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Chapitre 6
Méthodes d'exploration in vivo
6.1
La microscopie spéculaire in vivo pour l'évaluation objective de l'endothélium cornéen humain

M.J. Doughty,

S. Jonuscheit

Historique des techniques
L'observation clinique de l'endothélium cornéen humain est devenue possible il y a plus de 100 ans lorsque l'on a découvert que, en utilisant une lampe fente orientée à un certain angle, la lumière se reflète par la surface postérieure de la cornée (fig. 6-1
Fig. 6-1
La réflexion spéculaire, obtenue avec une lampe à fente de haute qualité et un certain savoir-faire, permet de visualiser et de photographier la mosaïque des cellules de l'endothélium cornéen.
), révélant un aspect remarquable chez certains patients souffrant d'un œdème de la cornée, en l'occurrence la présence d'une cornea guttata non réflective [1]. Les études menées dans les années 1950 ont démontré que des évaluations objectives de l'endothélium cornéen pouvaient être effectuées en comptant les noyaux/unités de surface sur des cornées humaines excisées, fixées au formol, montées à plat et colorées à l'hématoxyline [2]. Ces études ont révélé des différences notables en termes de densité cellulaire endothéliale (DCE) dans des cornées normales, en particulier liées à l'âge.
Grâce aux améliorations de l'instrumentation, la biomicroscopie à la lampe à fente avec réflexion spéculaire a été utilisée dans des études plus récentes pour obtenir des valeurs de DCE. À partir de clichés qui ont pu être agrandis et de superpositions de tracés réalisées à partir des images, il a été possible de discerner les cellules endothéliales individuelles et de mesurer leur surface manuellement par planimétrie, avec seulement 50 cellules mesurées par image [3], ou au moins 200 [4]. Ces évaluations utilisant la lampe à fente ont montré que des modifications de la DCE pouvaient être détectées, mais aussi que, bien que les cellules endothéliales normales soient de taille et de forme relativement uniformes, des transformations notables pouvaient se produire après plusieurs années de port de lentilles de contact en PMMA [3], ou une exposition à des niveaux élevés de rayonnements infrarouges, par exemple [4]. L'augmentation de la variance de la surface des cellules endothéliales est généralement nommée polymégéthisme et la méthode actuellement largement adoptée pour mesurer et comparer l'ampleur du polymégéthisme se fonde sur un calcul de l'écart-type normalisé sur les surfaces des cellules, nommé coefficient de variation (COV) [5] ou abrégé en valeur de CV [6].
Le processus d'obtention d'images de réflexion spéculaire de l'endothélium cornéen a été largement simplifié par l'introduction d'un système d'éclairage et d'observation fondé sur un prisme [7]. Bien que le système ait été utilisé principalement pour simplifier les mesures répétées de l'épaisseur cornéenne de cornées isolées (en évaluant la distance entre la réflexion de la lumière antérieure et postérieure), il est possible d'y fixer un appareil photographique afin de capturer des images de l'endothélium cornéen (fig. 6-2
Fig. 6-2
Image de l'endothélium cornéen.Image obtenue avec un microscope spéculaire de laboratoire avec objectif à immersion dans l'eau (a) à partir de laquelle un logiciel d'analyse d'image manuelle peut être utilisé pour mettre en évidence les contours cellulaires et faciliter la mesure de la surface des cellules (b).
Source: Doughty MJ. Quantitative evaluation of the effects of a bicarbonate and glucose-free balanced salt solution on rabbit corneal endothelium in vitro. Optometry Vision Science 1992 ; 69: 846-57. © American Academy of Optometry/Wolters Kluwer. Reproduction autorisée.
).
Les principes de base du microscope spéculaire de laboratoire ont été perfectionnés de manière à pouvoir obtenir des images sur des yeux humains in vivo. Les divers instruments développés différaient considérablement en termes de taille réelle de l'image obtenue et, comme avec le microscope spéculaire de laboratoire (voir fig. 6-2), il était fréquent de ne pouvoir visualiser que 25 à 50 cellules dans une micrographie spéculaire (voire moins lorsque la DCE était faible). Cependant, les instruments ayant été progressivement améliorés et de nouveaux modèles ayant été développés, comme le montre la figure 6-3
Fig. 6-3
Images de l'endothélium cornéen obtenues au microscope spéculaire clinique, illustrant l'obtention d'images de plus en plus larges et uniformes grâce au développement des instruments.Les exemples présentés sont des images obtenues chez des patients d'âge moyen 6mois après une opération de la cataracte s'étant déroulée sans incident, avec un appareil Topcon® SP-1000P (a) et un appareil Topcon® SP-3000P (b).
, des augmentations notables du champ de visualisation ont été obtenues, ainsi que du nombre de cellules pouvant être clairement définies sur une seule et même image.
