Traitement des images champ visuel et oct pour la detection du glaucome

L’imagerie médicale regroupe les moyens d’acquisition et de restitution d’images du corps humain à partir de différents phénomènes physiques tels que l’absorption de rayons X, la résonance magnétique nucléaire, la réflexion d’ondes ultrasonores, la radioactivité ou plus simplement l’imagerie optique. Elle a révolutionné la médecine en permettant, à des fins diagnostics, de visualiser d’une manière non invasive et dynamique l’anatomie, la physiologie ou le métabolisme du corps humain. Cette visualisation indirecte nécessite l’emploi de techniques de traitement d’image qui est devenu de plus en plus important dans les soins de santé puisqu’il contribue à améliorer la qualité de l’image numérisée et enlever tous les artéfacts indésirables qui peuvent influer sur les résultats de reconnaissance des pathologies, et par conséquent, un diagnostic fiable et précis de la part du médecin. La médecine est un domaine très vaste qui englobe plusieurs spécialités cherchant à restaurer la santé humaine par la prévention des pathologies. Parmi ces spécialités nous adressons à l’ophtalmologie, qui présente la branche de la médecine qui traite tous les problèmes oculaires grâce aux nouvelles technologies embarqués dans les machines optiques qui profitent à son tour des progrès réalisés en traitement et analyse d’images.

Aspect médical 

Le glaucome est une neuropathie oculaire grave caractérisée par la destruction de la tête du nerf optique le plus souvent causée par l’augmentation de la pression intraoculaire. Cette pathologie constitue la seconde cause de cécité dans le monde. Dans ce chapitre, nous allons présenter l’anatomie de l’œil en s’appuyant sur les différentes composantes les plus touchées par le glaucome telle que la cornée et le nerf optique. Par la suite nous définissons le glaucome, ses formes cliniques, ses facteurs de risques, les différents examens disponibles pour la détection du glaucome et nous allons terminer par les différents traitements permettant de ralentir la progression de cette maladie.

Anatomie de l’œil 

L’œil est l’organe principal du système visuel, ultra performant, complexe et fragile. Il permet de capter les images et les transforme en signal électrique vers le nerf optique. Ce signal est ensuite traduit par le cerveau, au niveau du cortex visuel, qui nous renvoie l’image traitée et permet ainsi l’interprétation de notre environnement [1].

La coque oculaire :
Elle représente l’enveloppe externe de l’œil. La coque oculaire se compose de trois tuniques ou enveloppes, qui sont : la membrane de protection, l’uvée et la membrane sensorielle. Dans la partie qui suit nous allons définir chaque partie des tuniques de la coque oculaire.

Membrane de protection :
C’est la tunique périphérique, elle est constituée de la sclérotique, la cornée et le limbe sclérocornéen.

La sclérotique ou sclère :
C’est une couche de tissu conjonctif, la sclère est une membrane de fibreuse blanchâtre très résistante traversée en arrière par le nerf optique et se prolongeant en avant par la cornée, entourant les 4/5 postérieurs du globe oculaire. Acellulaire, elle a pour rôle de maintenir le volume, les formes et le tonus oculaire. Elle est constituée essentiellement par des fibres de collagène et quelques cellules insuffisantes pour lui assurer une cicatrisation en cas de plaie (figure I.1) [3].

La cornée :
La cornée est une membrane fibreuse, mince et transparente enchâssée dans la sclérotique et formant la partie antérieure du globe oculaire. Elle est le premier et le plus puissant dioptre du système optique de l’œil [2]. Elle a une forme asphérique. La cornée agit comme une fenêtre par laquelle la lumière pénètre dans l’œil. Elle joue un rôle prépondérant dans la focalisation de la lumière sur la rétine (figure I.1) [1]. L’épaisseur de la cornée permet de voir si la pression intraoculaire est élevée, normale ou basse. Donc leur exploration joue un rôle important dans le diagnostic du glaucome qui fait l’objet de notre étude.

La choroïde :
C’est une membrane mince comprise entre la rétine et la sclérotique. Cette fine enveloppe est très vascularisée et opaque, elle permet l’obscurité totale à l’intérieur de l’œil. Elle est riche en cellules pigmentées, en éléments vasculaires et nerveux. La choroïde tapisse les 2/3 postérieurs de la sclère, allant du nerf optique en arrière, jusqu’au corps ciliaire en avant. Elle est décollable de la sclère et recouverte par la rétine [3]. La choroïde forme la partie postérieure de l’uvée. Elle est formée d’un réseau de vaisseaux sanguins qui nourrissent la rétine (figure I.1) [2].

