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ÉCHOGRAPHIE OCULAIRE TRANSCORNÉENNE

PAR SONDE LINÉAIRE MULTI-ÉLÉMENTS

HAUTE-FRÉQUENCE

Tony Matéo

To cite this version:

Tony Matéo.

ÉCHOGRAPHIE OCULAIRE TRANSCORNÉENNE PAR SONDE LINÉAIRE

MULTI-ÉLÉMENTS HAUTE-FRÉQUENCE : Étude et correction des effets aberrateurs du cristallin

dans la reconstruction d’image en mode-B. Imagerie. Université François Rabelais de Tours, 2014.

Français. �tel-01185826�

É ole Do toraleEMSTU

UMR Inserm U930,Imagerieet Cerveau

THÈSE présentéepar : Tony MATÉO

soutenue le: 18dé embre 2014

pour obtenir legrade de:Do teur de l'université François- Rabelaisde Tours Dis ipline :S ien esde lavie etdelasanté /Spé ialité:Imagerieultrasonore

ÉCHOGRAPHIE OCULAIRE TRANSCORNÉENNE PAR SONDE LINÉAIRE MULTI-ÉLÉMENTS

HAUTE-FRÉQUENCE

Étude et orre tion des eets aberrateurs du ristallin dans la re onstru tion d'image en mode-B

THÈSE dirigée par :

OSSANTFrédéri Ingénieur Biomédi al, Dr., HDR, Inserm U930 Équipe Imagerieet UltrasonsTours

RAPPORTEURS :

BRIDAL Lori DR, CNRSUMRS 1146 /UMR 7371 LIBParis LIEBGOTTHervé MCU, CNRSUMR5220,Inserm U1044,CréatisLyon

JURY :

LAUGIER Pas al DR, CNRSUMR S1146 /UMR 7371 LIBParis BRIDAL Lori DR, CNRSUMR S1146 /UMR 7371 LIBParis LIEBGOTTHervé MCU, UMR5220 Créatis Lyon

FILOUX Erwan Dr., So iété Vermon Tours PISELLAPierre-Jean PU-PH, CHRUde Tours

MOFID Yassine MCU, Inserm U930Équipe5 Tours OSSANTFrédéri IB Dr.,Inserm U930Équipe 5Tours

Depuisl'avènement dessondeslinéaires ultrasonoresmulti-éléments dansla re onstru -tion d'images en mode-B, l'é hographie médi ale s'est onsidérablement améliorée. Cou-plées à desé hographes numériques de plus en plus performants, elles orent une résolu-tion spatiale, un ontraste et une profondeur de hamp nettement supérieurs aux sondes mono-élément à balayage mé anique. Ces avantages dé oulent des possibilités en termes deformationdefais eauxetdevoiesqu'ellesapportent,autorisant ainsifo alisation onti-nue, apodisation dynamique, ouverture adaptatri e, stratégie de formations de fais eaux adaptatives, balayage éle tronique rapideet omplexe...et En raisonde ontraintes te h-niques, il subsiste toutefois un domaine où l'emploi des sondes multi-éléments ne s'est pas démo ratisé en linique : l'é hographie haute fréquen e (

≥

20MHz) et en parti ulier l'é hographie ophtalmique. Néanmoins,grâ eàdesprogrès ré ents, l'arrivée surlemar hé de sondes multi-éléments haute fréquen eà des oûts abordablespour ette dis ipline est pro he.

Le milieu o ulaire omporte ependant un obsta le sus eptible de limiter l'intérêt de tellessondesené hographieophtalmique. Ils'agitdu ristallin,se ondelentilledusystème optiquedel'÷ilhumain,dontlerleest entraldanslephénomèned'a ommodation. D'un point de vue a oustique, et organe onstitue également une lentille mais alors de nature divergente. Milieu où les ultrasons se propagent à une élérité supérieure d'environ 10% à elles des tissus qui l'entourent (l'humeur aqueuse et l'humeur vitrée qui emplissent le volumeintra-o ulaire),le ristallinserévèleêtrelasour eprin ipaled'aberrationsdephase pour lesfais eauxultrasonoresauseindel'÷il.Ilestainsi onnupour auserune dégrada-tion signi ative des s ans trans ornéens, réduisant résolution spatiale et ontraste, mais également provoquant desdistorsionsmarquées au niveau dufond del'÷il, oùs'observent pourtant les stru tures les plus essentielles (e.g. la rétine et en parti ulier la ma ula, le nerfoptiqueetenparti ulierlapapille,les vaisseaux nourri iersdela horoïde). Ceseets néfastes, déjà marqués sur les B-s ans trans ornéens issus du balayage mé anique d'un mono-élément risquent de s'a entuer ave l'emploi d'une sonde multi-élément. En eet, esdernièressontplussensiblesauxaberrations dephases,dufaitd'ouverturesré eptri es plusgrandes.

En revan he, e type de sonde ore, au moyen d'un ontrle adéquat de la phase de seséléments, l'opportunité de orriger es aberrations. Cet avantage représenteun intérêt

de taille, spé ialement à haute fréquen e où les eets néfastes des aberrations de phase s'amplient. Ainsi, tant que l'on onsidèrera que l'÷il estun milieu homogène, l'augmen-tation de la fréquen e de travail ne s'a ompagnera pas du gain en résolution es ompté, et ela notamment dansl'imagerie o ulaire trans ornéenne,profondément ae téepar les aberrations ristalliniennes. Les sondes multi-éléments onstituent à e titre le moyen le plusprometteur pour améliorerlarésolution des B-s anstrans ornéens.

C'est ettevoiequenousavons hoisid'explorerdans etravaildethèse.Unete hnique de formationde fais eau apable de ompenser lesaberrations de phaseengendréespar le ristallin à l'aide d'une sonde linéaire multi-élément a ainsi été développée pour l'image-rieo ulairetrans- ornéenne.Cettete hnique permet,à l'issued'uneétapede déte tiondu ontourdu ristallin,de al ulerdesdélaisdefo alisationquitiennent omptedela élérité ultrasonore ensonsein etde elledumilieu quil'entoure, touten onsidérant les eetsde réfra tionsubséquents.Elles'appuiesurunete hniquedelan er derayondetypebending asso iéeà laméthode de Newton-Raphsonpour satisfairele prin ipe deFermat,dont dé- oulelaloide laréfra tion auxinterfa es.Initialement onçuepourprendre en ompte un ristallinhomogène, ettete hniquedere onstru tionadaptéeaétéétenduepour onsidé-rer les inhomogénéités qui existent, essentiellement dans les zones apsulaire et orti ale, enpériphériedu ristallin. Dansun premiertemps ette te hniquea ététestéein vitro sur fantme pour, d'une part pro éder à sa validation, et d'autre part estimer sonapport au regardd'une te hnique dere onstru tion onventionnelle detypedelay-and-sum.Deplus, une te hnique dere onstru tion, également adaptéemaisne onsidérant paslaréfra tion, aétéintroduitepourappré ierl'intérêtdelaprendreen ompte.Cesexpérimentationsont étérenduespossiblesparlaprésen ed'uné hographedere her heexpérimentaldéveloppé au laboratoire "Imagerie et erveau" etd'une sonde linéaire ultrasonore 128 éléments, de fréquen e entrale 20 MHz, fournie par la so iété Vermon. Elles ont été menées sur un fantme bi-phasique du milieu o ulaire émulant les aberrations ristalliniennes. Les deux formesa ommodativesextrêmesd'un ristallinhumainadulteontétéinvestiguéesetpour ha une une analyse des rée teurs pon tuels d'un fantme de l a permis de quantier larésolution spatiale,le ontrasteetlesdistorsions desB-s ansre onstruits aumoyen des diérentes te hniquesdere onstru tion. Leseetsnéfastesdesaberrations ristalliniennes sur l'imagerie onventionnelle par sonde multi-élément haute fréquen e ont ainsi pu être mis en lumière,etsurtout la apa ité delaméthode proposéeà les ompenser,non seule-ment pour rétablir une résolution pro he de elle d'un milieu homogène mais également pourrestaurer grandement ladélité spatiale.

Enn, leste hniquesdere onstru tionontété onfrontéesexvivo d'abordsur ristallin por in isolé pour une analyse quantitative des performan es de ha une, puis sur deux yeux humains, l'unsain, l'autredotéd'unimplant intra-o ulaire. L'apportdeste hniques de re onstru tion adaptées s'est révélésigni atif :rehaussement de ladynamiquedes B-s ans, diminution des distorsions de 74%, et amélioration d'un fa teur 2 de la résolution spatiale.De plus, esexpérimentationsont permisde montrer l'intérêt de onsidérer l'hé-térogénéité dela élérité ultrasonoreau seindu ristallin pouraugmenterlesbéné esdes te hniquesde re onstru tions adaptées,notamment en termederestauration deladélité spatiale.Ces te hniquessont prometteuses à e titrepour labiométrie o ulaireet notam-ment laphakométrie,dis iplineoùleste hniquesoptiquessontfavoritesbienquesourant d'impré isions etde limitations.En outre,il s'estavéréquelate hnique dere onstru tion adaptée qui néglige laréfra tion, atteint ex vivo une qualité semblable à late hnique qui la ompense.Ilapparaît don envisageabled'appliquerunete hnique simplede

ompensa-tiondesaberrations dephases ristalliniennespourl'imagerie o ulairetrans ornéenne par sondelinéaire multi-élément à hautefréquen e.

Mots lés: É hographieophtalmique,hautefréquen e,sondeultrasonorelinéaire multi-éléments, ristallin, aberrations de phases, lan er de rayon bending, prin ipe de Fermat, re onstru tion adaptée, phakométrie

In ophthalmi ultrasonography the rystalline lens is known to be the main sour e of phase aberration, as ultrasounds (US) propagate about 10% faster than in the surroun-dingintra-o ularmedium. Consequently,itimpairs signi antly bothspatial and ontrast resolution of axial B-s ans,and inaddition auses important distortion, espe iallyon the o ularfundus.