Même avec les premiers modèles de microscopes spéculaires cliniques, il était relativement facile de confirmer des différences prévisibles des valeurs de DCE et, tout comme les superpositions de tracés préparées à partir d'images endothéliales pouvaient être utilisées pour faciliter les comparaisons visuelles entre endothéliums [ [3] [4] [5] ], des « panels de comptage endothélial » ont été développés pour faciliter les comparaison subjectives [8]. On peut attendre des microscopes spéculaires d'aujourd'hui qu'ils incluent de petites parties de ce type de panels afin d'illustrer les réseaux de cellules pour différentes valeurs de DCE (par exemple de 1 000 à 3 000 cellules/mm2 , séparées par des intervalles de 500 cellules/mm2 ). Ces réseaux de cellules permettent d'obtenir un aperçu ou une évaluation subjective des cellules visibles sur l'image (fig. 6-4a
Fig. 6-4
Images de microscopie spéculaire clinique obtenues chez un sujet d'âge moyen présentant un antécédent de traumatisme cornéen.Très faible densité cellulaire (a, à gauche) révélée comparativement aux réseaux de cellules (a, à droite) et utilisant un système de zoom (b) répandu pour définir une zone sur laquelle la surface des cellules peut être mesurée (dans ce cas avec un logiciel de pointage des centres).
).
Logiciels d'analyse d'image
Divers logiciels d'analyse d'image ont été utilisés pour faciliter une identification rapide des contours cellulaires. Ces logiciels peuvent être semi-automatisés, auquel cas l'opérateur marque (« pointe ») manuellement des cellules individuelles (logiciel de pointage des centres) (fig. 6-4b) ou les angles (sommets) des cellules (méthode des angles), et les contours cellulaires sont ajoutés à l'image traitée (fig. 6-5
Fig. 6-5
Images de microscopie spéculaire clinique obtenues après utilisation d'un logiciel d'analyse des images avec marquage manuel des cellules par pointage des centres.Identification des contours cellulaires (a) ; certains contours cellulaires ne sont, de manière évidente, pas identifiés (b).
Source: Adapté avec la permission de Wolters Kluwer Health, Inc : Doughty MJ. Evaluation of possible error sources in corneal endothelial morphometry with a semi-automated non-contact specular microcope. Cornea 2013;32:1196–203. © Wolters Kluwer. Reproduction autorisée.
). Il est également possible d'utiliser un logiciel automatisé, tous les types de système proposant habituellement des options d'édition manuelle (ou mode de retouche) pour corriger les erreurs [ [9] [10] [11] ].
Parfois, le processus peut être très fiable (fig. 6-5a) ; dans d'autres cas, certains contours cellulaires ne sont pas identifiés (fig. 6-5b) [9], ou des contours supplémentaires sont ajoutés (cas non présenté) [12]. Dans le premier cas, des valeurs de surfaces cellulaires plus grandes seront obtenues, ce qui constitue un artéfact (et donc le nombre de cellules mesurées pourra être plus faible, avec une estimation réduite de la DCE) ; dans le second cas, des « cellules » supplémentaires sont ajoutées et les estimations de la DCE qui en résultent peuvent être plus élevées. Les preuves actuellement disponibles montrent que l'analyse entièrement automatisée d'images endothéliales est associée à des erreurs qui, dans certaines évaluations, ont entraîné des différences dans les valeurs de DCE estimée dépassant même les intervalles de 500 cellules/mm2 fixées dans les panels de réseaux de cellules [11].
Un problème du même type peut survenir dans l'identification des contours cellulaires en présence d'une cornea guttata (ou gouttes), de sorte que, même par morphométrie manuelle, il est impossible d'identifier les contours complets des cellules à proximité immédiate des zones des gouttes hyporéflectives, avec de nombreuses petites « cellules » supplémentaires. Il peut en résulter des surestimations de la DCE (fig. 6-6
Fig. 6-6
Images de microscopie spéculaire clinique.Présence d'une pseudo-guttata cornéenne importante (a) et vue agrandie de la silhouette du contour cellulaire et de la numération cellulaire (b).
Source: Réimprimé/adapté avec l'autorisation de Springer Nature : Doughty MJ, Jonuscheit S, Button NF. Assessment of the reliability of endothelial cell density estimates in the presence of pseudoguttata. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol 2012;250:111–21. © Springer. Reproduction autorisée.
) [13].
Conclusion
Globalement, la microscopie spéculaire in vivo permet aujourd'hui d'acquérir très simplement des images de l'endothélium permettant au moins des comparaisons qualitatives fondées sur des grilles de dimensionnement des cellules. Cependant, pour une évaluation objective plus détaillée de la DCE, la netteté globale des images est importante, et les résultats obtenus avec une définition manuelle des contours cellulaires seront probablement différents de ceux obtenus par une définition automatisée. De plus, du fait de la variation de la surface cellulaire, le nombre total de cellules évaluées est très important et doit toujours être indiqué. Globalement, plus le nombre de cellules mesurées est faible, plus l'incertitude (erreur) dans les estimations de la DCE est grande et cette « erreur » sera probablement plus importante encore en présence de polymégéthisme [6, 14]. Des mesures sur 75 cellules/image doivent non seulement être possibles en routine, mais elles doivent de plus être considérées comme un minimum pour une morphométrie utile. Il est très important, dans le cadre de comparaisons intra- ou interindividuelles entre endothéliums, d'utiliser les mêmes protocoles de traitement de l'image et d'analyser le même nombre de cellules (ou un nombre très similaire) afin d'obtenir des résultats statistiques fiables.
6.2
La microscopie spéculaire peut-elle être un outil utile ?

