La tomographie par cohérence optique ( optical coherence tomography [OCT]) est une méthode d'imagerie non invasive et utilisable in vivo, fondée sur l'interférométrie à faible cohérence. Une onde électromagnétique d'une longueur d'onde située dans le proche infrarouge est envoyée dans le tissu à étudier, et la réflexion du faisceau par les différentes interfaces optiques est analysée de façon à réaliser une image en coupe du tissu. Comparé aux autres techniques d'imagerie utilisées en ophtalmologie, notamment l'échographie, l'OCT est caractérisé par une résolution spatiale élevée (de l'ordre de quelques micromètres), mais une profondeur de pénétration souvent limitée par la diffusion de l'onde électromagnétique (dans la sclère en particulier) ou son absorption (pas les structures pigmentées de l'uvée contenant de la mélanine).

Les termes d'optique suivants sont à connaître.

• Interférométrie : méthode de mesure fondée sur l'étude des interférences formées par l'interaction de plusieurs ondes électromagnétiques. En OCT, c'est l'étude des interférences entre une onde réfléchie par les interfaces des tissus et une onde de référence qui permet de connaître la position des interfaces le long du chemin optique parcouru dans les tissus. La formation d'une interférence constructive signe la présence d'une interface à une distance égale à celle de la longueur du chemin optique parcouru par l'onde de référence.
• Longueur d'onde : paramètre utilisé pour décrire une onde qui correspond à la distance séparant deux maxima consécutifs de l'onde. La lumière visible est une onde électromagnétique (variation simultanée et période du champ électrique et du champ magnétique) d'une longueur d'onde comprise entre 400 et 800 nm.
• Largeur de bande ou largeur spectrale : plage de longueurs d'onde du faisceau utilisé pour réaliser l'imagerie des tissus. La résolution axiale augmente lorsque la largeur de bande de la source lumineuse est élevée.
• Vitesse d'acquisition : nombre de profils de réflectivité des tissus réalisés par unité de temps (exprimée en nombre de A-scans par seconde). Une vitesse d'acquisition élevée permet de répéter les mesures d'une même structure et, en moyennant les acquisitions, d'augmenter la qualité du signal et la résolution spatiale.
• Résolution spatiale : dimension du plus petit détail observable en OCT. En OCT, on distingue la résolution spatiale axiale, qui dépend essentiellement des caractéristiques de la source lumineuse (inversement proportionnelle à la longueur d'onde et proportionnelle à la largeur de bande), et la résolution transverse, qui dépend essentiellement du système optique (inversement proportionnelle à l'ouverture numérique du système optique).
• Profondeur de pénétration : trajet maximal parcouru par l'onde électromagnétique dans les tissus avant son atténuation complète. En OCT, la profondeur de pénétration limitée est essentiellement due à l'absorption de l'onde par les structures pigmentées (c'est-à-dire contenant de la mélanine, comme l'épithélium pigmenté irien ou les autres couches pigmentées de l'uvée) ou à la diffusion de l'onde par les structures diffusantes (c'est-à-dire entraînant un éparpillement des photons, mais sans les absorber, comme la sclère).

Les performances de ces techniques d'imagerie sont comparées dans la figure 2-1 .