In view of the next oming of US arrays in ophthalmologi pra ti e, whi h are more sensitive to phaseaberration butalso represent aunique wayto orre tthem,an adapted beamforming (BF) free from rystalline lens aberration has been developed during this thesis.TheadaptedBFliesonatwopointraytra ingapproa hto omputefo usingdelays that ompensatefor rystalline lensaberrations in ludingthose stemmingfromrefra tion at theinterfa e between itself and thesurrounding humors (aqueous +vitreous). Initially developed by assuming the intrao ular medium onsists in two homogeneous media i.e. rystalline lens + aqueous and vitreous humors with uniform US velo ity for ea h, the adapted BF has been extended to take into a ount the velo ity gradient that in fa t existsin the real lens i.e.a plateau in thenu leus followed by a gradual de rease toward thelens edges.

In a rst attempt to assess the ability of our eye-adapted BF to ompensate for the detrimental ee ts of the rystallinelens aberration, in vitro experiments were ondu ted usingtheECODERM,anUSresear hs annerin-housedeveloped,workingwitha20MHz linear array (Vermon Co., Tours, Fran e). In vitro experiments onsist in imaging a wire phantom through an eye phantom onsisting of a syntheti gelatin lens anatomi ally set up in an appropriate liquid (turpentine) to approa h the in vivo velo ity ratio that exist between the rystalline lens and the surrounding humors. Two geometries of syntheti lens were designed, one orresponding to an a ommodated shape and other one to an una ommodated shape of an adult human rystalline lens, in order to investigate both extremes statesof a ommodation.Both image quality and delityfrom the adapted BF wereassessed,inrelationtothatinhomogeneousmediumand omparedwith onventional delay-and-sumBF overthe aberrating mediumand also withase ond adaptedBFwhi h wassimpliedto ignore thelens refra tion..

Invitroquantitativeresultsshowed2-foldimprovementofthelateralresolution,greater sensitivity and 90% redu tion of thespatial error (from 758

µm

to 76

µm

) with adapted

BF ompared to onventional BF.Compared to optimal results in homogeneous medium (pure turpentine), lateral resolution was only 39% lower with adapted BF. An ex vivo quantitative study ondu tedon anisolated por ine lens,followinga similarexperimental proto ol, onrms the interest of adapted BF. It brought a 2-fold improvement of the spatial resolution,a greater sensitivity(about 4.5 dB)and a 74%redu tion ofthe spatial error (from 714

µm

to 185

µm

) ompared to onventional BF,whenthevelo itygradient of the rystallinelensis taken into a ount.

Finally,rstexvivo experimentationonahumaneyewere arriedouttoappre iatethe lini alinterestofoureye-adaptedBF inrelation to onventional BF.Whether onventio-nalB-s anshowedaprotudedretinawitha ompressioninward similartotheobservations made by Sokollu, this severe distortion almost disappeared on adapted B-s ans. F urther-more,adaptedBFprovided amu hbetterviewoftheo ularfundus(nerspe kle,greater resolution) that hasfor major ontribution to make possible distinguishing the interfa es of itsdierent layerse.g.retina, horoid,s lera.

Both ex vivo and in vitro experiments gave eviden e of the detrimental ee ts of the rystallinelens on onventional axialB-s ans when usinglinear arrays,aswell asthe e- ien y of adapted BF in signi antly redu ing them. By a ting dire tly in the BF stage, theproposed BF not only redu es the spatial distortions but also restores resolution and ontrast. Su h enhan ements may provide improved visualization of the rystalline lens and theo ularfunduson trans ornealB-s ansas onrmed byrstex vivoresults where, in ontrast to onventional imaging, the layered stru ture of the fundus be omes distin-guishable. Finaly, spatial delity delivered by adapted BF might be useful for B-mode biometryof the eye, espe iallyfor phakometry, urrently performedbyopti alte hniques (Purkinje,S heimplug)thatareknowntoprovidedistortedviewoftheposteriorsegment.

Keywords : O ular ultrasonography, linear array, highfrequen y ultrasound, rystal-line lens, phase aberration, adapted beaforming, two-point bending ray tra ing, Fermat's prin iple,phakometry

Glossaire 23

Introdu tion 25

I L'imagerie é hographique de l'÷il : pratique et devenir 29

1 L'÷il humain et son exploration ultrasonore dans la pratique

ophtalmo-logique 31

1.1 L'÷il humain . . . 32

1.1.1 Anatomiede l'orbite etson ontenu . . . 32

1.1.2 Anatomieetphysiologie duglobe o ulaire . . . 36

1.1.3 Del'÷ilà lavision . . . 40

1.1.4 Pathologies o ulaires . . . 43

1.2 L'É hographie o ulaire:Pratique liniqueet devenir . . . 53

1.2.1 Aspe té hographique destissuso ulaires normaux . . . 54

1.2.2 Instrumentation ette hniques d'examen . . . 55

1.2.3 Le mode-A . . . 60

1.2.4 Imageriedu segment postérieur etde l'orbite . . . 62

1.2.5 Imageriedu segment antérieur . . . 63

1.2.6 Les ultrasons fa eaux autres modalités dansla pratique ophtalmo-logique. . . 63

2 É hographie trans ornéenne à haute fréquen e : De l'intérêt de orriger les aberrationsde phases induites par le ristallin 67 2.1 L'÷il :un milieu a oustiquement hétérogène . . . 68

2.1.2 Causespathologiquesoupost-opératoiresd'altérationsde espropriétés 71

2.2 Hautefréquen e, sondemulti-éléments etaberrations de phase. . . 73

2.2.1 L'atténuation . . . 74

2.2.2 Lesaberrations dephase . . . 75

2.3 Le ristallin :Sour emajeured'aberrations de phasedumilieu intra-o ulaire 77 2.3.1 Propriétés a oustiqueslo alesdu ristallin . . . 77

2.3.2 Étatde l'artdeseetsdu ristallin surdesfais eaux ultrasonores . . 80

2.3.3 Simulation deseetsréfra tifs du ristallin. . . 84

2.3.4 Con lusion . . . 90

II Formation de fais eau et re onstru tion d'image dédiés à l'obser-vation de l'÷il par sonde ultrasonore multi-éléments 91 3 Formation de fais eau et re onstru tion d'image ultrasonore par sonde mutli-élémentslinéaireàl'aided'uné hographepolyvalent,l'ECODERM 95 3.1 Re onstru tion d'une image é hographique ave une sonde linéaire multi-élément . . . 96

3.1.1 Introdu tion. . . 96

3.1.2 Formation defais eau enémission . . . 98

3.1.3 Formation devoies en ré eption . . . 100

3.1.4 Critèresde qualité de l'image é hographique . . . 103

3.2 L'ECODERM:uné hographedere her hepourl'imagerieUShautefréquen e106 3.2.1 Présentation généralede l'é hographe . . . 106

3.2.2 Re onstru tion onventionnelle à partir desdonnées RF . . . 109

3.2.3 Possibilités etlimitationsdu prototype ECODERM. . . 112

4 Une méthode de re onstru tion adaptée pour l'imagerie o ulaire trans- ornéenne - Corre tionsdes aberrationsde phasegénérées par le ristal-lin 115 4.1 Prin ipedeFermatetlan erderayonpourladéterminationdutempsdevol entre deuxpointsarbitraires

(A; B)

inter eptant potentiellement le ristallin 116 4.1.1 Introdu tionau lan er de rayonetprin ipe général de laméthode. . 116

4.1.2 Fondements géométriques et mathématiques du lan er de rayon de typebending . . . 119

4.1.3 MéthodedeNewton-Raphsonpourl'appli ation duprin ipedeFermat124 4.2 Implémentation de la te hnique de lan er de rayon pour la orre tion des aberrations ristalliniennes dans la re onstru tion d'image à l'aide d'une sondelinéaire multi-éléments . . . 134

4.2.1 Déte tion du ontour du ristallin. . . 134

4.2.2 Émissionfo aliséeadaptée . . . 136

4.3 Extensiondelate hniquedéveloppéeàlapriseen omptedel'inhomogénéité

dela élérité USdansle ristallin . . . 142

4.3.1 Prin ipe :Un ristallin équivalent pour haque hemin envisagé . . . 142

4.3.2 Dénitionde la arte de élérité 2Ddu ristallin hétérogène . . . 143

III Validation expérimentale in vitro et premiers résultats ex vivo 151 5 Validationexpérimentaleinvitrodelare onstru tionadaptéeCLAIFbC155 5.1 Réalisationd'unfantme bi-phasiquedumilieu intra-o ulaire . . . 156