N. Okumura,

N. Koizumi

Les tendances du développement du microscope spéculaire
Le concept original de la microscopie spéculaire a été décrit dans une étude menée sur des cornées excisées par Maurice en 1968 [15, 16]. D'autres chercheurs ont ensuite développé le microscope spéculaire, afin de permettre l'évaluation de l'endothélium cornéen sur des sujets vivants [17, 18]. Dans ses premières versions, le microscope spéculaire était un microscope en mode contact fournissant des images à champ large de haute résolution. Le microscope spéculaire sans contact a été développé dans les années 1980 et 1990 (tableau 6-1
Tableau 6-1
Tendances du développement de la microscopie spéculaire.
Contexte et besoinsStade du développement
Connaissance de la biologie et de la physiologiePrototype de David Maurice (1968)
Microscopie spéculaire en mode contact
  • Champ large
  • Haute résolution
Application pour une utilisation clinique quotidienne par examen sans contactMicroscopie spéculaire sans contact (années 1980–1990)
  • Non invasif car sans contact
  • Logiciel d'analyse
  • Champ étroit
  • Utilisation standard en contexte clinique
Expansion de la DSAEK et de la DMEK
Développement de traitements potentiels (médicaments, thérapie génique et injection de cellules)
Renouvellement de l'intérêt pour la microscopie spéculaire en mode contact
(2010-?)
  • Champ large
  • Haute résolution avec les technologies actuelles
).
Le microscope spéculaire sans contact fournit seulement des images du centre de la cornée. Cependant, il est moins invasif, une caractéristique qui, associée au développement d'un logiciel d'analyse utile, a fait du microscope spéculaire sans contact l'un des dispositifs privilégiés dans la pratique quotidienne. De plus, les images du centre de la cornée sont habituellement suffisantes pour une évaluation clinique de l'état de l'endothélium cornéen.
Néanmoins, le microscope spéculaire en mode contact permet d'obtenir une image beaucoup plus large que le microscope spéculaire sans contact (tableau 6-2
Tableau 6-2
Présentation synthétique des microscopes spéculaires et de la zone de mesure.
TypeFabricantModèleZone de mesure
Microscopie spéculaire sans contactKonan MedicalCellCheck® X80,25 × 0,55 mm
Konan MedicalCellCheck® SL
NSP-9900 II®
0,24 × 0,40 mm
TomeyEM-4000®0,25 × 0,54 mm
NidekCEM-530 Paracentral®0,25 × 0,55 mm
TopconSP-1P®0,25 × 0,55 mm
Microscopie spéculaire en mode contactKonan MedicalCellCheck® C0,65 × 0,48 mm
HAI LaboratoriesCL-1000xyz®0,25 × 0,40 mm
Microscopie spéculaire pour cornée de donneurKonan MedicalCD-15®
CellCheck® D Plus
1,0 × 0,75 mm
(Zone d'analyse : 0,40 × 0,30 mm)
HAI LaboratoriesEB-2000xyz®
EB-3000xyz®
0,45 × 0,50 mm
et vidéo 6-1). Ainsi, le microscope en mode contact permet d'évaluer la physiologie de l'endothélium cornéen et de déterminer quelles cellules diffèrent selon la zone associée à une irrégularité. Par exemple, la densité cellulaire endothéliale de la cornée a été étudiée par microscopie spéculaire en mode contact après chirurgie de filtration [19]. Étant donné que le microscope spéculaire en mode contact permet de visualiser les cellules de limbe à limbe [20], les cellules du côté opposé à la bulle, au centre de la cornée et à proximité de la bulle, chez des patients ayant subi une trabéculectomie, ont été étudiées (fig. 6-7a). Une diminution de la densité cellulaire de l'endothélium cornéen est apparue à proximité de la bulle et une diminution de la densité cellulaire s'est finalement produite au centre de la cornée, puis du côté opposé à la bulle, ce qui suggère une implication de la bulle de filtration dans la diminution de la densité cellulaire (fig. 6-7b,c) [19]. Cet exemple pourrait montrer l'intérêt d'évaluer l'endothélium cornéen sur toute la surface de l'œil au lieu de n'examiner que la zone centrale pour une étude adaptée de la physiologie, en particulier en cas de pathologie.
