- Résultats et interprétations
III .1. Introduction
III.2. Description de la base de données
III.3. Segmentation des couches rétiniennes
III.3.1. Détection des couches rétiniennes chez des sujets sains
III.3.1.1. Prétraitement
III.3.1.1.1. Définition de la zone d’intérêt
III.3.1.1.2. Filtrage
III.3.1.2. Segmentation des différentes couches
III.3.1.2.1. Détection de la membrane limitante interne (ILM)
III.3.1.2.2. Localisation de fovéola
III.3.1.2.3. Détection de la couche hyper réflective (HRC)
III.3.1.2.4. Détection des photorécepteurs (IS, OS)
III.3.1.2.5. Alignement et détermination des clivus
III.3.1.2.6. Segmentation des couches internes
III.3.1.2.6.1. Détection de la couche nucléaire externe (ONL)
III.3.1.2.6.2. Détection de la couche des fibres optiques (RNFL)
III.3.1.3. Résultats et interprétations
III.3.1.4. Etude quantitative
III.3.2. Détection des couches rétiniennes chez des sujets pathologiques
III.3.2.1. Prétraitement
III.3.2.1.1. Définition de la zone d’intérêt
III.3.2.1.2. Filtrage
III.3.2.2. Détection de la membrane limitante interne (ILM)
III.3.2.3. Détection de la surface d’élévation au niveau de la zone hyper réflective
III.3.2.4. Localisation de fovéola
III.3.2.5. Expérimentations et résultats
III.4. Interface graphique développée
III.5. Conclusion
Conclusion générale