5.1.1 Choixdesmatériaux . . . 157

5.1.2 Réalisationdesmoules pour ristallin synthétique . . . 159

5.1.3 Cara térisation a oustique HF de la turpentine et de la gélatine à 15%en fon tion delatempérature . . . 163

5.2 Proto ole expérimental pour l'imagerie é hographique du fantme intra-o ulaire . . . 169

5.2.1 Unfantme de lpour quantier larésolution à 20 MHz . . . 169

5.2.2 Proto ole expérimental d'imagerie US . . . 170

5.2.3 Re ueildessignauxRF,formationdefais eauenémissionetdevoies enré eption . . . 172

5.2.4 Traitementappliquéauximagesé hographiquespourl'analyse quan-titative . . . 175

5.3 Résultats expérimentaux des re onstru tions onventionnelle, CLAPC et CLAIFbC . . . 177

5.3.1 Résultatsqualitatifssurformes ristalliniennesa ommodéeset non-a ommodées . . . 177

5.3.2 Analysequantitative delarésolution et deladélité spatiale . . . . 180

5.4 Analysedesrésultatsquantitatifsetdis ussion . . . 187

5.4.1 Appré iation générale desB-s ans obtenus au travers des ristallins synthétiques. . . 187

5.4.2 Fidélitéspatiale . . . 188

5.4.3 Résolution spatiale . . . 190

5.4.4 Contraste . . . 190

5.4.5 Impa tde laforme du ristallin surles B-s ans . . . 192

5.4.6 Remarque surles performan es de la te hnique CLAIFbC en terme de onvergen e . . . 193

5.5 Étude etrésultats omplémentaires . . . 193

5.5.1 EetsduF-number enré eption . . . 193

5.5.2 Re onstru tions onventionnelle, CLAPC et CLAIFbC issues d'une émission onventionnelle . . . 197

6 Premiers résultats ex vivo et perspe tives 201

6.1 Expérimentations exvivo sur ristallin por in isolé . . . 202

6.1.1 Cara térisation a oustiquedu ristallin por in . . . 202

6.1.2 Imageriesur fantme hauterésolution . . . 205

6.1.3 Dis ussion . . . 214

6.2 Premièresexpérimentationssuryeuxhumains omplets exvivo . . . 215

6.2.1 Proto ole expérimental . . . 215

6.2.2 B-s ans trans ornéens obtenus à partir des re onstru tions onven-tionnelle,CLAPC etCLAIFbC . . . 216

6.2.3 Dis ussion . . . 219

6.3 Perspe tives liniques et on lusion . . . 221

6.3.1 Intérêt diagnostique . . . 221

6.3.2 Intérêt pour labiométrieo ulaire . . . 221

6.3.3 Con lusion . . . 222

Con lusion et perspe tives 223

Annexes 229

A Communi ation s ientique 229

1.1 Indi es optiquesdesmilieux transparentso ulaires . . . 42

2.1 Valeurs de la élérité US obtenues ex vivo dans la ornée pour diérentes espè esetdiérentesétudes. . . 69 2.2 Valeurs de la élérité US obtenues ex vivo dans le vitré pour diérentes

espè esetdiérentesétudes. . . 69 2.3 Valeursde la élérité US obtenuesex vivo - àl'ex eption de l'étudede Van

Der Heijde & Weber réalisée in vivo - dans le ristallin pour diérentes espè esmesurées à l'issuede diérentes études. . . 70 2.4 Tableau ré apitulant les prin ipales ara téristiques a oustiques des

dié-rentstissus o ulaire pour l'espè ehumaine à température physiologique . . 71

5.1 Formes a ommodée et non a ommodée, dé rivant un ristallin humain adultemoyen, utiliséesdanslaréalisationdesmoulesdes ristallins synthé-tiques . . . 161 5.2 Propriétés a oustiquesà20MHzdesmilieuxémulant leshumeurs etle

ris-tallinauxtempératuresdes expérien es visant àvaliderCLAIFbC . . . 169 5.3 Résultatsde onvergen epourlare onstru tiondesB-s ans5.18(d)et5.20(d))

par late hnique CLAIFbC. . . 180 5.4 Valeurs moyennes et é arts types de l'ensemble des paramètres analysés,

al uléssurles17et23PSFssusammentrésolues que omportent respe -tivement les B-s ansau travers desformesa ommodée etdésa ommodée. 187

6.1 Propriétés a oustiques mesurées à 22.4

◦

C dans l'axe antéro-postérieur du ristallin por in (por eletâgé de 21jours). . . 205 6.2 Résultats de onvergen e pour la re onstru tion du B-s an CLAIFbC (g.

6.9(d))lors de l'imagerie du ristallin de por elet. . . 208 6.3 Valeurs moyennes et é arts types de l'ensemble des paramètres analysés,

6.4 Résultats de onvergen e pour la re onstru tion du B-s an CLAIFbC (g. 6.9(d))lors de l'imagerie del'÷il humain sain. . . 218

1.1 Contenu de la avité orbitale . . . 33

1.2 Orbiteosseuse droitd'un râne humain. . . 33

1.3 Axede l'orbite etduglobeo ulaire . . . 34

1.4 Insertionsdes mus leso ulairesde l'orbite droit . . . 35

1.5 Coupe sagittalede l'÷il . . . 36

1.6 Aspe thistologique de la ornée humaine. . . 37

1.7 Stru turedu ristallin adulte . . . 40

1.8 Illustrations antiques du système o ulaire extraites de "La Dioptrique" de Des artes- 1637 . . . 41

1.9 Deuxamétropies ourantes :lamyopieetl'hypermétropie . . . 43

1.10 Imageé hographiqued'unehyalopathieastéroïdeo upant partiellement la avitévitréenne . . . 45

1.11 Images é hographiques d'hémorragies duvitré . . . 46

1.12 Images é hographiques dedé ollement de larétine . . . 48

1.13 Imageé hographique transverse d'unrétinos hisis . . . 49

1.14 Images é hographiques en oupe transverse d'atteintes du nerfoptique . . . 50

1.15 Imageé hographique montrantlerenfon ementdudisqueoptiqueprovoqué par unglau ome . . . 51

1.16 Images é hographiques detumeurs intrao ulaires . . . 52

1.17 Lesdébuts del'é hographie o ulaire . . . 53

1.18 Positionnement de lasondeé hographique pour les diérents types des an enmode-B. . . 56

1.19 B-s ansd'unmême mélanome horoïdien, vuesous des oupes diérentes . 57 1.20 Position de lasondelors d'uns antrans ornéen axialverti al. . . 57

1.21 Lesdeuxtypesde s ans trans léraux . . . 59

1.23 Dimensionsmoyennesd'un÷il emmétrope (dimensions enmm).. . . 64

2.1 Late hnique hirurgi ale duPhako-ersatz . . . 73

2.2 Relationentrefréquen eultrasonoreetatténuationsuivantletypedeB-s an ee tué . . . 75

2.3 Illustration du plan de oupe de la tran he de ristallin dans les mesures ee tuées par De Korte, Thijssen et Van Der Steen pour l'étude de ses propriétés a oustiqueslo alesle longde l'axeantéro-postérieur . . . 78

2.4 Propriétés a oustiques lo ales d'unetran he de ristallin por in d'un milli-mètre d'épaisseuree tuée lelongde l'axeantéro-psotérieur . . . 78

2.5 Propriétés a oustiques lo ales d'une tran he de ristallin humain d'un mil-limètred'épaisseuree tuée lelongde l'axeantéro-psotérieur . . . 79

2.6 Proldespropriétésa oustiqueslelongdel'axeoptiqueetdel'axeéquatorial mesurées sur

n = 13

ristallins humains . . . 80

2.7 Proldespropriétésa oustiqueslelongdel'axeoptiqueetdel'axeéquatorial mesurées sur

n = 10

ristallins por ins . . . 81

2.8 Proldela éléritéetdu oe ientd'atténuationultrasonoremesurélelong de l'axeoptiquedanslesens antéro-postérieur sur

n = 8

ristallins por ins . 81 2.9 Photographie S hlieren montrant les eets d'un ristallin bovin (

∅

= 21

mm) surunfais eau traversant sonaxe optique . . . 82

2.10 Photographie S hlieren montrant les eets d'un ristallin bovin (

∅

= 19

mm) surunfais eau traversant axialement sapériphérie . . . 82

2.11 Simulation de la réfra tion induite par les diérents milieux o ulaires sur desfais eaux enin iden e axiale . . . 83

2.12 Compression et rappro hement axial apparent de la rétine sur un B-s an provoqué par le ristallin [Sokollu,1968 ℄. . . 83

2.13 Réfra tionetréexion d'unrayon issu d'unélément de lasonde LA20ave unangle de 25°par rapport àlanormale àsasurfa e . . . 85

2.14 Simulation des eets réfra tifs de diérentes formes ellipsoïdales sur une onde planeémisepar une ouverture de 6.4mm . . . 87

2.15 Comparaison des eets réfra tifs de ristallins de formes a ommodée et désa ommodéesuruneondeémiseparuneouverturede6.4mmetfo alisée à

z

f

= 20

mm . . . 88

2.16 Simulation des eets réfra tifs d'un ristallin en situation a ommodée et désa ommodée sur inq ondesgénéréespar une ouverture de 1.6mmpour diérentes profondeursde fo alisation . . . 89

3.1 Cara téristiques géométriquesd'unesonde linéaire. . . 97

3.2 Balayage éle tronique . . . 97

3.3 Carted'émission/ré eption omprenant legain deré eption . . . 99

3.4 Prin ipe dudelay-an-sum . . . 101

3.5 Forme de la tâ he fo ale en émission-ré eption lors de l'emploid'un fo ali-sation simple etd'une fo alisationdynamiqueen ré eption. . . 102

3.6 Diagrammes de dire tivité en émission et en émission ré eption pour 24

élémentsémetteur et64 élémentsré epteurs . . . 105

3.7 Photographiedu prototypeECODERM. . . 106

3.8 Ar hite ture del'é hographe ECODERM. . . 107

3.9 Carted'émission/ré eption omprenant legainde ré eption . . . 107

3.10 Cara téristiques dela arte d'émission/ré eption . . . 108

3.11 Sonde linéaire hautefréquen e128 élémentsLA20. . . 109

3.12 Paramétrage d'une suite de séquen es de tir en mode re her he. Le  hier '.seq' ontenant les instru tions d'émission/ré eption de l'ensemble des sé-quen esdu balayage éle tronique est hargé. . . 110

3.13 Limites de déexion et de fo alisation du fais eau en fon tion du nombre d'éléments émetteurs. . . 113

4.1 Contourdu ristallinreprésentépardeuxar sd'ellipse:

ξ

ant

pourlesegment antérieur et

ξ

post

pour lesegment postérieur.. . . 118

4.2 Synoptique de la la te hnique de lan er de rayon de type bending pour la détermination dutemps de vol

T OF

AB

. . . 119

4.3 Formalismegéométriquepourla onstru tion du heminlorsquele ristallin estentièrement traversé . . . 123

4.4 Représentationdupro essusde onvergen eversle heminréfra té ø

AB

pour diérents ouples €

A; B

Š . . . 125

4.5 Illustrationde lavitessede onvergen e de laméthode de newton-Raphson. 126 4.6 Représentationdupro essusde onvergen eàl'aidedelaméthodede Newton-Raphsonlorsque le ristallin estinter epté uneseule fois oubien deux . . . 127