Fig. 6-7
Évaluation de l'endothélium cornéen sur une surface importante par microscopie spéculaire en mode contact après trabéculectomie.a. Images de la zone dans laquelle des cellules de l'endothélium cornéen ont été évaluées par microscopie spéculaire en mode contact. L'endothélium cornéen a été évalué avec un prototype de microscope spéculaire en mode contact à champ large avec balayage par fente KSSP® (Konan Medical, Inc., Hyogo, Japon). b. Densité cellulaire du côté opposé à la bulle, au centre de la cornée et à proximité de la bulle chez des patients ayant subi une trabéculectomie (** p <0,01). c. Images représentatives des cellules de l'endothélium cornéen obtenues par microscopie spéculaire en mode contact. Un patient représentatif, 2mois après la trabéculectomie, présente une densité et une morphologie de cellules de l'endothélium cornéen similaires dans toutes les zones étudiées (colonne de gauche). Le patient, 2ans après la trabéculectomie, présente une densité et une morphologie des cellules de l'endothélium cornéen similaires du côté opposé de la bulle et au centre de la cornée, mais la densité des cellules de l'endothélium cornéen est plus faible et la taille des cellules plus variable (colonne du milieu). Le patient, 5ans après la trabéculectomie, présente une diminution plus nette de la densité à proximité de la zone de la bulle et une densité également en déclin au centre, tandis que la taille des cellules augmente du côté opposé à la bulle.
Source: Okumura N, Matsumoto D, Okazaki Y, et al. Wide-field contact specular microscopy analysis of corneal endothelium post trabeculectomy. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol 2018 ; 256: 751-7. © Springer. Reproduction autorisée.
Changement du paradigme thérapeutique des pathologies de l'endothélium cornéen
Au cours de la dernière décennie, le traitement des pathologies de l'endothélium cornéen a connu un changement de paradigme. Les kératoplasties endothéliales, comme la kératoplastie endothéliale automatisée avec stripping de la membrane de Descemet ( Descemet stripping automated endothelial keratoplasty [DSAEK]) et la kératoplastie endothéliale de la membrane de Descemet ( Descemet membrane endothelial keratoplasty [DMEK]), se sont répandues rapidement et largement à l'échelle mondiale [21]. De plus, des essais cliniques évaluant le traitement par injection de cellules d'endothélium cornéen cultivées ont commencé en 2013 [22], et ce nouveau traitement pourra être introduit en routine clinique dans un futur proche. Une intervention chirurgicale, sous la forme d'une ablation de la membrane de Descemet (nommée descemétorhexis sans kératoplastie endothéliale, descemetorhexis without endothelial keratoplasty [DWEK], ou descemétorhexis sans greffe, Descemet stripping only [DSO]), pour le traitement de la dystrophie endothéliale cornéenne de Fuchs, a également été introduite, et son innocuité et son efficacité ont été évaluées par de nombreux chercheurs [23]. De plus, il a été rapporté que l'utilisation d'un inhibiteur de la Rho-kinase pendant l'ablation de la membrane de Descemet a un effet positif, bien que de nouvelles recherches soient prévues [24, 25].
Ce changement de paradigme semble pousser chercheurs et médecins à étudier la physiologie de l'endothélium cornéen, en phase avec les nouveaux traitements. Les recherches publiées sur la microscopie spéculaire en mode contact sont peu nombreuses, mais cette modalité pourrait permettre d'étudier la physiologie de l'œil en visualisant une surface importante de l'endothélium cornéen.
6.3
Microscopie confocale in vivo