• Time domain optical coherence tomography (TD-OCT) : technologie utilisée dans les premières générations d'OCT et appelée « temporelle» ou «time domain», réalisant la division de la lumière en deux faisceaux, envoyés dans l'échantillon à analyser et sur un bras de référence se terminant par un miroir. La combinaison des deux faisceaux produit une interférence constructive lorsque la lumière a parcouru exactement la même distance dans les deux bras. Le balayage du miroir du bras de référence permet ainsi de réaliser un profil de réflectivité de l'échantillon, appelé A-scan. La combinaison de plusieurs A-scans réalisés en déplaçant latéralement le faisceau permet de construire une image en coupe de l'échantillon (B-scan).
• Spectral domain optical coherence tomography (SD-OCT) : technologie utilisée dans la plupart des OCT actuels employés en ophtalmologie. Les OCT dans le domaine de Fourier ou OCT fréquentiel reposent sur l'analyse des différentes longueurs d'onde du spectre de la lumière infrarouge utilisée grâce à la transformée de Fourier, et permettent d'obtenir le même profil de réflectivité des tissus analysés sans avoir à déplacer le miroir dans le bras de référence. La vitesse d'acquisition a, de ce fait, été largement augmentée, autorisant la réalisation d'acquisitions multiples de la même structure, et améliorant ainsi le rapport signal/bruit et la résolution spatiale.
• Swept source optical coherence tomography (SS-OCT) : OCT utilisant une source lumineuse dont la longueur d'onde peut être modulée. Cette modulation de la longueur d'onde évite d'avoir à déplacer le miroir du bras de référence (TD-OCT) ou d'avoir à utiliser un spectromètre (SD-OCT), et permet ainsi une vitesse d'acquisition très élevée, augmentant le rapport signal/bruit et la résolution spatiale (résolution axiale possiblement de moins de 5 μm).
• Enhanced depth imaging optical coherence tomography (EDI-OCT) : méthode utilisée pour augmenter la visibilité des structures situées en arrière de l'épithélium pigmenté rétinien, notamment les couches les plus internes de la choroïde. Le système optique est rapproché de l'œil, de façon à obtenir une image inversée avec un meilleur contraste des structures profondes par comparaison aux structures plus superficielles. Il est à noter que certains fabricants utilisent d'autres techniques pour augmenter la visibilité des structures profondes (longueur d'onde plus élevée, augmentation du nombre d'acquisitions), mais les décrivent également par le terme d'EDI.
• Optical coherence tomography-angiography (OCT-A) : méthode d'analyse des images B-scans fondée sur la comparaison de coupes B-scans répétées de la même structure permettant de rechercher des variations de signal qui reflètent le mouvement des érythrocytes dans les tissus. Plusieurs algorithmes mathématiques ont été développés par les fabricants pour analyser les variations de signal et étudier le flux sanguin dans les tissus. Deux types de paramètres sont généralement présentés, la densité des vaisseaux ( vessel density ), proportionnelle à la surface de l'image présentant des variations de signal, et le flux dans les vaisseaux ( vessel flow ), proportionnel à l'intensité des variations de signal.

Une présentation des caractéristiques physiques et techniques des systèmes OCT disponibles en ophtalmologie est proposée dans le tableau 2-1 .

Les techniques d'imagerie, telles que l'angiographie à la fluorescéine et au vert d'indocyanine, les photographies du fond d'œil et l'échographie, sont couramment utilisées pour analyser la rétine et les pathologies maculaires en particulier. Chacune de ces techniques a ses propres avantages et inconvénients dans l'évaluation du segment postérieur de l'œil. Cependant, aucune de ces techniques n'est capable de fournir des informations détaillées sur l'anatomie de la rétine en coupe transversale, ni de donner une quantification reproductible de paramètres morphologiques de la rétine. L'avènement de la technologie OCT a permis des améliorations considérables dans la compréhension de la physiopathologie de certaines maladies, et a permis aux cliniciens de caractériser l'état pathologique de leurs patients avec beaucoup plus de précision [ 2 ]. De plus, grâce à cette précision obtenue, l'analyse quantitative et qualitative au cours du temps de la morphologie rétinienne peut être utilisée pour l'évaluation objective de la réponse aux traitements. Il en est de même pour la cornée et la chambre antérieure.

Le caractère non invasif et sans contact de la méthode a permis à cette technique d'être rapidement et facilement intégrée dans la pratique clinique quotidienne mais aussi dans le cadre de la recherche et des essais cliniques. Cette méthode a largement contribué à nous faire progresser dans le diagnostic et le suivi de pathologies maculaires telles que les trous maculaires [ 3 ], les œdèmes maculaires [ 2 ], la néovascularisation de la choroïde [ 4 ], les tractions vitréomaculaires [ 5 ] et les membranes épirétiniennes [ 6 ]. Cependant pour pouvoir être utilisable en pathologie humaine, la connaissance de l'anatomie et de l'imagerie en situation normale est indispensable.

L'image OCT peut être vue en couleurs ou bien de façon plus confortable en niveaux de gris ou en niveaux de gris inversés ( fig. 2-2 ).