4.7 Illustrationde ongurationsgéométriquespouvant onduireàladivergen e dela méthode de Newton-Raphson . . . 130

4.8 Conguration géométrique pour laquelle l'intervalle de onvergen e de la méthode de newton-Raphson estrestreint . . . 133

4.9 Illustration géométriquedes bornes inférieure etsupérieure dénissant l'in-tervalle danslequel onre her he lasolution

x

∗

. . . 134

4.10 Déte tion du ontourdu ristallin

ζ

L

àpartir desquatrepoints

P

ant

,

P

post

,

P

EQE

et

P

EQO

. . . 135

4.11 Matri e d'émission adaptée pour ompenser à haque tir les aberrations ristalliniennes . . . 137

4.12 Prols desdélaisadaptés pour diérents tirs . . . 138

4.13 Illustrationsdépeignant l'inuen ede lapositiondupoint fo al

Ω

f

par rap-portau ristallin surles hemins lereliant auxéléments dela barretteUS . 139 4.14 Illustration des résultats typiques obtenus pour le nombre d'itération, la solution

x

∗

surl'ar

arc

1

etl'erreur angulaire

Err

ang

asso iée,lorsdela re- onstru tiond'uneportiondeligneé hographiqueave late hniqueCLAIFbC141 4.15 Prol axial asymétrique de la élérité US au sein du ristallin hétérogène

c

L

€

x

L

; z

Š . . . 144

4.16 Proltransversede la élérité US ausein du ristallin hétérogène

c

L

€

x; z

L

Š 145 4.17 Cartographie 2D de la élérité US au sein du ristallin pour un maillage

616 × 1241

. . . 147 4.18 Inuen edumaillagesurlapré ision delamesuredela élérité moyenne le

longd'unsegment donné . . . 148 4.19 Illustration omparativedesdiéren esd'eetsréfra tifsselonquel'on

onsi-dèreou nonl'hétérogénéité de la élérité USau sein du ristallin . . . 149

5.1 Courbesde élérité desondeslongitudinales danslagélatine enfon tion de la on entration Cetdela température . . . 158 5.2 Comparaison des atténuations dansla turpentine etl'huile minérale

mesu-réesà 25

◦

C parune méthode desubstitution en pulse-é ho . . . 158 5.3 Géométrie des formes a ommodées et désa ommodées telles que dénies

danslatable 5.1etutiliséespour laréalisation desmoules . . . 159 5.4 Dessinste hniques dumouleutilisé pour réaliserle ristallin synthétiquede

formea ommodée

α

. . . 160 5.5 Photographies des moules utilisés pour réaliser les ristallins synthétiques

a ommodé etdésa ommodé.. . . 162 5.6 Photographiesdu ristallinsynthétiquedeformedésa ommodée

Ω

omposé

de gélatine on entrée à 15

%

. . . 162 5.7 Chaîne d'a quisitionpour la ara térisation en pulse-é ho de la gélatine et

de laturpentine en fon tion delatempérature. . . 164 5.8 Proto oleexpérimentalpour lamesureendouble-transmissiondela élérité

etde l'atténuation US parsubstitution. . . 164 5.9 CéléritéUS mesurée enfon tion de latempérature au seinde laturpentine

etlagélatineà 15%. . . 167 5.10 Courbesen as adereprésentant ladépendan eenfréquen e, entre10 et30

MHz, du oe ient d'atténuation de lagélatine à 15% etde la turpentine, pour les diérentes températures étudiées . . . 168 5.11 Dessinste hniquesdu fantme de résolution HFetde sesplateaux mobiles. 169 5.12 Photographiedu fantmede lsexpérimental . . . 170 5.13 S héma du dispositif expérimental utilisé pour quantier la résolution au

delàdes ristallins synthétiquesa ommodé etdésa ommodé. . . 171 5.14 Photographies du dispositif expérimental et du supportpermettant le

en-tragedu ristallin synthétique dansleplan d'insoni ation US. . . 172 5.15 Émissionadaptéeave laméthodeCLAIFbCpour ompenserlesaberrations

dephasegénéréesparle ristallin synthétiquedansl'expérien esurlaforme a ommodée . . . 174 5.16 Émissionadaptéeave laméthodeCLAIFbCpour ompenserlesaberrations

dephasegénéréesparle ristallin synthétiquedansl'expérien esurlaforme désa ommodée. . . 175

5.17 Erreur relative en émission des délais numériques par rapport aux délais CLAIFbC théoriques pour les expérimentations sur la forme a ommodée etdésa ommodée . . . 176 5.18 Imagesen mode-Bdufantmede lsdanslaturpentineseule (a)etau

tra-versdu ristallinsynthétiquedeformea ommodée,re onstruitesaumoyen deste hniques onventionnelle, CLAPCetCLAIFbC . . . 178 5.19 Superposition du ontour déte té sur les images en mode-B du ristallin

synthétiquedeformea ommodéeobtenuparre onstru tion onventionnelle etCLAIFbC. . . 179 5.20 Images enmode-B dufantme dels danslaturpentineseule et au travers

du ristallin synthétique de forme désa ommodée, re onstruites au moyen deste hniques onventionnelle, CLAPCetCLAIFbC . . . 179 5.21 Superpositiondu ontourdéte tésurlesimagesenmode-Bdu ristallin

syn-thétiquedeformedésa ommodéeobtenuparre onstru tion onventionnelle etCLAIFbC. . . 180 5.22 Superposition sur les B-s ans de référen e du entredes 17 et 23 PSFs

ex-traitsdesre onstru tions onventionnelles, CLAPCetCLAIFbC autravers des ristallinssynthétiquesde formea ommodée etdésa ommodée . . . . 181 5.23 Erreurspatialeparrapportàl'imagederéféren e,pour haquePSFanalysée

dans les re onstru tions onventionnelle, CLAPC, et CLAIFbC au travers dela formea ommodée . . . 182 5.24 Même légende que pour la gure 5.23 qui pré ède, mais dans le as du

ristallin synthétique de formedéa ommodée. . . 182 5.25 A hagedesrésolutionsaxialeetlatérale,représentéespar desbarres

verti- alesethorizontales,propresà haquePSFanalyséedanslesB-s an onven-tionnel,CLAPC etCLAIFbC,danslasituation a ommodée . . . 183 5.26 Résolutionsaxialeetlatérale

∆r

−6dB

|

α

et

∆l

−6dB

|

α

,pour haque PSF

ana-lysée dans les re onstru tions onventionnelles, CLAPC et CLAIFbC au travers delaforme a ommodée . . . 183 5.27 A hage desrésolutionsaxiale etlatérale,représentée pardesbarres

verti- alesethorizontales,propresà haquePSFanalyséedanslesB-s an onven-tionnel,CLAPC etCLAIFbC,danslasituation désa ommodée . . . 184 5.28 Même légende que pour la gure 5.26 qui pré ède, mais dans le as du

ristallin synthétique de formedéa ommodée. . . 184 5.29 SNR al ulé pour haque région autour d'un plateau de l, dans les

B-s ans onventionnels,CLAPCetCLAIFbC,pour lesformesa ommodée et désa ommodée . . . 185 5.30 Gain relatif par rapport à la référen e pour haque PSF analysée dans les

B-s ans onventionnels, CLAPCetCLAIFbC,pour lesformesa ommodée etdésa ommodée . . . 186 5.31 PSF du rée teur pon tuel situé au entre du plateau in liné re onstruite

aumoyendeste hniques onventionnelle,CLAPCetCLAIFbC àpartirdes lignes RF issues des a quisitions sur le ristallin synthétique forme désa - ommodé . . . 194

5.32 Se référeràlalégende pré édentepourles détails delagure . . . 195 5.33 Comparaison de l'étalement latéral de la PSF au entre du plateau in liné

enfon tiondelate hniquedere onstru tionutiliséepour haqueF-number testé . . . 195 5.34 Évolution de l'étalement latéral de laPSF au entre du plateau in liné en

fon tion duF-numberpour haquete hnique de re onstru tion . . . 196 5.35 Re onstru tions issues d'une émission onventionnelle à 17 mm au travers

du ristallin synthétique deforme a ommodée. . . 197 5.36 Re onstru tions issues d'une émission onventionnelle à 17 mm au travers

du ristallin synthétique deforme désa ommodée. . . 198

6.1 Proto ole expérimental pour la mesure en double-transmission par substi-tution dela élérité et del'atténuation US au seindu ristallin por in. . . . 203 6.2 É hogrammes de la ible dansl'eau distillée

A

eaucible

,de la ible au travers

du ristallin

A

lens

cible

,etdu ple postérieur du ristallin

A

lenspost

. . . 204

6.3 Spe tresd'amplitudedesé hosde ible dansl'eau distillée

A

eaucible

(t)

etau travers du ristallin

A

lens

cible

(t)

. . . 204

6.4 Coe ient d'atténuation mesurédansl'axe du ristallin en dB/mm . . . 205 6.5 S héma dudispositifexpérimental d'imagerieutilisépourquantierla

réso-lution audelà du ristallin. . . 206 6.6 Cartographieemployéepour onsidérerl'hétérogénéitédela éléritédu

ris-tallinpor inimagé . . . 206 6.7 Émissionadaptéeave laméthodeCLAIFbCpour ompenserlesaberrations

dephasegénéréespar le ristallin depor eleten onsidérant l'hétérogénéité de sa élérité. . . 207 6.8 Erreur relative en émission des délais numériques par rapport aux délais

CLAIFbC théoriques

∆τ

erreur/tir

pour l'émission au travers du ristallin por in . . . 207 6.9 B-s ans du fantme de ls dans l'eau pure et au travers du ristallin de

por elet, re onstruits au moyen des te hniques onventionnelle, CLAPC et CLAIFbC . . . 208 6.10 Superposition surles B-s ans onventionnel etClaiFbC du ontour de

ris-tallindéte té

ζ

L

. . . 209 6.11 Erreur spatiale pour haque te hnique de re onstru tion des9 PSFs

analy-sées,en présen edu ristallinde por elet. . . 210 6.12 Résolutionsaxialeetlatéralepropresà haquePSFanalyséedanslesB-s ans

onventionnel, CLAPC etCLAIFbC,au travers du ristallin por in . . . 211 6.13 Gain relatif

