Validation expérimentale in vitro de la reconstruction adaptée CLAIFbC

Choix des matériaux

Le choix des matériaux pour représenter le cristallin et les humeurs n’a pas été guidé par le sou i d’approcher pré aisément les ara téristiques acoustiques in vivo ( célérité, atténuation et impédance) mais par celui de pouvoir reproduire et observer les effets aberrations qui existent à l’interface entre les tissus. C’est donc le rapport de célérité in vivo µL/H i.e. ∼ 110%, que nous nous sommes attachés à reproduire. De plus, l’atténuation dans les deux milieux devait être su samment raisonnable pour d’une part permettre une profondeur d’exploration satisfaisante au regard de la pratique ultrasonographique oculaire et d’autre part laisser les eets aberrations prédominer dans la dégradation des B-s ans. À ces considérations acoustiques s’ajoutent des contraintes mécaniques et physico- chimiques :  le matériau du cristallin synthétique doit être propice au moulage.  Il ne doit pas y avoir de visibilité ni d’interactions chimiques entre les deux matériaux. Pour synthétiser le cristallin, il nous faut donc un matériau que l’on puisse rouler et capable par la suite de conserver une forme donnée, de préférence dans des conditions normales de température et de pression. Notre choix s’est d’abord porté vers le silicone, matériau dont la fabrication débute par une phase liquide et visqueuse avant sa polymérisation à température ambiante. La célérité des ondes longitudinales dans le silicone, comprise entre 970 m/s et 1050 m/s environ, implique de trouver un matériau de célérité avoisinant les 900 m/s pour représenter les humeurs. Les candidats potentiels sont alors :  l’argon : 926 m/s à -185◦C  l’oxygène liquide : 900 m/s à -182◦C  le ésium : 967 m/s à 28.5◦C  le tétrachlorure de carbone : 900 m/s à 25◦C De tels matériaux, rares, toxiques ou bien inutilisables sans de lourds protocoles expérimentaux ne sont pas envisageables en pratique. Nous nous sommes alors orientés vers la gélatine, matériau économique issu de l’industrie agroalimentaire et présentant une particularité acoustique intéressante : la célérité des US varie significativement en fonction de ça on entrait. A 20◦C, elle passe de 1480 m/s pour une concentration de 0.5% à 1620 m/s pour une concentration de 30%, comme en attestent les mesures effectuées par Parker et al.[Parker et Povey, 2012℄ (voir Fig. 5.1). Deux liquides sont alors susceptibles d’apporter le rapport de célérité souhaité avec le cristallin synthétique : l’huile minérale et la turpentine, de célèbres US respectives 1440 m/s et 1280 m/s, à 25◦C. Tous deux étant bon marché et sans contrainte d’utilisation rédhibitoire, la mesure de l’atténuation US dans les deux milieux nous a permis de les départager (Fig. 5.2). Bien que dégageant des vapeurs toxiques nécessitant le port d’un masque dotés de filtres de type A2, l’atténuation environ quatre fois plus faible à 20 MHz dans la turpentine par rapport à l’huile minérale a imposé le liquide comme milieu pour représenter les humeurs. Pour émuler le ratio de célérité cristallin/humeur, nous avons alors choisi une gélatine on entrée à 15%. Cette concentration s’est avérée être la valeur minimale pour laquelle la forme du cristallin synthétique est pérenne et supporte les contraintes appliquées lors du démoulage. La combinaison de la gélatine à 15 % à la turpentine ou un ratio de célérité µL/H a en tué par rapport à la situation in vivo ; l’ art relatif de célérité étant pratiqué   Courbes de célérité des ondes longitudinales dans la gélatine en fon tion de la concentration C et de la température. De bas en haut : C = 0, 0.5, 5, 10, 20 et 30%. D’après N.G Parker et M.J.W. Povey [Parker et Povey, 2012℄. (a) E hogrammes sur ible métallique à la distan e fo ale pour l’huile (en bas) et pour la turpentine (en haut) (b) Coe ient d’atténuation dans l’huile et la turpentine Figure 5.2  Comparaison des atténuations dans la turpentine (en noir) et l’huile minérale (en rouge) mesurées à 25◦C par une méthode de substitution en pulse-é ho. quasiment doublé. Cette exa erbation de µL/H constitue un moyen intéressant pour mieux cerner les effets aberrations associés à la géométrie bi convexe du cristallin et apprécier, de 1 plus, le bon fonctionnement de LA IFBC lorsque la réfraction s’intensifie. 

Réalisation des moules pour cristallin synthétique

 Du fait de l’important changement de forme subi par le cristallin au cours du pro essus d’accommodation, pouvant par conséquent ae ter différemment les B-s ans, nous avons dé idé d’investiguer ses deux états extrêmes, ‘est à dire la forme a asmodée et la forme désa asmodée également dite relâchée. 