La seule condition pour interpréter les images OCT est la nécessité de bien comprendre et connaître l'anatomie normale du fond de l'œil. Les coupes axiales réalisées en OCT permettent d'obtenir une sorte de biopsie optique de la zone étudiée et ainsi de décrire en détail les nombreuses couches de la rétine. Malgré leur apport innovant et révolutionnaire, les premières images OCT donnaient des coupes axiales de faible qualité apparaissant sous la forme de lignes et bandes hypo- et hyper-réfléchissantes [ 7 ]. Même avec des appareils en TD-OCT de faible résolution, les structures anatomiques rétiniennes identifiables ont été décrites et nommées dans des termes différents par plusieurs auteurs, voire de façon différente par les mêmes auteurs au sein de diverses publications [ 8–10 ]. Aussi, un consensus a été établi au niveau international pour décrire les différentes structures visibles en SD-OCT [ 11 ]. Cette homogénéisation est d'autant plus importante à l'heure des SD-OCT avec lesquels les détails visibles sur les coupes sont beaucoup plus nombreux. Ainsi, depuis 2007, la technologie SD-OCT nous fournit des informations très utiles sur l'état structurel de la rétine et en particulier de la rétine externe pour laquelle la corrélation avec la fonction visuelle est la plus importante, sa conservation étant un gage de meilleur pronostic dans la pathologie maculaire [ 12–14 ]. Il est maintenant possible d'observer au niveau fovéolaire de façon très précise les différentes bandes hypo- et hyper-réflectives correspondant aux structures photoréceptrices (voir chap. 4.1 ).

De cette connaissance fine de la structure maculaire normale, nous pouvons ainsi déterminer des anomalies à type de déformation, de désorganisation (perte de la stratification), d'interruption, de fragmentation, de disparition partielle ou totale ou de changement de réflectance des différentes couches.

Il faut noter que les caractéristiques de réflectance des différentes structures rétiniennes reposent sur la réflexion, la dispersion et l'absorption de la lumière incidente [ 15 ].

Ainsi, on remarque qu'un des déterminants de la réflectance des couches en OCT est l'orientation des structures qu'elles contiennent : les éléments cellulaires disposés verticalement, comme les photorécepteurs, et les corps cellulaires bipolaires sont plus faiblement réflectifs que les structures disposées horizontalement ou obliques comme les structures plexiques. De plus, la constitution des différentes couches (membranes plasmiques, soma, organites, etc.) jouerait aussi un rôle dans cette réflectance. Ainsi, les couches contenant principalement des corps cellulaires sont hypo-réflectives, alors que celles constituées des ramifications axono-dendritiques (couches plexiformes) ou riches en organites intracellulaires sont hyper-réflectives (ellipsoïde).

Pour pouvoir interpréter des changements pathologiques au sein du tissu rétinien, il est nécessaire de connaître les propriétés optiques des principales anomalies rétiniennes. Ainsi, on discriminera les effets masque, dus à l'absence de transmission de la lumière au travers d'une structure empêchant de visualiser le tissu sous-jacent, des effets fenêtre, dus à une transmission accentuée de la lumière au travers d'une zone de rétine accentuant la visibilité du tissu sous-jacent.

Les principales anomalies responsables d'un effet masque sont : les gros vaisseaux rétiniens, les fibres à myéline, les densifications vitréennes (corps flottants, etc.), les membranes prérétiniennes (vasculaires, fibreuses, fibrovasculaires, etc.), les hémorragies, les migrations ou dépôts pigmentaires, les exsudats secs, les nodules cotonneux, les accumulations de matériel sous-rétinien (drusen, matériel vitellin, etc.), les décollements de l'épithélium pigmentaire, les foyers rétiniens ischémiques ou inflammatoires, etc.

À l'opposé, les anomalies responsables d'un effet fenêtre sont essentiellement dues aux amincissements, aux déhiscences et à l'atrophie rétinienne. On peut noter parfois des effets fenêtre au travers des kystes rétiniens quelle qu'en soit la cause.

L'analyse de la couche des fibres optiques péripapillaires ainsi que de l'anatomie de la papille est sujette à des erreurs spécifiques [ 20–26 ] :

• effet plancher pour le suivi d'un glaucome modéré et évolué : en cas de glaucome modéré ou évolué, l'épaisseur des différentes structures papillaires et péripapillaires – essentiellement composées de structures gliales alors que les cellules ganglionnaires rétiniennes sont plus rares – évolue peu même lorsque les déficits du champ visuel progressent. L'analyse de la structure est donc relativement peu performante pour détecter et quantifier l'évolution d'un glaucome modéré ou sévère;
• erreur de centrage : le centrage du cercle d'analyse péripapillaire doit être vérifié. Un mauvais centrage aboutit à présenter une épaisseur de la couche des fibres optiques péripapillaires anormalement élevée sur une des moitiés de la papille, et anormalement faible sur la moitié opposée;
• myopie et atrophie péripapillaire : la présence d'une atrophie péripapillaire marquée (bêta et/ou gamma) atteignant le cercle d'analyse péripapillaire aboutit généralement à des erreurs de segmentation des interfaces et à des épaisseurs erronées;
• dysversion papillaire : une anatomie atypique de la papille favorise aussi les erreurs de segmentation des interfaces et de calcul des aires et volumes des différentes structures de la papille;
• drusen du nerf optique : des drusen de la tête du nerf optique peuvent empêcher l'étude de l'anatomie du nerf optique en OCT et aboutir à un aspect d'augmentation de l'épaisseur de la couche des fibres optiques péripapillaires, pouvant masquer une perte liée à une neuropathie glaucomateuse;
• influence des pathologies augmentant l'épaisseur maculaire (membrane épirétinienne, traction vitréomaculaire, œdème maculaire) : de nombreuses études ont montré que ces atteintes relativement fréquentes et parfois asymptomatiques peuvent aboutit à un aspect d'augmentation de l'épaisseur de la couche des fibres optiques péripapillaires. Une analyse conjointe de la région maculaire doit donc être réalisée lors de l'étude de la papille en OCT;
• bases de données normatives : les bases de données normatives ont été essentiellement réalisées chez des sujets caucasiens âgés de 20 à 70 ans. La comparaison de mesures réalisées à des âges extrêmes ou dans d'autres ethnies à ces bases de données normatives peut donc donner des résultats peu précis.