G

BF/Ref

par rapport à laréféren e pour haque PSF analysée

danslesB-s ans onventionnels,CLAPC etCLAIFbC. . . 212 6.14 Prollatéral, endB,desPSFsn°4,5et6pourleste hniquesde

re onstru -tion onventionnelle, CLAPCetCLAIFbC. . . 212 6.15 B-s ans onventionnel, CLAPCetCLAIFbCautraversdu ristallinde

6.16 Images en mode-B du fantme de ls dans l'eau pure (a) et au travers du ristallindepor elet,re onstruitesaumoyendeste hniques onventionnelle, CLAPCetCLAIFbC . . . 214 6.17 Photosdu dispositif expérimental pour l'observation d'un÷ilentier. . . 216 6.18 Cartographieemployée pour onsidérerl'hétérogénéitédela éléritédu

ris-tallinhumain imagé . . . 217 6.19 Images en mode-B de l'÷il humain sain, re onstruites au moyen des

te h-niques onventionnelle,CLAPC etCLAIFb . . . 217 6.20 B-s ans onventionnel etCLAIFbC dufonddel'÷ilhumain saina hésen

niveau de gris . . . 218 6.21 Contourdel'implantdéte té depuisuneimage enmode-Bnativede

l'ECO-DERM . . . 219 6.22 Images en mode-B de l'÷il humain doté d'un IOL re onstruites au moyen

 CLAPC:Crystalline lensaberrationpartial orre tion

 CLAIFbC:Crystalline lens aberration integral Fermat based orre tion  DAS:Delay-and-sum

 DR :Dynamique d'a hage en dé ibel(Dynami range)  FWHM:Largeur à mi-hauteur (Full widthhalfmaxium) 

F

#

:F-number

 HF:Hautefréquen e

 LA:Barrette ultrasonore linéaire (Linear array)

 PSF:Fon tion d'étalement dupoint (Point spreadfun tion)  RF:Radiofréquen e

 SNR:Rapportsignalsurbruit en dé ibel(Signal-to-noise ratio)  TOF:Temps de vold'uneonde ultrasonore (Time of ight)  US:Ultrasons

 GRIN:Gradientd'indexotiquederéfra tiondu ristallin(Gradientrefra tiveindex)  HSV :Hémorragie spontanée duvitré

 IOL:Implant intrao ulaire

 OCT:Tomographie à ohéren e optique(Opti al oheren e tomography)  PCI:Interférométrie à ohéren e partielle(Partial oheren e interferometry)  PIO:Pressionintrao ulaire

 UBM:Biomi ros opie ultrasonore (Ultrasound biomi ros opy)



δ

:Unité dedioptrie représentant lavergen e d'unmilieu homogène 

∆r

−6dB

:Résolutionaxiale (FWHMaxiale d'unePSF)



∆l

−6dB

:Résolution latérale (FWHMlatérale d'unePSF) 

c

L

:Célérité ultrasonore au seindu ristallin



c

H

:Célérité ultrasonore ausein de l'humeur aqueuseetdu vitré 

µ

L/H

:Ratiode élérité entre

c

L

et

c

H



λ

:Longueur d'onde



ζ

L

:Contourellipsoïdal du ristallin 

ξ

ant

:Ar elliptique antérieurde

ζ

L



ξ

post

:Ar elliptique postérieur de

ζ

L



e

ant

:Épaisseur antérieure du ristallin 

e

post

:Épaisseur postérieuredu ristallin 

L

eq

:Diamètreéquatorial du ristallin

Depuis l'avènement des sondes linéaires ultrasonores multi-éléments dans la re ons-tru tion d'images en mode-B, l'é hographie médi ale s'est onsidérablement améliorée. Couplées à des é hographes numériques de plus en plus performants, elles orent une résolution spatiale, un ontraste et une profondeur de hamp nettement supérieurs aux sondes mono-élément à balayage mé anique. Ces avantages dé oulent des possibilités en termes de formation de fais eaux et de voies qu'elles apportent, autorisant ainsi fo alisa-tion ontinue, apodisation dynamique, ouverture adaptatri e, stratégie de formations de fais eaux adaptatives, balayage éle tronique rapide et omplexe... et Malgré es argu-ments, il subsiste toutefoisun domaine où l'emploides sondesmulti-éléments ne s'estpas démo ratisé : l'é hographie o ulaire. Si des ontraintes te hniques ont longtemps empê- hé la fabri ation de es sondes aux fréquen es élevées qu'elle requiert, e n'est plus le asaujourd'hui.En eet,desprogrès ré ents [Cannataet al.,2006 ℄,[Mamou et al.,2008℄, [Bantignies et al.,2011℄,[Silverman et al.,2012℄ont ontribuéàl'émergen e,surlemar hé, desondesmulti-élémentsàhautefréquen e(

≥

20MHz).Ainsi,des onstru teursproposent àprésentdessondesàdesfréquen espotentiellementutilisablespourl'observationdufond de l'÷il, 'est-à-dire omprisesentre20 et25 MHz [Colemanet al.,2004a ℄. Ladiminution futuredu oûtde essondes promet don àtermede lesvoirserépandre progressivement danslapratique é hographiqueen ophtalmologie.

Le milieu o ulaire omporte ependant un obsta le sus eptible de limiter l'intérêt de tellessondesené hographieophtalmique. Ils'agitdu ristallin,se ondelentilledusystème optique de l'÷il humain, dont le rle est entral dans le phénomène d'a ommodation. D'un point de vue a oustique, et organe onstitue également une lentille mais alors de nature divergente [Lizzi et al.,1970 ℄,[Chivers et al.,1984 ℄. Milieu où les ultrasons se pro-pagentàune élérité supérieured'environ10%à ellesdestissusquil'entourent(l'humeur aqueuse et l'humeur vitrée qui emplissent le volume intra-o ulaire), le ristallin se révèle être lasour e prin ipale d'aberrations de phase pour les fais eaux ultrasonores au seinde l'÷il. Il est ainsi onnu pour auser une dégradation signi ative dess ans trans ornéens [Sokollu,1968℄, réduisant résolution spatiale et ontraste, maiségalement provoquant des distorsionsmarquées auniveau dufond del'÷il, oùs'observentpourtant les stru turesles plusessentielles (e.g.larétine etenparti ulier lama ula, lenerfoptique etenparti ulier lapapille,lesvaisseauxnourri iersdela horoïde).Ceseetsnéfastes,déjàmarquéssurles

B-s ans trans ornéens issus du balayage mé anique d'un mono-élément risquent de s'a - entuerave l'emploid'unesondemulti-élément. Eneet, esdernièressont plussensibles auxaberrations dephases, dufaitd'ouvertures ré eptri esplus grandes [Ngetal., 1994 ℄.

En revan he, e type de sonde ore, au moyen d'un ontrle adéquat de la phase de ses éléments, l'opportunité de orriger es aberrations. Cet avantagereprésente unintérêt de taille, spé ialement à haute fréquen e où les eets néfastes des aberrations de phase s'amplient. Ainsi, tant que l'on onsidèrera que l'÷il estun milieu homogène, l'augmen-tation de la fréquen e de travail ne s'a ompagnera pas du gain en résolution es ompté. Cetteremarque on erne essentiellement l'imagerie o ulairetrans ornéenne profondément ae téeparlesaberrations ristalliniennes.Lessondesmulti-éléments onstituentà etitre lemoyen leplus prometteur pour améliorer larésolution desB-s ans trans ornéens.

C'est ette voiequenousavons hoisid'explorerdans e travail dethèse,à l'aided'un é hographe expérimental, l'ECODERM, développé au sein du laboratoire "Imagerie et ultrasons". Cet appareil fon tionne ave une sonde linéaire haute fréquen e (20 MHz)de 128 éléments et permet l'expérimentation d'un vaste panel de stratégies de formation de fais eauetdevoies.Unete hnique dere onstru tion apablede ompenser lesaberrations de phase engendrées par le ristallin à l'aide d'une sonde linéaire multi-élément a ainsi étédéveloppée pour l'imagerie o ulaire trans- ornéenne. Cettete hnique permet,à l'issue d'uneétape dedéte tiondu ontourdu ristallin,de al uler desdélais defo alisation qui tiennent ompte de la élérité ultrasonore en son sein et de elle du milieu qui l'entoure, touten onsidérant leseetsderéfra tion subséquents. Elles'appuiesurune te hniquede lan er derayondetypebendingasso iéeàlaméthode deNewton-Raphsonpour satisfaire leprin ipedeFermat,dontdé oulelaloidelaréfra tionauxinterfa es.Initialement onçue pourprendreen ompteun ristallinhomogène, ettete hniquedere onstru tionadaptéea étéétenduepour onsidérerles inhomogénéitésquiexistent,essentiellement dansleszones apsulaire et orti ale, en périphérie du ristallin [DeKorte etal., 1994b ℄. La méthode de orre tion des aberrations de phase qui la sous tend a été nommée Crystalline Lens AberrationIntegralFermat basedCorre tion(CLAIFbC). Enn, uneversionsimpliéede etteméthodequiintègreégalementla éléritéauseindu ristallindansle al uldesdélais defo alisation,maisnégligeleseetsréfra tifs,aétéintroduite,souslenomdeCrystalline LensAberrationPartialCorrre tion (CLAPC).