L’iris :
C’est la partie la plus antérieure de l’uvée faisant suite au corps ciliaire. C’est une membrane en forme de disque bombant légèrement en avant, perforée en son centre d’un orifice circulaire. L’iris constitue une sorte de diaphragme qui, par sa possibilité de dilatation ou de contraction, contrôle la quantité de lumière pénétrant à l’intérieur de l’œil [2]. Selon sa pigmentation et sa vascularisation, la couleur de l’iris varie et détermine la couleur des yeux (figure I.1).

Le corps ciliaire :
Il se situe entre l’iris et la choroïde. Il s’agit d’un épaississement de l’uvée sous la forme d’un anneau saillant à l’intérieur du globe oculaire, en arrière de l’iris. Il est composé de deux éléments : les procès ciliaires, structures vasculaires responsables de la sécrétion de l’humeur aqueuse, et le muscle ciliaire, relié au cristallin, qui en modifie la courbure, permettant ainsi l’accommodation (figure I.1) [2].

La pupille :
C’est un orifice circulaire situé au centre de l’iris. Il permet par sa contraction ou sa dilatation de doser la quantité de lumière qui pénètre dans l’œil. La pupille est entourée de muscle sphincter irien qui provoque sa dilatation (mydriase) dans le cas de forte lumière et sa contraction (myosis) si la lumière est faible (figure I.1) [2].

La rétine

C’est une membrane photosensible, fine et translucide, placée au fond de l’œil, sur sa paroi interne. Elle permet de distinguer une lumière très faible à une distance de 10 kilomètres, même dans l’obscurité totale. C’est un tissu neurosensoriel. Elle est capable de capter les rayons lumineux et les transforment en signaux électriques, ces signaux sont par la suite transmis au cerveau via les fibres nerveuses du nerf optique [1]. Elle se caractérise par une partie centrale avec la macula, la fovéa et la fovéola qui permettent la précision de vision, et une partie périphérique qui permet la vision latérale (figure I.1). La rétine est constituée de plusieurs types de cellules, les cellules de la vision étant disposées en 3 couches superposées, qui sont, de l’arrière vers l’avant de l’œil, les cellules photoréceptrices (cônes et bâtonnets), les cellules bipolaires et les cellules ganglionnaires .

• Les cônes : responsables de l’acuité visuelle et de la vision des couleurs, sont majoritaires sur la macula et seuls présents dans la fovéa.
• Les bâtonnets : sensibles à la quantité de la lumière et à son intensité, et responsables de la vision dans des conditions de faible éclairage, se distribuent sur l’ensemble de la rétine et permettent l’élargissement du champ visuel, ou vision périphérique.
• Les cellules bipolaires : mettent en relation les cellules photoréceptrices et les cellules ganglionnaires.
• Les cellules ganglionnaires : se prolongent par les fibres optiques, qui se réunissent dans la papille pour former le nerf optique .

Le nerf optique

Il relie la papille optique au système nerveux central et se termine au niveau de l’angle antérieur du chiasma. Il transmet les informations reçues par les yeux vers le cerveau, au niveau du cortex visuel. Il mesure 4 mm de diamètre pour 5 cm de long. C’est lui qui permet au cerveau d’enregistrer, d’interpréter et de traduire les images (figure I.1) [1]. Puisque le nerf optique est le responsable de transmission des informations visuels, s’il est endommagé le cerveau ne reçoit pas l’information totale ce qui conduit à la diminution de champ de vision ce qui définit la présence du glaucome. Donc pour détecter le glaucome il faut faire un examen de la tête du nerf optique.

La macula :
C’est une petite zone déprimée située au centre de la rétine et où l’acuité visuelle est maximale. La macula est plus jaune que le reste de la rétine et ne comporte aucun vaisseau. Elle est irriguée par les vaisseaux de la rétine en périphérie et, en profondeur, par ceux de la choroïde. La macula apparaît sous la forme d’une dépression car elle est moins épaisse que le reste de la rétine. Dans son centre se trouve la fovéola .