Le complexe ganglionnaire cellulaire maculaire est composé des deux à trois couches les plus internes de la rétine : couche des cellules ganglionnaires ( ganglion cell layer [GCL]), couche plexiforme interne ( inner plexiform layer [IPL]) et, parfois, couche des axones des cellules ganglionnaires ( retinal nerve fiber layer [RNFL]). Des recherches ont montré que l'atteinte de cette structure pouvait précéder l'amincissement de la couche des fibres optiques péripapillaires en cas de glaucome débutant, et qu'aux stades de glaucomes modérés ou évolués, l'absence de tissu de soutien glial limitait le risque d'effet plancher et rendait l'étude de cette structure plus performante pour rechercher l'évolution d'une neuropathie glaucomateuse en comparaison à l'étude de la couche des fibres optiques péripapillaires.

Certaines causes d'erreurs ou d'artéfacts sont spécifiques à l'étude de cette structure ( fig. 2-7 ) [ 26 , 27 ] :

• effet plancher pour le suivi d'un glaucome modéré et évolué : en dépit des arguments anatomiques cités ci-dessus, un certain degré d'effet plancher est quand même observé lors de l'étude du complexe ganglionnaire maculaire, et de ce fait l'analyse de cette structure est souvent aussi peu performante pour détecter et quantifier l'évolution d'un glaucome modéré ou sévère;
• étude de la région maculaire uniquement : un déficit atteignant électivement la région temporale du nerf optique peut être méconnu lors de l'analyse du complexe ganglionnaire maculaire;
• influence des pathologies augmentant l'épaisseur maculaire : les pathologies se traduisant par un épaississement de la rétine maculaire (membrane, œdème maculaire, traction vitréomaculaire) peuvent masquer d'authentiques déficits glaucomateux;
• influence des pathologies réduisant l'épaisseur maculaire : les pathologies se traduisant par un amincissement de la rétine centrale (atrophie maculaire liée à l'âge, après occlusion artérielle, etc.) peuvent induire de faux déficits lors de l'analyse du complexe ganglionnaire maculaire chez un sujet non glaucomateux;
• bases de données normatives : les bases de données normatives ont été essentiellement réalisées chez des sujets caucasiens âgés de 20 à 70 ans.

• Décollement postérieur du vitré : des études ont montré qu'un décollement postérieur du vitré associé à une membrane hyaloïde postérieure dense et située à proximité de la rétine pouvait aboutir à la reconnaissance erronée de cette structure comme étant la limite antérieure de la rétine, et donc par une estimation erronée de l'aspect et de l'épaisseur de toutes les couches rétiniennes [ 28–31 ].
• Œdème maculaire : en cas d'œdème maculaire important et/ou irrégulier, les algorithmes de reconnaissance des interfaces sont peu performants, il est recommandé de vérifier la segmentation des couches sur les coupes B-scans et éventuellement de corriger la segmentation ou d'utiliser un calliper manuel pour mesurer l'épaisseur de la rétine. Le risque d'erreur de centrage est également augmenté [ 28–31 ].
• Membrane épirétinienne : de façon similaire, en cas de membrane entraînant une déformation importante de la rétine, les algorithmes de reconnaissance des interfaces sont peu performants, et il est recommandé de vérifier la segmentation des couches sur les coupes B-scans ( fig. 2-8

  

  Membrane épirétinienne avec déformation de la surface de la rétine et erreurs de segmentation consécutives.

  ) [ 29–31 ].