Plan de la thèse

Cemanus rits'arti uleentroisparties, ha unediviséeendeux hapitres.Lapremière partie introduitle ontexteetlaproblématiquede e travail dethèse.Le premier hapitre débute ainsi par une présentation de l'anatomie o ulaire et dresse l'état de l'art de son observation é hographique dans la pratique ophtalmologique. Les diérents aspe ts que revêtl'é hographieo ulairesontabordésetmisenperspe tiveave lesmodalitésd'imagerie on urrentes (optiques notamment). Le hapitre 2 s'intéresse aux propriétés a oustiques des diérents tissus o ulaires et en parti ulier du ristallin, dont les eets aberrateurs sont mis en exergue. Sa nature de lentille divergente pour les fais eaux a oustiques et les onséquen es néfastesqui en résultent sur l'imagerie en mode-B (distorsions, perte de résolution) sontillustrées au travers d'unétatde l'artetd'une simulation numérique. Les impli ationsdesaberrationsdephase ristalliniennessurless anstrans ornéensparsonde hautefréquen e multi-éléments sont dis utées.

de phase issues du ristallin. Après un hapitre introdu tif sur la re onstru tion d'image onventionnelle au moyen d'une sonde linéaire multi-éléments et sur l'é hographe ECO-DERM, est ensuite détaillée la te hnique de re onstru tion CLAIFbC développée pour ompenser les aberrations de phase ristalliennes.

La dernière partie regroupe les expérimentations menées d'abord in vitro pour la va-lidation de la méthode développée puis présente ensuite les premiers résultats ex vivo. Dans haqueentreprise,les B-s ansissusde lare onstru tionCLAIFbC sont onfrontésà euxissusd'une re onstru tion onventionnelle,ainsiqu'à euxrésultant également d'une ompensationdesaberrations ristalliniennemaisnégligeantseseetsréfra tifs (CLAPC). Lesexpérimentationsinvitro,dé ritesdansle hapitre5,ontétémenéessurunfantme bi-phasiquedumilieuo ulaireémulantlesaberrations ristalliniennes. Lesdeuxformes a - ommodativesextrêmesd'un ristallin humainadulteontétéinvestiguées etpour ha une uneanalysedesrée teurspon tuelsd'unfantmedelapermisdequantierlarésolution spatiale, le ontraste et les distorsions des B-s ans re onstruits au moyen des diérentes te hniques de re onstru tion. Leseets néfastesdesaberrations ristalliniennes sur l'ima-gerie onventionnelle par sonde multi-élément haute fréquen e ont ainsi pu être mis en lumière, et surtout la apa ité de la méthode proposée à les ompenser, non seulement pour rétablir une résolution pro he de elle d'un milieu homogène mais également pour restaurer grandement ladélitéspatiale.

Enn, le hapitre6présentelesrésultatsobtenus exvivo, omprenant l'étudedeseets d'un ristallin por in isolé au travers d'un proto ole pro he de elui employé in vitro, et lespremiers B-s ans autravers del'÷ilhumain. Parmi lesdeuxyeuxétudiés, l'unestsain etl'autredoté d'unimplant IOL, onsé utif àune opération de la atara te.

Au termes de es expérimentations, les onséquen es de la traversée du ristallin sur l'imagerie onventionnelle parsondemulti-élémentshautefréquen esontrapportéesd'une part, et l'apport de l'imagerie adaptée (CLAIFbC et CLAPC) ainsi que ses potentiels liniques(diagnostique etbiométrique) sontexposés,d'autre part.

L'imagerie é hographique de l'÷il :

CHAPITRE

1

L’œil humain et son exploration ultrasonore dans la pratique

ophtalmologique

Sommaire

1.1 L'÷il humain . . . 32 1.1.1 Anatomiedel'orbiteet son ontenu . . . 32 1.1.1.1 L'orbite . . . 32 1.1.1.2 Lesannexes dubulbe . . . 34 1.1.2 Anatomieetphysiologieduglobeo ulaire . . . 36 1.1.2.1 Lestrois tuniquesduglobeo ulaire . . . 36 1.1.2.2 Lesmilieuxtransparentsdela avitéo ulaire . . . 39 1.1.3 Del'÷il àlavision . . . 40 1.1.3.1 Unsystèmeoptiqueadaptatif. . . 41 1.1.3.2 Lesdiérentesformesd'amétropie . . . 42 1.1.4 Pathologieso ulaires . . . 43 1.1.4.1 Pathologiesdusegmentantérieur. . . 43 1.1.4.2 Pathologiesdusegmentpostérieur . . . 45 1.1.4.3 Atteintesdunerfoptique . . . 49 1.1.4.4 Tumeursintra-o ulaires . . . 51 1.1.4.5 Maladiesinammatoireso ulaires . . . 52 1.2 L'É hographieo ulaire : Pratique linique etdevenir . . . 53 1.2.1 Aspe té hographiquedestissuso ulairesnormaux . . . 54 1.2.2 Instrumentationette hniquesd'examen . . . 55 1.2.2.1 Indi ationspourl'examination . . . 55 1.2.2.2 Diérentes sondespour diérentsexamens et diérents

modes . . . 55 1.2.2.3 Lepositionnementdelasondeenmode-Bdansl'examen

dusegmentpostérieur . . . 56 1.2.3 Lemode-A . . . 60 1.2.3.1 Lemode-Abiométrique . . . 60 1.2.3.2 Lemode-Adiagnosti . . . 61 1.2.4 Imageriedusegmentpostérieuret del'orbite . . . 62 1.2.4.1 Lesegmentpostérieur . . . 62 1.2.4.2 L'orbite . . . 62 1.2.5 Imageriedusegmentantérieur . . . 63

1.2.5.1 Te hniqued'immersion . . . 63 1.2.5.2 Labiomi ros opieultrasonore-UBM . . . 63 1.2.6 Les ultrasons fa eauxautres modalités dans lapratique

ophtal-mologique . . . 63 1.2.6.1 Danslabiométrieo ulaire . . . 63 1.2.6.2 Danslediagnostique. . . 65 1.2.6.3 Axesdedéveloppement . . . 66

Dans e hapitre introdu tif, l'objet motivant e travail de thèse, l'÷il humain, est présentéde sonanatomie à sonfon tionnement en passant par lesprin ipales pathologies pouvant l'ae ter.

Leste hniquesetspé i itéspropresàl'é hographie o ulairesont ensuitedétaillées, et misesenperspe tiveave lesmodalitésd'exploration on urrentes, andemieux ernerla pla e quetient ette dis ipline danslapratiqueophtalmologique.

1.1 L'÷il humain

Unesphèred'undiamètred'environ2,5 m,d'unpoidsavoisinant8grammes,en hâssée dansl'orbite, protégée par lespaupières, lubriéepar des sé rétionsla rymales etanimée par trois paires de mus les : voilà l'÷il humain, organe unique ave lequel l'homme per-çoit sonenvironnement, ses ouleurs, ses formes, etses mouvements. Voi i don lavision, l'un des inq sens  traditionnels , et peut-être elui le plus étudié depuis l'antiquité, ar probablement le plus sensible. En eet, 70% des ré epteurs sensoriels de l'organisme sont lo alisés dans les yeux. Plus exa tement, 260 millions de photoré epteurs ( nes et bâtonnets des deux yeux onfondus) on entrés sur la rétine. En venant les frapper, les photons entraînent, via une as ade de réa tions enzymatiques, la formation de signaux nerveux[Oyster,1999 ℄. Ceux- isont alors orientés vers quelquesdeux millions de ellules ganglionnaires, situées sur la ou he interne de la rétine. Ainsi élaboré, le signal visuel quitte l'÷il par le nerf optique; soit un million de bres nerveuses qui l'a heminent vers les stru turessous- orti ales dévolues à lavision,à l'arrièredu erveau (

∼

15%du ortex érébral hez l'homme).

1.1.1 Anatomie de l'orbite et son ontenu

Le globe o ulaire, également dénommé bulbe o ulaire, n'est pas leseul élément o u-pant la avitéorbitale.En eet, ommel'illustre lagure1.1, lebulbepartage etespa e ave ses annexes(mus leso ulomoteurs, paupières, glandes la rymaleset onjon tive), la graisse orbitaire qui le protège et le supporte, et enn les nerfs et vaisseaux assurant le fon tionnement de l'ensemble. Avant d'aborder laphysiologie etl'anatomie duglobe o u-laire, nous allonsd'abord nousintéresser à la avité danslaquelle il semeut ainsi qu'aux stru turesrétro etpéri bulbaires quil'entourent.

1.1.1.1 L'orbite

A l'instardesautresmammifères,le rânehumain omporte,danslapartie supérieure de son massif fa ial, deux renfon ements dénissant ha un une avité osseuse : l'orbite (Fig. 1.2).

Figure 1.1  Contenu de la avité orbitale. Sobotta, "Atlas d'anatomie humaine", tome 1, 4 ème édition, Paris

Figure1.2Orbiteosseusedroitd'un rânehumain.Netter,"Atlas of humananatomy", 2010

Les deux avités orbitaires, séparées par la avité nasale, ontiennent et protègent le globeo ulaireetsesannexes.Chaqueorbiteest onstituéeparunensembled'osjuxtaposés formant une avitétapissée d'unemembranebreuse :lepériosteorbitaire [Oyster,1999℄.

L'orbitepossède denombreux ori eslafaisant ommuniquer ave lesrégionsvoisines.La formede la avitéorbitale s'apparente à elled'unepyramidequadrangulaire dont labase onstitue l'ouverture où s'en hâsse l'÷il ( té antérieur). Au sommet ( té postérieur) se trouve lassure orbitaire supérieure(fente sphénoïdale) par laquelle s'é happent les nerfs desmus les o ulomoteurset laveine ophtalmique. Au voisinagede l'apex orbitaire (situé àl'extrémité médialede lafente sphénoïdale) setrouve letrouoptique, ori epermettant aunerfoptiqueetàl'artère ophtalmiquederejoindrel'étageantérieurdelabasedu râne.