J. Buffault,

C. Baudouin,

A. Labbé

Introduction
Initialement réservée au domaine de la recherche, la microscopie confocale in vivo ( in vivo confocal microscopy [IVCM]) de la cornée est aujourd'hui un outil d'imagerie indispensable pour l'étude des cellules de la cornée saine et pathologique. Elle offre aujourd'hui une résolution de l'ordre du micron, reproduisant une véritable histologie in vivo de la cornée. L'IVCM permet ainsi d'obtenir des images de la surface cornéenne parallèles à la face antérieure de la cornée et situées à des profondeurs variables depuis la surface épithéliale jusqu'à l'endothélium cornéen. L'endothélium normal se caractérise par une monocouche de cellules hexagonales disposées en nid d'abeilles. L'IVCM permet d'apprécier les modifications morphologiques cellulaires dans les dystrophies endothéliales, les syndromes irido-cornéo-endothéliaux et pseudo-exfoliatifs. Enfin, l'IVCM est aussi utile pour le suivi et l'évaluation des complications des greffes de la cornée.
Principes de la microscopie confocale in vivo
Le principe de microscopie confocale a été décrit la première fois par Marvin Minsky en 1955 [26]. Il a ainsi proposé que les systèmes d'observation et d'illumination soient focalisés en un même point, d'où le nom de microscopie confocale. Ainsi, la lumière réfléchie par les éléments situés en dehors du point focal est exclue de l'image finale, ce qui réduit les interférences lumineuses et augmente considérablement la résolution et le contraste. Trois grands types de microscopes confocaux in vivo utilisables en pratique clinique ont ainsi été développés, la différence portant essentiellement sur la technique utilisée pour analyser rapidement les différents points qui constituent l'image dans son ensemble, et sur la source lumineuse utilisée : les microscopes confocaux «   tandem scanning » (TSCM), les microscopes confocaux «   slit-scanning » (SSCM) et le microscope confocal à balayage laser ou «   confocal laser scanning microscope » (CLSM).
La microscopie confocale doit être distinguée de la microscopie spéculaire qui est aussi utilisée pour l'exploration des cellules endothéliales. La microscopie spéculaire est une technique photographique non contact dont le principe repose sur la lumière spéculaire réfléchie par l'interface entre l'endothélium cornéen et l'humeur aqueuse.
L'IVCM offre aujourd'hui une imagerie non invasive de la cornée de résolution quasi histologique, et cela malgré les mouvements souvent involontaires du patient [27]. L'un de ses principaux avantages est de réaliser des images de haute résolution, « en face », de toutes les couches de la cornée, et d'identifier la profondeur exacte de ces images [28]. Elle est utile pour le diagnostic d'une pathologie cornéenne ou de sa progression, son suivi, et permet de mieux comprendre sa physiopathologie. L'analyse des modifications tissulaires cornéennes dans les dystrophies de la cornée a été une des premières applications de l'IVCM. Cette technique d'imagerie a amélioré la description des dystrophies, précisant la localisation de l'atteinte au sein de la cornée [29]. En permettant une visualisation directe des micro-organismes responsables, l'IVCM joue par ailleurs un rôle important dans le diagnostic, mais aussi le suivi de certaines kératites infectieuses, notamment amibiennes et fongiques [30]. Enfin, elle permet d'apprécier les modifications dynamiques de la morphologie cellulaire lors de la cicatrisation cornéenne postopératoire.
L'utilisateur d'un microscope confocal doit néanmoins se familiariser avec l'aspect des tissus, vus sans préparation et dans un plan coronal, l'image étant perpendiculaire à la surface examinée.
Endothélium normal
En IVCM, la membrane de Descemet est visualisée sous la forme d'une fine couche (6–8 μm) amorphe et acellulaire située entre le stroma postérieur et l'endothélium. Cette couche n'est pas visible chez les sujets jeunes et sains [ [31] [32] [33] ]. L'endothélium cornéen normal correspond à une monocouche de cellules hexagonales de 15 à 20 μm de large, hyper-réflectives, avec des limites hyporéflectives et sans noyau visible, disposées en nid d'abeilles (fig. 6-8
Fig. 6-8
a, b. Images en microscopie confocale in vivo (IVCM) d'un endothélium normal (400μm ×400μm).
). Des études en IVCM ont confirmé que la densité endothéliale diminuait significativement avec l'âge [34] à une vitesse de 0,33 % par an [35].
Endothélium pathologique
Plusieurs pathologies endothéliales bénéficient déjà d'une description en IVCM. Son principal avantage par rapport à la microscopie spéculaire réside dans le fait qu'elle permet d'observer les cellules « en face » à des couches de profondeur variable au sein de la cornée, même lorsqu'il existe un œdème cornéen. Cela est particulièrement utile pour le diagnostic différentiel entre les pathologies qui peuvent entraîner un œdème de cornée [36].
Dans la dystrophie endothéliale de Fuchs, les images de l'endothélium en IVCM mettent en évidence des gouttes qui apparaissent comme des structures rondes hyporéflectives de 5 à 10 μm de diamètre, avec parfois un matériel réflectif central (fig. 6-9
Fig. 6-9
Dystrophie de Fuchs.Image en microscopie confocale in vivo (IVCM) (400μm ×400μm). Cavités intercellulaires optiquement vides avec un aspect en goutte. Pléiomorphisme cellulaire associé à une diminution de la densité cellulaire (a et b).
) [32, [37] [38] [39] ]. Entre ces « gouttes », on observe un polymégatisme et un pléomorphisme cellulaire, et une diminution de la densité cellulaire endothéliale qui peut être évaluée quantitativement en IVCM [39, 40]. La membrane de Descemet apparaît plus hyper-réflective [ [41] [42] [43] ]. Dans les autres couches de la cornée, on peut observer un œdème épithélial associé à un haze sous-épithélial, et la présence de kératocytes et de matériel en forme d'aiguille dans le stroma (pouvant correspondre à des précipitations cristallines ou à des dépôts de lipofuscine) [41, 44]. Cette dystrophie s'accompagnerait aussi d'une diminution de la densité des plexus nerveux sous-épithéliaux responsable de la perte de sensibilité cornéenne [43, 45]. L'apport de l'IVCM a permis à Amin et al. [46] de montrer que les modifications de la cornée antérieure précédaient la survenue de l'œdème dans la dystrophie de Fuchs. Ils observaient ainsi une diminution de la densité en kératocytes antérieurs et une augmentation de la réflectivité de la cornée, même dans des cas de dystrophie de Fuchs modérés. Cette densité cellulaire réduite du stroma antérieur ne se rétablirait que 3 ans après la restauration de l'endothélium après une greffe endothéliale, expliquant certains cas de mauvaise récupération visuelle en l'absence d'œdème ou de fibrose [47]. En pratique, en cas d'œdème cornéen important rendant impossible l'évaluation de l'endothélium en microscopie spéculaire, l'IVCM s'avère d'une grande utilité pour le diagnostic étiologique et afin de choisir la meilleure stratégie thérapeutique [36].
