La spectroscopie oculaire ciblée jette un nouvel éclairage sur la santé rétinienne

Dans une étude récente publiée dans le Journal d’optique biomédicale, les chercheurs expliquent la fonctionnalité multimodale de la spectroscopie de fluorescence oculaire ciblée in vitro et vivant.

Étude: Spectroscopie ciblée dans le fond de l’œil. Crédit d’image : PeopleImages.com – Yuri A/Shutterstock.com

Arrière-plan

Certains changements structurels et fonctionnels typiques se produisent dans les yeux, en particulier au niveau du fond de l’œil, en raison de maladies oculaires telles que la rétinopathie diabétique (RD), la dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA) et le glaucome. Les maladies neurologiques comme la maladie d’Alzheimer (MA) et la maladie de Parkinson (MP) peuvent également entraîner des modifications rétiniennes, telles qu’un amincissement de la couche de fibres nerveuses rétiniennes (RNFL) et des modifications de l’hémodynamique.

Compte tenu des caractéristiques et de la composition très hétérogènes du fond de l’œil, les biomarqueurs sont soit largement dispersés dans ce tissu, soit localisés dans des régions spécifiques. Par exemple, les plaques β-amyloïdes se propagent dans la rétine des patients atteints de MA, alors que les patients atteints de RD présentent des hémorragies localisées.

Les techniques d’imagerie typiques ne fournissent pas suffisamment de données sur les modifications rétiniennes induites par ces maladies par rapport à la spectroscopie de réflectance diffuse oculaire (DRS) ciblée. Les méthodes oculaires DRS permettent l’analyse spectrale de parties spécifiques du fond de l’œil, notamment le disque optique, la rétine périphérique et la fovéa entre 500 et 800 nanomètres (nm).

La spectroscopie de réflectance diffuse et de fluorescence peut également élucider l’impact de facteurs tels que l’accumulation de lipofuscine, les changements structurels du RNFL, le spectre d’absorption sanguine et le profil spectral de la mélanine, qui ont tous un impact sur les propriétés optiques des tissus rétiniens.

À propos de l’étude

Dans la présente étude, les chercheurs identifient les principales caractéristiques de la technologie de spectroscopie oculaire ciblée in vitro en utilisant une cible de référence et un œil modèle. La cible de référence était un écran ultra haute définition avec une grille de huit couleurs différentes, avec la caméra du fond d’œil positionnée devant lui et collectant uniquement la lumière émise par l’écran. Le modèle oculaire OEMI-7, une pupille de sept mm simulant avec précision l’œil humain, a permis de valider ces acquisitions DRS.

Ensuite, vivant l’imagerie et le DRS ont été utilisés pour évaluer la saturation en oxygène du sang (StO₂) dans la tête du nerf optique et la parafovéa de huit participants en bonne santé à l’étude qui ont donné leur consentement éclairé avant l’étude. Ces personnes étaient âgées de 27 à 35 ans, ne souffraient d’aucune maladie systémique ni de médicaments et avaient des résultats normaux à la suite d’un examen de la vue.

La diode électroluminescente (DEL) de pointage éclairait la position exacte de la région réelle d’acquisition spectrale (ROSA), ce qui permettait à la caméra de capturer son emplacement. Une séquence d’acquisition en deux étapes a été utilisée, suivie d’une imagerie combinée et d’une spectroscopie ciblée.

L’emplacement de la zone d’acquisition DRS a été déterminé sur la base de la segmentation de l’image ROSA. Les spectres ont été acquis en déplaçant le ROSA vers six emplacements différents dans le champ de vision de la cible de référence pour l’analyse spectrale.

Les filtres passe-bande isolent l’éclairage d’excitation pour l’imagerie par fluorescence verte. En comparaison, les filtres passe-long ont permis une imagerie exclusive et une acquisition spectrale de la lumière émise par fluorescence.

L’analyse spectrale impliquait trois étapes de traitement, dans lesquelles les contributions spectrales de la lumière ambiante du spectre étaient supprimées et l’effet du spectre de la source d’éclairage était ensuite déterminé. Le spectre lumineux a ensuite été normalisé pour corriger les différences d’intensité du signal.

Résultats de l’étude

L’œil modèle a acquis les spectres de réflectance des vaisseaux sanguins, de la rétine près de la tête du nerf optique, de la tête du nerf optique et de la rétine loin de la tête du nerf optique (D). Les vaisseaux sanguins et le nerf optique présentaient des spectres de réflectance clairement différents. De même, l’œil modèle a permis d’effectuer une analyse de fluorescence pour quatre régions, seuls les vaisseaux sanguins et la tête du nerf optique émettant des signaux de fluorescence.

Les acquisitions DRS de cinq secondes correspondaient à 13 spectres acquis et ont été réalisées au niveau de la tête du nerf optique et de la parafovéa pour les huit participants. Les spectres d’absorbance moyens pour les deux emplacements ont montré une variabilité interindividuelle.

Toutes les méthodes précédentes pour évaluer la saturation en oxygène du sang dans l’œil avaient une sensibilité limitée et, par conséquent, permettaient une évaluation relative de la StO.₂ uniquement pour les gros vaisseaux sanguins du fond de l’œil. Dans la présente étude, les mesures de saturation en oxygène du sang effectuées dans différentes régions ont conduit à différentes valeurs de StO₂.

Saturation en oxygène plus faible et plus grande variabilité interindividuelle de la StO₂ ont été observés dans la parafovéa que dans la tête du nerf optique, allant respectivement de 30,4 à 58,4 % et de 62,1 à 69,7 %.

Un algorithme d’oxymétrie oculaire a été mis en œuvre pour les spectres acquis vivant et a démontré le potentiel d’évaluer la présence de différents fluorophores/chromophores pouvant être utilisés pour diagnostiquer différentes pathologies rétiniennes. Plus précisément, cette approche a ciblé des régions d’intérêt spécifiques identifiées grâce à la fluorescence à large champ et a acquis un profil spectral d’émission complet de ces molécules.

Conclusions

Le système multimodal présenté dans cette étude a permis une imagerie simultanée et continue et une spectroscopie ciblée dans le fond de l’œil. De plus, il a montré une sensibilité élevée, une résolution spectrale et une vitesse d’acquisition courte pour la détection des biomarqueurs rétiniens. Il convient de noter que d’autres systèmes, tels que l’imagerie hyperspectrale, font un compromis entre la résolution spectrale et la vitesse d’acquisition.

De plus, cette technologie a acquis des profils spectraux distincts dans les différentes régions testées au cours in vitro et pendant vivant essai. En conclusion, la spectroscopie oculaire ciblée pourrait ouvrir de nouvelles voies pour diagnostiquer et traiter les maladies oculaires au fil du temps.