Figure1.3Axedel'orbite etduglobeo ulaire.En1et2gurentrespe tivement le ris-tallinetlazone entrale delarétine,lafovéa.Lesè hesAetBdénissentrespe tivement les parois médiales etlatérales de l'orbite.Les è hesOet Vreprésentent respe tivement l'axede l'orbite (bisse tri e deA etB)etl'axevisuel. [Oyster,1999℄

D'un volume d'environ 26 m

3

hez la femme et 28,5 m

3

hez l'homme, la avité orbitaire est profondede 45 mm en moyenne. Songrand axe- déni ommelabisse tri e desparois médiale etlatérale - forme un anglede 23

◦

ave l'axevisuel ommeillustré sur lagure1.3.

1.1.1.2 Les annexes du bulbe

Les paupières Elles re ouvrent et protègent la partie antérieure du globe. Elles sont onstituées delames utanéo-mus ulo-membraneuses mobiles,revêtues surleur partie ex-terne par l'épiderme, etsur leurpartie interne par la onjon tive. Auniveau de leur bord libre, sont implantés les ils et débou hent les onduits ex réteurs reliées aux glandes de Meibomiusquiassurentlaprodu tiondesébumlubriantleglobe.Lespaupièressontmues parlemus le orbi ulaire.Plusmobilequelapaupièreinférieure,lapaupière supérieure re- ouvre totalement la ornéelorsqu'elle se lt.

Les mus les o ulomoteurs La motilité du globe o ulaire est assurée par six mus les o ulomoteurs parmi lesquels quatre sont droits et deux sont obliques. Ces mus les sont tous onstituésde bresstriées à ontra tions volontaires.

Les mus les droits omprennent le mus le médial ( té nasal), le mus le inférieur, le mus le latéral etle mus le supérieur.Ilsdélimitent unespa e onique:le ne fas iomus- ulaire. La base de e ne s'insère sur le globe o ulaire au niveau de la s lère ("blan " de l'÷il) omme on peut l'appré ier sur la gure 1.4, et son sommet se situe au niveau de l'apex orbitaire,autour del'émergen e du nerfoptique, oùles quatremus les droitsse réunissentalors,enunanneautendineux ommun,letendondeZinn.Lapartiepostérieure desmus lesdroitso upedon lazonerétro-bulbaire en ompagnie dunerfoptique, dela graisseorbitaire, etdesnerfs etvaisseauxsanguinsophtalmiques.

(a) Insertionsdesmus leso ulomoteursetpalpébral del'orbitedroit

(b) Origines des mus les o ulomoteurs droits et obliques a ompagnée des nerfs ophtalmiquesadja entsauniveaudela s-sureorbitalesupérieure(sphénoïde)

Figure 1.4  Insertions desmus les o ulaires de l'orbite droit "Journal of Anatomy and Physiology"[Lo kwood, 2008℄

Lesmus lesobliques ont laparti ularité de roiserobliquementl'axeantéro-postérieur duglobeo ulaire.Lemus leobliquesupérieurestlepluslongdetouslesmus lesdel'orbite ets'insèredu tépostérieurauniveau dutrouoptique.Lemus le obliqueinférieur,quant àlui leplus ourt, estleseul quin'est pasxé aufond de l'orbite.

Pré isons que lesmouvements rotatifs du globe o ulairesont permispar l'arti ulation en rotule qui existe entre la s lère etla apsule de Ténon,gaine de l'orbite qui assure la suspension de elui- i au sein de la avité orbitale. Cette apsule faite d'une membrane bro-élastique entoure l'hémisphère postérieur de l'÷il et est séparée de la s lère par un tissu elluleuxtrèslâ he,l'espa edeTénon.La apsuledeTénonfusionne àsonextrémité antérieure ave la onjon tivebulbaire (limbe s léro ornéen) etsemêle au nerfoptiqueet auxmus leso ulomoteurs danssapartie rétro etpéribulbaire [Oyster,1999 ℄.

1.1.2 Anatomie et physiologie du globe o ulaire

Comme hez laplupart desmammifères,oiseaux,reptiles etpoissons,l'÷ilhumain est onstituéd'unglobeo ulaire omportant une alottetransparentesursapartieantérieure, la ornée, et un tissu rigide de forme sphérique sur le reste de sa surfa e, la s lère ou s lérotiquequel'onappelle ommunément"leblan del'÷il".Pluspré isément,laparoidu globeo ulaireestforméede3enveloppes,outuniques,enveloppantlesmilieuxtransparents hargés d'a heminer les rayons lumineux sur la rétine. Ses prin ipales omposantes sont illustrées surlas héma de lagure1.5représentant une oupe sagittaled'un÷iladulte.

Figure 1.5  Coupe sagittale de l'÷il. Le orps vitré n'est représenté quedans la moitié inférieure de la avité o ulaire.

1.1.2.1 Les trois tuniques du globe o ulaire

Tunique breuse (externe) La tunique breuse, externe, se ompose sur sa partie postérieurede las lère opaque(4/5ème delasurfa eduglobe) etsursapartie antérieure de la ornéetransparente.

La s lère est laplus résistantedestuniques de l'÷il; elle est formée d'untissu breux dense et peu vas ularisé assurant sa prote tion et son maintien stru turel. Sa partie an-térieure est re ouverte par la onjon tive bulbaire, muqueuse transparente qui assure la produ tion d'un mu us lubriant. D'une épaisseur de 1 à 2 mm, la s lère laisse le pas-sageaux bresdu nerfoptiquepar une petiteouverture postérieure, lalame riblée, et se prolonge au niveau de sa partie antérieure par une membrane transparente ir ulaire et bombée vers l'extérieur, la ornée.

La ornéehumaine estuntissutransparent avas ulaire omposédetrois ou hes, l'épi-thélium,lestromaetl'endothélium,séparéespardeuxmembranes,lesmembranesde Bow-man etde Des emet(Fig. 1.6).D'une épaisseur d'environ 50

µ

m, l'épithélium, qui est la

Figure 1.6Aspe thistologique de la ornéehumaine.

ou heexterne, onstitueune barrièrephysique ontrel'environnement extérieuretassure l'imperméabilitédela ornée.Lestromaestla ou helaplusépaissedela ornée, omptant pour 90%de sonépaisseurtotale.Il est omposéd'eauà78%etde ollagènepourlereste. L'endothélium est une mono ou he ellulaire de quelques mi rons d'épaisseur dont le rleestderégulerlaquantitéd'eau ontenuedanslestroma.Dénuéedevaisseauxsanguins, la ornéeassuresanutrition essentiellement par imbibition del'humeuraqueuse. Ri heen bresnerveusesdites no i eptives, esdernières onfèrent àla ornée laplusgrande sensi-bilitéta tiledu orpshumain.Cettesensibilitépermet d'induirerapidementun lignement d'÷il et une sé rétion la rymale en as d'agression par onta t ave un objetou attaque ba térienne.

Légèrementelliptique de fa e,la ornée mesureenmoyenne, hez l'adulte,11,7mmde diamètre horizontal et 10,6 mm de diamètre verti al. Son épaisseur augmente du entre (environ 0,45 mm) vers la périphérie pour atteindre environ 0,7 mm au niveau du limbe. Lerayon de ourburede safa eextérieureestd'environ7,8mmen moyenne et elui desa fa eintérieure d'environ6,8 mm [Oyster,1999 ℄.La parti ipation de la ornée au système optiquede l'÷ilest détaillée i-après.

Le limbe s léro- ornéen onstitue la zone de transition entre la périphérie ornéenne transparente et las lère opaque. Il joue un rle fondamental au niveau de lanutrition et dumétabolisme de la ornéepériphériquegrâ e àlari hesse de savas ularisation.

Tunique uvéale(intermédiaire) D'uneépaisseurplusimportanteautourdelapapille (200 à 350

µ

m) qu'à l'ora serrata (85 à 150

µ

m), la tunique uvéale, dite aussi uvée, est onstituée dela horoïde enarrière, puisdu orps iliaireetde l'irisenavant.La horoïde estunemembraneri heenvaisseauxetnerfstapissantles2/3 postérieurduglobe,entrela s lèreetlarétine.C'est letissunourri ier de l'÷il;lesimportants é hanges métabolliques qui ont lieu ave larétine seproduisent au travers d'une ou he tissulaire qui re ouvre le tissu apillaire horoïdien : lamembrane de Bru h. La horoïde se prolonge en avant par

lestromadu orps iliaireau niveau de l'oraserrata.

Le orps iliaireseremarquepar unépaississementde l'uvéesituéen ouronnederrière l'iris. Il est essentiellement formé de mus les lisses dont les ontra tions permettent de tendreou relâ herles breszonulaires,etainsimodierla ourburedu ristallin.Ilss'agit de l'a ommodation, mé anisme de la vision détaillé i-après. C'est également le orps iliairequi sé rètel'humeur aqueuse.

L'iris estlaportion laplusantérieure del'uvée;ilestde stru turepigmentée, donnant sa ouleur àl'÷iletper éenson entred'unori e ir ulaire,lapupille.Sa ontra tionou sadilatation réexesrèglentlaquantité delumièrepénétrant dansl'÷ilparlapupille,àla manièred'undiaphragme.Ilestsituédansl'humeuraqueuseentrela ornéeetle ristallin, séparantainsila hambreantérieuredela hambrepostérieuredel'÷il.L'irisestinnervépar desbres dusystèmenerveuxautonome qui a tivent sesmus les dilatateursetsphin ters responsablesde ladilatation (mydriase)etde la onstri tion (myosis)pupillaires.

Tunique nerveuse (interne) La tunique nerveuse se ompose de la rétine et du nerf optique.

Tapissant le fond de l'÷il, la rétine est le lieu de transdu tion du message lumineux venantdel'extérieurensignauxnerveuxéle triquesdestinésau erveau.Ellesedivise,dans lesens antéropostérieur, en deuxversants dont la jon tion suit une ligne en zigzag :l'ora serrata. La portion prin ipale,postérieureà l'oraserrata, onstitue la rétinefon tionnelle ou visuelle, et la petite portion antérieure forme la rétine aveugle. La rétine visuelle se omposed'untissuneuronaltrèsn(0,1 à0,5mmd'épaisseur),quifaitpartie dusystème nerveux entral,danslequel on peutdistinguer deux ou hes majeures.