Table des matières

Introduction générale
Chapitre I : Aspect médical
I.1. Introduction
I.2. Anatomie de l’œil
I.2.1. La coque oculaire
I.2.1.1. Membrane de protection
I.2.1.1.1. La sclérotique ou sclère
I.2.1.1.2. La cornée
I.2.1.1.3. Le limbe sclérocornéen
I.2.1.2. L’uvée
I.2.1.2.1. La choroïde
I.2.1.2.2. L’iris
I.2.1.2.3. Le corps ciliaire
I.2.1.2.4. La pupille
I.2.1.3. Membrane sensorielle
I.2.1.3.1. La rétine
I.2.1.3.2. Le nerf optique
I.2.1.3.3. La macula
I.2.1.3.4. La fovéa
I.2.1.3.5. La papille optique ou tache aveugle
I.2.2. Le contenu de l’œil
I.2.2.1. L’humeur aqueuse
I.2.2.2. Le cristallin
I.2.2.3. Le corps vitré
I.3. Le glaucome
I.3.1. Définition
I.3.2. Les formes cliniques du glaucome
I.3.2.1. Le glaucome à angle ouvert ou glaucome primitif à angle large « GAO »
I.3.2.2. Le glaucome aigu à angle fermé ou glaucome primitif à angle étroit « GFA »
I.3.2.3. Le glaucome à Pression normale « GPN »
I.3.2.4. Les glaucomes secondaires
I.3.2.5. Glaucome Congénital
I.3.3. Epidémiologie
I.3.4. Facteurs de risque
I.3.5. Diagnostic du glaucome
I.3.5.1. La gonioscopie
I.3.5.2. Tonométrie/Pachymétrie
I.3.5.2.1. La tonométrie
I.3.5.2.2. La pachymétrie
I.3.5.3. L’ophtalmoscopie ou fundoscopie
I.3.5.4. La périmétrie ou Champ Visuel
I.3.5.4.1. Définition de la périmétrie
I.3.5.4.2. Détection du glaucome par la périmètrie
I.3.5.5. La Tomographie par Cohérence Optique du nerf optique
I.3.5.5.1. Définition d’OCT
I.3.5.5.2. OCT nerf optique
I.3.5.6. La technologie de doublement de fréquence FDT
I.3.6. Les traitements du glaucome
I.4. Conclusion
Chapitre II : Traitement des images champ visuel et OCT
II.1. Introduction
II.2. L‘état de l’art
II.2.1. Détection du glaucome à partir des images OCT
II.2.2. Détection du glaucome à partir des images champ visuel
II.2.3. Détection du glaucome à partir des images fond d’œil
II.3. Définition d’image numérique
II.4. Filtrage des images
II.4.1. Filtrage linéaire
II.4.1.1. Filtre gaussien
II.4.2. Filtrage non linéaire
II.4.2.1. Filtre médian
II.4.3. Filtrage morphologique
II.4.3.1. Elément structurant
II.4.3.2. Erosion
II.4.3.3. Dilatation
II.4.3.4. Ouverture et fermeture
II.5. La segmentation
II.5.1. Définition
II.5.2. Les différentes approches de segmentation
II.5.2.1. Segmentation par seuillage
II.5.2.1.1. Seuillage manuel
II.5.2.1.2. Seuillage automatique
II.5.2.2. Segmentation par régions
II.5.2.2.1. Segmentation par croissance de régions
II.5.2.2.2. Segmentation par division/fusion
II.5.2.3. Segmentation par détection de contour
II.5.2.3.1. Méthodes dérivatives
II.5.2.3.2. Méthodes analytiques
II.5.2.3.3. 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. Fuzzy C-Means
II.6. Conclusion
Chapitre III : Détection du glaucome : Résultats et discussions
III.1. Introduction
III.2. Description de la base de données utilisée
III.2.1. Base de données des images OCT
III.2.2. Base de données des images champ visuel
III.3. Détection du glaucome
III.3.1. Détection des cellules glaucomateuses à partir des images OCT des GCC
III.3.1.1. Prétraitement
III.3.1.1.1. Extraction de la région d’intérêt
III.3.1.1.2. Elimination de la tache aveugle
III.3.1.1.3. Filtrage
III.3.1.2. Segmentation des différentes régions
III.3.1.2.1. Extraction de la région des cellules saines
III.3.1.2.2. Extraction de la région des cellules mortes
III.3.1.2.3. Extraction de la région des cellules malades
III.3.1.3. Calcul surfacique
III.3.1.4. Classification
III.3.2. Détection des cellules glaucomateuses à partir des images champ visuel CV
III.3.2.1. Prétraitement
III.3.2.1.1. Extraction de la région d’intérêt
III.3.2.1.2. Elimination de la tache aveugle
III.3.2.1.3. Filtrage
III.3.2.2. Segmentation des différentes régions
III.3.2.2.1. Extraction de la région des cellules mortes
III.3.2.2.2. Extraction de la région des cellules gravement malades
III.3.2.2.3. Extraction de la région des cellules moyennement malades
III.3.2.2.4. Extraction de la région des cellules légèrement malades
III.3.2.2.5. Extraction de la région des cellules saines
III.3.2.3. Calcul surfacique
III.3.2.4. Classification
III.4. Résultats et discussions
III.5. Interface développée
III.6. Conclusion
Conclusion générale

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