Définition des formes acommodée et non-acommodée 

Géométrie des formes a ommodées (ζLα en bleu) et désa ommodées (ζLΩ en vert) telles que dénies dans la table 5.1 et utilisées pour la réalisation des moules. Les paramètres choisis pour décrire les deux formes s’inscrivent dans l’hypothèse d’une représentation ellipsoïdale du cristallin, telle que décrite dans le chapitre 4. An de diéren ier par la suite les résultats se rapportant à la forme a ommodée de eux de la forme désa ommodée, nous avons décidé de leur attribuer respectivement l’indi e α et Ω. La forme a asmodée α a ainsi été définie en moyennant les données recueillies in vitro par Rosen et al. [Rosen et al., 2006℄ sur 37 cristallins humains âgés de 20 à 99 ans. L’observation in vitro de la géométrie du cristallin renseigne – en l’absence de contraintes particulières – sur l’état a accommodatif maximal que peut atteindre un cristallin une fois débarrassé de la tension zonulaire et de la pression intra-oculaire. La géométrie observée par Rosen et al. peut donc être légèrement plus bombée que la forme a asmodée in vivo. Les dimensions de la forme désarmée Ω ont ensuite été déduites de celles de la forme a nommée en appliquant la régression linéaire proposée par Sheppard et al. [Sheppard et al., 2011℄ sur le grand-axe équatorial Leq , lorsque l’on onsidère une déa – ommodation de D=12 δ (e.g. LeqΩ = Leqα −0.09D). Cette régression provient d’une étude des changements de forme du cristallin au cours du pro essus a accommodatif (sur une plage de 0.17 à 8 δ), menée par résonance magnétique 3D sur n = 6 cristallins humains et dans laquelle Sheppard et al. ont proposé un t linéaire des paramètres géométriques associés   e.g. l’épaisseur axiale eap = eant + epost, le grand-axe équatorial, et . La valeur de eapΩ a ensuite été axée à partir de LeqΩ de façon à assurer un volume identique aux deux géométries, conformément aux observations ee tuées par Hermans et al.. Ces derniers ont en effet démontré, dans une étude ré ente combinant imagerie de S heim pug et imagerie par résonance magnétique, que le volume du cristallin humain demeure constant tout au long du pro essus d’accommodation [Hermans et al., 2009℄. Notons que le ratio eant epost est identique pour les deux formes α et Ω, ce qui n’est pas tout à fait dèle à notre connaissance a tuelle de l’a ommation. En eet, la courbure postérieure du cristallin décroît de façon plus importante que la courbure antérieure lors de son relâchement. Commodée ou désa commode, placée à une distance anatomique de la sonde linéaire US et immergé dans la turpentine. 

Caractérisation acoustique HF de la turpentine et de la gélatine à 15% en fon tion de la température

 Les propriétés acoustiques de la turpentine et la gélatine à 15%, sélectionnées pour représenter respectivement les humeurs et le ristallin, ont été ara térisées par substitution en mode pulse-é ho [Te havipoo et al., 2004℄ [Arditi et al., 1991℄, en fon tion de la température. La connaissance de la célérité, l’atténuation et l’impédance acoustique de ces milieux est nécessaire au bon paramétrage de la technique de reconstruction CLAIR FbC. Afin d’estimer au mieux les paramètres, dans cette phase de validation expérimentale, nous avons choisi, en l’absence de climatisation de votre salle d’expérimentation, d’étudier leur dépendance sur une plage de température comprise entre 20◦C et 40◦C. 

Matériel et méthode 

La gélatine (ref. W0220CH) et la turpentine de densité 770 g/L (réf. W0510H) proviennent de la société Fisher Chemi al Co. (Illkirch, France). La concentration en gélatine à 15% est obtenue en diluant de la gélatine pure (solide translucide) dans de l’eau, en respectant les proportions suivantes (Eq. 5.4) : gélatine = ratio 1 − ratio meau (5.4) où le ratio représente la non entrée en gélatine pure (%). Les masses d’eau et de gélatine sont pesées avec une balance A&D (ref. HR200) précise à ±0.1 mg. L’homogénéité de la concentration est garantie en haussant le mélange dans un bé her disposant d’un agitateur magnétique. La chaîne d’acquisition La chaîne instrumentale, utilisée pour la caractérisation acoustique en fonction de la température ( coe cient d’atténuation et célérité) de la turpentine et de la gélatine à 15%, est illustrée par la gure 5.7. L’ensemble des mesures est mené en double-transmission à l’aide d’un transducteur mono-élément Imasonic en PVDF, fo alise à 11.56 mm dans l’eau pure à 25◦C, orant une bande passante relative d’environ 100% pour une fréquence centrale de 23 MHz. Un émetteur/récepteur Panametrics (réf. 5900 PR) génère des impulsions électriques HF large bande (200 MHz), d’énergie 2µJ, à une aden e de 500 Hz (PRF), permettant ainsi au transducteur l’émission et la ré eption d’é hos US. Celui- ci est positionné perpendiculairement à une cible métallique au moyen d’un système de translation 3D (ref. DC 500, so iété OWIS) de pré ision micrométrique (1 pas = 0.5 µm). Les signaux RF sont recueillis, à une fréquence d’échantillonnage de 2.5 GHz, à l’aide d’un os illos ope à phosphore numérique de marque Tektronix (réf. DPO 4034) et de profondeur de numérisation 8 bit. Le monitoring de la température est assuré par une sonde platine Dostmann (ref. P655-LOG)