La ou he externe(la plus enprofondeur) ou épithéliumpigmentaire est formée d'une seule ou he de ellules opaqueetde ouleur brune.

La ou heneurosensorielleouneuroépithéliumestforméedenombreuxphoto-ré epteurs, les nes et les bâtonnets, auxquels se superposent des ellules neuronales ( ellules gan-glionnaires et bipolaires propres à la rétine) dont les terminaisons a heminent l'informa-tionvisuelle.Commeévoquéen introdu tion,ondénombreenviron130 millionsde photo-ré epteurs. Les bâtonnets, responsables de la vision no turne, en onstituent 95%. Ils ne sontsensiblesqu'àladiéren e entreobs uritéetlumièremaisdisposentdelaplusgrande sensibilité.Les nes,responsablesdelavisiondiurne,formentdon les5%restants.Moins nombreuxmaisdetailleplusimportanteils permettentdediéren ierles ouleurs ( ombi-naison d'inuxnerveuxen provenan ede bâtonnets sensiblessoit au rouge, auvert ou au bleu).Les nessontprésentsenmajorité auniveaudelama ula,"ta hejaune" d'environ 2mmdelarge sur1,5mmde hautappartenantà larégion entrale delarétine.Aumilieu de elle- i se trouve une légère dépression avas ulaire de 0,4 mm de diamètre, la fovéa, où sont présents, uniquement, des nes très rappro hés. Constituant l'axe visuel, 'est le point de la rétine orant la meilleure a uité, d'où provient la plupart de l'information visuellearrivant au erveau.

A proximité de la ma ula (environ4 mm de la fovéa) setrouve la papille, zone où les bres nerveuses (axones) se réunissent pour former le nerf optique, âble d'un diamètre moyen de 4 mm et d'une longueur d'environ 5 m. La papille dispose quant à elle d'un diamètre d'environ 1,5mm;elle estégalement appelée ta he aveugle depart sonabsen e de photo-ré epteurs. Le nerf optique ompte environ 1 million de bres axonales e qui atteste d'unprétraitement de l'information visuelle au niveau de larétine, lorsque l'on se

réfèreau130 millionsdephoto-ré epteursprésentsdansl'÷ilhumain.Ave lenerfoptique heminent également les vaisseaux entraux de la rétine (artère entrale de la rétine et veine entraledelarétine)quisedivisentenplusieurspédi ulesjusteaprèsleurémergen e auniveaudelapapille;lesvaisseauxrétinienssontresponsablesdelanutritiondes ou hes internes de larétine.

1.1.2.2 Les milieux transparents de la avité o ulaire

Le globe o ulaireenferme les milieux transparents omposés de l'humeur aqueuse, du ristallin et du orps vitré. La partie postérieure du ristallin marque la limite entre le segmentantérieur omprenanttouteslesstru tureso ulairesjusqu'àla ornéeetlesegment postérieur s'étendant jusqu'àlarétine.

L'humeuraqueuse Ils'agitd'unliquidetransparentquiremplitl'espa eentrela ornée et le ristallin, liquide ontinuellement renouvelé (toutes les 2 à 3 heures) et qui, ave le orpsvitré, maintient lapressionintrao- ulaire (PIO).L'humeur aqueuseestproduitepar lespro ès iliaires etpassede la hambre postérieurevers la hambreantérieure àtravers la pupille. Dans la hambre antérieure, elle est éliminée au niveau du trabé ulum, situé dans l'angle irido- ornéen, passant par le anal de S hlemm qui la relie à la ir ulation générale.Letrabé ulum agit ommeunltreetpeutdon êtreobstrué(débrisd'iris,ex ès de protéines), entraînant alors une élévation de laPIO. Celapeut onduire à l'apparition d'unglau ome,maladieae tantlatuniquenerveusedé riteparlasuite.L'humeuraqueuse est omposée de 99,6 %d'eau, mais ausside vitamine C, de glu ose, d'a ide la tique, de sodiumetde hlore;elle estpauvre en protéineseten a ides aminés.

Le ristallin Le ristallin (voir Fig.1.7)estune lentillebi onvexetransparente, av as u-laireetélastique, entouré d'une apsule élastique de ollagènedont les fa es antérieure et postérieureseréunissentau niveau del'équateuroùs'insèrentlesbreszonulaires deZinn quil'amarrent au orps iliaire.

La apsuleestplusépaisseenavant(environ13

µ

m)qu'enarrière(environ4

µ

m)et

éga-lementplusépaisseàl'équateurauniveaudel'insertiondesbreszonulaires[Barraquer etal., 2006 ℄. Elle s'épaissit ave l'âge et son module d'élasti ité s'a roît, pendant que elui des bres

zonulairesdé roît[Mi haelet al., 2012 ℄.Àl'intérieurde la apsule setrouve la ou he des ellulesépithéliales,quire ouvretoute lafa eantérieure du ristallin surune seule ou he etquise développe àl'équateur en plusieurs ou hes.

L'intérieur du ristallin est formé d'une multitudes de ellules allongées formant des bres disposées en feuillets on entriques de façon analogue au bulbe d'un oignon. Ces bres ristalliniennessont onstituéesde ellulesallongéesdontlaparti ularitéestl'absen e d'organellesetnotamment denoyau.Ellessedéveloppenttoutaulongdelavie.Ces bres prenant naissan e en périphérie du ristallin, la zone nu léaire (noyau) est formée des bres les plus an iennes, la zone orti ale ( ortex) des plus ré entes. Le ytoplasme des ellules ristalliniennesest onstituéd'uneimportante on entrationdeprotéinesappelées les ristallines.

Le ristallin est disposé sur un plan frontal, son diamètre équatorial varie entre 8.5 et 10 mm. Son épaisseur axiale est de 4 à 5 mm; elle augmente sensiblement ave l'âge du fait de la produ tion ontinue des bres ristalliniennes, à raison d'environ 0.02 mm

Figure1.7Stru turedu ristallinadulte.Lalentilleest omposéed'unesériede ou hes on entriques.Les ou hessont représentéesplusépaisses qu'ellesnelesontenréalité.On distingue le noyau au entre de la lentille et le ortex en périphérie, le tout entouré de la apsule ristallinienne en ollagène. Les ples du ristallin sont situés aux entres des surfa esantérieures etpostérieures.

par an [Dubbelman etal., 2001 ℄. Le volume du ristallin augmente don tout au long de l'existen e, o upant environ 90

mm

3

à l'âge de 3 mois, il peut atteindre 290

mm

3

vers quatrevingtdix ans.

Lentille naturelle de l'÷il, le ristallin est au ÷ur du phénomène d'a ommodation : sa ourbureaugmente sousl'eet dela ontra tiondesmus les iliaires,ande permettre lavisiondeprès.C'estessentiellementsafa eantérieurequisebombeous'aplatit,passant d'un rayon de ourbure 6 à 7 mm, lorsque l'a ommodation est maximale, à un rayon de ourbure de 11 à 12 mm en son absen e. Pré isons que lorsque le ristallin n'est pas a ommodé il est dit "au repos" ar les mus les iliaires sont alors relâ hés. Cependant, elui- i est manifestement en tension - transmise par la zonule - puisque lorsqu'il n'est soumisà au unefor e, iladopteune formeplusbombée(notamment auniveau desafa e antérieure).

Le orps vitré Le orps vitré est une masse gélatineuse ettransparente remplissant la avitéo ulaireenarrièredu ristallin.Ilest omposéàpresque99%d'eau,desels,desu res etde bres de ollagène ri hes en a ide hyaluronique lui onférant sa vis osité.O upant prèsdes90%duvolume orbital,ilest ontenudansuneenveloppeégalementtransparente, la hyaloïde. Le orps vitré parti ipe au maintien de la rétine ontre les parois du globe o ulaire.

1.1.3 De l'÷il à la vision

Le fon tionnement optique de l'÷il ou plus pré isément le mé anisme de la vision est un sujet qui intéresse l'homme depuis l'antiquité. Débattue par les diérents penseurs gre s, la vision résulte pour Eu lide (325-265 avant J-C) de rayons visuels émanant de l'÷iletquisepropagenten ligne droite.L'idée quel'÷il estunré epteur, ommesupposé par Aristote, ne sera prouvé s ientiquement qu'en 1021 de notre ère, ave le "Traité d'optique" d'Ibn-Al-Haytham (965-1039), philosophe et s ientique arabe. Ce n'est qu'à

partirdudéveloppementdel'optiquegéométriqueetdesloisdelaréfra tiondeSnell (1580-1626), reprises par Des artes (1596-1650), que la formation de l'image d'un objet sur la rétine,telle quenousla onnaissons aujourd'hui,émerge.

Comme nouspouvons levoir sur la gure 1.8(a) extraite de "La Dioptrique" de Des- artes,les rayonsprovenant d'unpoint vont êtrefo alisés surlarétineaumoyen desdeux lentillesnaturellesque omportel'÷il,la ornéeetle ristallin.Laquantité delumière par-venant jusqu'àla ornéeestrégie par l'irisqui adaptelataillede lapupilleen fon tionde l'intensité lumineuse reçue, à la manière d'un diaphragme. De plus, les deuxillustrations delagure1.8dé riventl'inversiondel'image surlarétine, ommeavaitpul'observerplus ttKepler (1571-1630)en disséquant un÷ilde b÷uf.

(a) Formation de l'image inver-séesurlarétine

(b)Transmissiondel'imageàl'âme

Figure 1.8  Illustrations antiques du système o ulaire extraites de "La Dioptrique" de Des artes- 1637

1.1.3.1 Unsystème optique adaptatif

Nous venons de voir que le système optique de l'÷il se ara térise par un é ran (la rétine), deuxlentilles onvergentes(la ornéeet le ristallin)etun diaphragme(l'iris).

La ornée etle ristallin dénissent quatredioptres :  air/ ornéeantérieure,

 ornéepostérieure/humeur aqueuse,