Dans la dystrophie cornéenne postérieure polymorphe, on retrouve des images de cratères ou de fissures sur la surface de l'endothélium associées à un polymégatisme et un polymorphisme des cellules endothéliales [48]. Des lésions vésiculaires sombres avec un centre cellulaire plus clair, décrites comme en doughnut ainsi que des lésions sombres en rails de chemin de fer entourant des cellules épithélioïdes plus claires ont été décrites [47, 49]. Au niveau de la membrane de Descemet, on observe des zones hyper-réflectives associées à des stries ou des granules hyporéflectifs [50] (fig. 6-10
Fig. 6-10
Dystrophie postérieure polymorphe.Image en microscopie confocale in vivo (IVCM) (400μm ×400μm). a. Au niveau de la membrane de Descemet, des lignes et granules hyper-réflectives sont identifiées associées à un polymégatisme et un polymorphisme des cellules endothéliales. b. On observe également des images en cratère ou des lésions vésiculaires.
Source: N. Bouheraoua, C. Georgeon et V. Borderie, service5, Centre hospitalier national d'ophtalmologie des Quinze-Vingts, Paris.
).
Dans les syndromes irido-cornéo-endothéliaux, les images obtenues en IVCM sont proches des coupes histologiques : des zones de cellules endothéliales de morphologies normales alternent avec des zones de pléiomorphisme cellulaire comportant des cellules épithélioïdes de forme très irrégulière, les ICE cells  ; elles apparaissent avec un noyau hyper-réflectif ayant des caractéristiques proches de celles des cellules épithéliales et les jonctions entre ces cellules sont hyporéflectives [40] (fig. 6-11
Fig. 6-11
Syndrome irido-cornéo-endothélial (ICE).a, b. Images en microscopie confocale in vivo (IVCM) (400μm ×400μm): ICE cells caractérisées par des noyaux hyper-réflectifs et des jonctions cellulaires hyporéflectives.
).
En cas de syndrome pseudo-exfoliatif, l'IVCM montre également une plus faible densité en cellules endothéliales associée à un polymégatisme et un pléomorphisme ainsi que de petits dépôts hyper-réflectifs intra-endothéliaux, même à des stades précoces de la maladie et sur l'œil adelphe [ [51] [52] [53] ].
Suivi postopératoire des greffes de la cornée
L'IVCM présente plusieurs intérêts pour le diagnostic, mais aussi pour le suivi des greffes de cornée. Elle permet tout d'abord de caractériser avec précision la dystrophie ou la kératite infectieuse responsable de l'opacification cornéenne. Elle peut aussi mettre en évidence précocement une récidive sur le greffon. Les pathologies endothéliales représentent 40 à 60 % des indications de greffe de cornées [54]. Les techniques de greffes endothéliales lamellaires se sont progressivement imposées ces dernières années, minimisant le risque de rejet, mais la kératoplastie transfixiante conserve son indication dans certains cas. L'IVCM représente un outil diagnostique du rejet en objectivant précocement une accumulation de cellules dendritiformes au sein des couches sous-épithéliales et au niveau de l'endothélium [55, 56] (fig. 6-12
Fig. 6-12
Greffes de cornée.Images en microscopie confocale in vivo (IVCM) (400μm ×400μm). a. Accumulation de cellules dendritiformes en périphérie d'une greffe de cornée lors d'un rejet. On observe des cellules dendritiques à la fois dans le greffon et au niveau de la cornée réceptrice. b. La zone hyper-réflective centrale correspond à la cicatrice de l'interface greffon-cornée réceptrice.
). La mesure en IVCM de la densité de cellules inflammatoires au niveau de l'endothélium serait ainsi corrélée à la survenue d'un rejet de greffe, et peut s'avérer utile pour identifier les patients à risque de rejet [57]. Elle permet aussi d'éliminer d'autres pathologies mimant le rejet, comme une récidive d'infection ou une infection secondaire, ou encore une décompensation endothéliale chronique [58].
Par ailleurs, des études réalisées en IVCM en post-opératoire de DSAEK ( Descemet stripping automated endothelial keratoplasty ) ont pu montrer l'existence d'un haze sous-épithélial et au niveau de l'interface donneur/receveur qui serait un facteur limitant la récupération de l'acuité visuelle en postopératoire [47, 59]. L'IVCM peut aussi identifier des modifications infracliniques après DMEK ( Descemet membrane endothelial keratoplasty ), comme un haze sous-épithélial, la présence de matériel en forme d'aiguille dans le stroma du receveur, ou encore la présence d'un haze et de particules au niveau de l'interface donneur/receveur [41]. L'IVCM représente donc un outil important pour évaluer la qualité de l'interface donneur/receveur dans le suivi postopératoire [60].
Limites
L'IVCM, pour être véritablement utile, doit être réalisée mais aussi interprétée par un opérateur expérimenté. Compte tenu de la taille des images (400 μm × 400 μm), un balayage de l'ensemble de la zone étudiée doit être réalisé. Enfin, la résolution actuelle et l'absence de coloration utilisable in vivo chez l'homme limitent l'exploration en IVCM de la cornée à une analyse morphologique en niveaux de gris.
Conclusion
La microscopie confocale in vivo est une technique non invasive qui offre des images à un niveau de résolution histologique de la cornée. Elle a aujourd'hui de très nombreuses applications cliniques. L'analyse précise des couches cellulaires, et cela malgré la présence d'un œdème cornéen, en fait un outil précieux dans l'étude de l'endothélium normal et pathologique. Dans le futur, cette technique pourra bénéficier du développement de colorants vitaux et de reconstructions en 2D et 3D.
6.4
Tomographie en cohérence optique plein champ

V. Borderie

Une technologie innovante
La tomographie en cohérence optique (OCT) est une modalité d'imagerie analogue à l'échographie, mais utilisant la lumière réfléchie à partir de structures à l'intérieur du tissu. L' OCT spectral domain (SD-OCT) est employé couramment en ophtalmologie pour imager le segment antérieur et le segment postérieur de l'œil. La résolution axiale est généralement de l'ordre de 5 μm et la résolution latérale de l'ordre de 10-20 μm.
La tomographie ou microscopie en cohérence optique plein champ ( full-field optical coherence microscopy [FFOCM]) est une variante de l'OCT conventionnel dans lequel les images 2D « en face » sont acquises par une caméra numérique et l'ensemble des données 3D peut être obtenu en scannant en profondeur [61]. Cette configuration et l'utilisation de sources de lumière blanche permettent une résolution axiale et transversale plus élevée que l'OCT conventionnel, de l'ordre de 1 μm. Aucun agent de contraste n'est requis car le contraste est entièrement endogène. La FFOCM peut donc effectuer une imagerie tridimensionnelle de résolution micrométrique non invasive dans des échantillons de tissus biologiques ex vivo frais ou fixés. Elle a été employée pour imager des tissus oculaires, dont la cornée, le cristallin et la rétine, aussi bien que la peau, le cerveau, le sein et les tissus digestifs [ [62] [63] [64] ]. En fournissant à la fois des images haute résolution en face et des sections transversales, elle fournit des informations sur la structure histologique et les détails cellulaires de la cornée.
L'appareil de FFOCM disponible (LLTech, France) a une profondeur de pénétration d'environ 200 μm dans le sclère et 1 000 μm dans la cornée [62]. Les images ont une taille de 1 024 × 1 024 pixels et la taille du champ exploré est de 780 μm × 780 μm, avec une résolution axiale et latérale de 1,6 μm × 1,0 μm. Une image correspond à une section cornéenne de 1 mm d'épaisseur. Cet appareil permet d'imager des tissus frais ex vivo, comme une cornée prélevée au cours d'une greffe. Il est actuellement en phase de développement clinique pour imager le segment antérieur de l'œil in vivo.
Aspects pathologiques
La membrane de Descemet est parfaitement visualisée par la FFOCM. Dans la dystrophie de Fuchs (fig. 6-13a-e
Fig. 6-13
Tomographie en cohérence optique en mode plein champ (a-d, g, h, i, k) et spectral domain (e, f, j) de trois cornées humaines prélevées lors d'une kératoplastie.La première cornée présente les signes de la dystrophie de Fuchs avec l'atteinte de la membrane basale épithéliale (a, b), une fibrose sous-épithéliale (a), des stries stromales marquées (c) et un épaississement irrégulier de la membrane de Descemet formant des gouttes (d). La deuxième cornée présente les signes de la dystrophie postérieure polymorphe avec des lésions complexes de la membrane de Descemet (g, h). La troisième cornée présente les signes de la kératopathie bulleuse du pseudophaque avec un épaississement descemétique marqué (i) et une fibrose sous-épithéliale (k). La résolution des imagesSD-OCT ne permet qu'une analyse de la structure du tissu cornéen quand la FFOCM permet une analyse histologique.
), la membrane de Descemet est hyperréflective, épaissie et irrégulière. Elle a l'aspect d'une bande épaissie composée de plusieurs zones hyper- ou hyporéflectives (zone antérieure lisse hyperréflective, zone moyenne hyporéflective, et zone postérieure hyper-réflective ondulée et irrégulière correspondant à la couche des gouttes). Elle peut prendre un aspect multistratifié. L'augmentation de l'épaisseur descemétique est diffuse et assez homogène. L'épaisseur cornéenne est augmentée. L'atteinte épithéliale est parfaitement visualisée par la FFOCM.
Dans la dystrophie postérieure polymorphe (fig. 6-13f,h), les coupes montrent des cratères dans la structure de la Descemet, un épaississement très inhomogène et des ruptures de la membrane de Descemet, une augmentation de l'épaisseur cornéenne.
Dans la kératopathie bulleuse du pseudophaque (fig. 6-13i,k), les coupes permettent de visualiser l'épaississement de la membrane de Descemet, l'œdème et la fibrose sous-épithéliale et/ou stromale. L'épaisseur cornéenne centrale est augmentée.
Des coupes en face et transversales permettent de visualiser d'autres caractéristiques de ces pathologies, notamment les stries stromales qui sont obliques et hyporéflectives et la fibrose descemétique qui est hyperréflective. Les stries stromales sont des ondulations des lamelles de collagène riches en collagène VI et protéoglycanes [65]. Elles sont associées au comportement biomécanique viscoélastique de la cornée. Leur visibilité est augmentée dans les œdèmes de cornée.
La première technique de mesure de la transparence cornéenne
Mesurer in vivo la transparence cornéenne n'est actuellement pas réalisable en pratique car on ne peut pas mettre de capteur en arrière de la cornée. L'analyse des images OCT de la cornée permet de quantifier la transparence cornéenne [66]. En effet, le signal OCT décroît de manière exponentielle en fonction de l'épaisseur de la cornée. Cette décroissance est une fonction du libre parcours moyen des photons dans la cornée qui est une mesure du degré de transparence du tissu. Ce libre parcours correspond à la distance probabiliste que l'onde lumineuse peut parcourir dans la cornée sans être diffusée. Mathématiquement, le signal OCT rétrodiffusé par le stroma cornéen est une fonction exponentielle de –(z/ls ), où z est la profondeur dans le tissu cornéen et ls le libre parcours moyen des photons. Pour l'évaluation des images OCT, celles-ci sont analysées par une fonction mathématique pour leur homogénéité. Les images inhomogènes correspondent aux cornées qui présentent des opacités stromales. Celles-ci sont évaluées qualitativement. Pour les images homogènes, le libre parcours moyen peut être calculé, ce qui permet de quantifier le degré de transparence de la cornée. Cette technique est applicable pour les images de FFOCM ex vivo [67]. Elle est en cours de développement pour les images SD-OCT in vivo.
6.5
Imagerie de la cornée par microscopie par cohérence optique Gabor-domain (GD-OCM)

C. Canavesi,

J.P. Rolland

La microscopie par cohérence optique Gabor-domain ( Gabor-domain optical coherence microscopy [GD-OCM], LighTopTech Corp., West Henrietta, États-Unis) est une technique d'imagerie non invasive avancée qui permet une visualisation de la cornée en trois dimensions avec résolution au niveau cellulaire sur un grand champ de vision [ [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] ]. Combinée avec des techniques avancées de traitement de l'image et d'apprentissage machine, la GD-OCM a récemment fait preuve de nouvelles capacités d'imagerie et de quantification de structures cellulaires de la cornée in vivo, incluant les kératocytes, les nerfs, les cellules épithéliales et endothéliales, suivant une modalité d'imagerie sans contact et sans marquage [74].
Les techniques d'imagerie non invasives, qui comprennent l'échographie, la tomographie par cohérence optique ( optical coherence tomography [OCT]), la microscopie spéculaire et la microscopie confocale, sont utilisées en routine dans des applications cliniques pour apporter des informations sur la morphologie structurelle des tissus. Ces méthodes nécessitent un compromis entre la résolution spatiale et la profondeur de l'imagerie, comme le montre la figure 6-14
Fig. 6-14
Techniques d'imagerie non invasives utilisées pour l'imagerie de la cornée.L'échographie et la tomographie par cohérence optique (OCT) souffrent d'une résolution latérale insuffisante pour l'imagerie cellulaire, tandis que la microscopie confocale (MC) et la microscopie spéculaire (MS) souffrent d'une profondeur d'imagerie limitée dans les tissus et d'un champ de vision restreint. La microscopie par cohérence optique Gabor-domain (GD-OCM) a été conçue pour atteindre un compromis entre résolution transversale et profondeur de champ.
, sur laquelle l'espace d'application est présenté à l'échelle logarithmique pour les deux principaux paramètres : la résolution transversale et la profondeur d'imagerie.
La GD-OCM s'appuie : 1) sur les concepts de l'OCT, 2) sur la microscopie avec technologie de lentille liquide pour recentrer les optiques sans parties mobiles, et 3) sur les techniques du traitement des images pour combiner plusieurs images en un volume unifié avec une résolution de l'ordre du micromètre. La GD-OCM a été proposée pour élargir la profondeur de l'imagerie de la microscopie par cohérence optique (MCO), qui est limitée à 100 à 200 μm, à l'échelle du millimètre, tout en maintenant constante la résolution cellulaire sur un champ de vision de 1 mm2 en combinant la résolution axiale élevée de l'OCT et la résolution latérale élevée de la synchronisation en microscopie confocale [68, 75, 76]. Une lentille liquide a été incorporée dans un objectif bio-inspiré pour refaire le point de manière dynamique à divers emplacements en profondeur jusqu'à 2 mm pour acquérir des images multiples qui sont ensuite combinées en un seul volume, avec une résolution constante de 2 μm en 3D [ [77] [78] [79] ].
Un schéma du système de GD-OCM est présenté dans la figure 6-15a
Fig. 6-15
a. Schéma du microscope par cohérence optique Gabor-domain (GD-OCM). b. Microscope GD-OCM utilisé en mode sans contact pour l'imagerie de tissu cornéen à l'intérieur d'une chambre de visualisation.CMOS: complementary metal oxide semiconductor (semi-conducteur à oxyde de métal complémentaire) ; MEMS: microelectromechanical systems (microsystèmes électromécaniques).
. Le système de GD-OCM est une variante à haute résolution transversale de l'OCT spectral domain et il fonctionne à une longueur d'onde centrale de 840 nm. La figure 6-15b représente en détail le microscope GD-OCM utilisé pour l'imagerie du tissu cornéen à l'intérieur d'une chambre de visualisation sans contact avec l'échantillon.
Lors de l'évaluation des images, les vues en 3D apportent des informations supplémentaires sur la morphologie tissulaire (figure 6-16
Fig. 6-16
Images de GD-OCM d'une cornée humaine ex vivo (champ de vision de 1mm2) obtenue à travers une chambre de visualisation utilisée pour la conservation de tissu cornéen dans les banques de cornées.a. Vue en 3D. b. Image transversale sur toute la profondeur montrant les couches cornéennes: EP: épithélium ; MB: membrane de Bowman ; ST: stroma ; MD: membrane de Descemet ; EN: endothélium. c. Vue de face de l'épithélium. d. Vue «en face » de la transition entre le stroma et l'endothélium avec cellules endothéliales visibles. Les barres représentent 100μm.
) ; les vues « en face » sont utiles pour visualiser les structures cellulaires, comme les cellules épithéliales et endothéliales (figure 6-16c,d). Diverses mesures peuvent être prises sur les images de GD-OCM en 3D afin d'extraire les paramètres pertinents, par exemple quantification de l'épaisseur des différentes sous-couches du tissu et estimation des densités cellulaires [80].
Les références peuvent être consultées en ligne à l’adresse suivante
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