La baisse de vue détectée par des algorithmes

« L’Organisation mon­diale de la san­té [OMS] estime que 80 % des céci­tés sont évi­tables, explique Maëlle Vil­bert, doc­to­rante à l’École poly­tech­nique (IP Paris). Aujourd’hui, plus de 10 mil­lions de per­sonnes dans le monde sont affec­tées par un han­di­cap visuel dû à la perte de trans­pa­rence cor­néenne ». Bien que devan­cée par la cata­racte, cor­res­pon­dant à l’opacification du cris­tal­lin, et le glau­come, lié à une pres­sion intrao­cu­laire trop impor­tante, la perte de la trans­pa­rence cor­néenne reste une des sources prin­ci­pales de la dégra­da­tion, voire la baisse – voire la perte totale – de la vision.

L’œil est un des organes les plus com­plexes du corps humain. Pour son bon fonc­tion­ne­ment, et donc pour une vision claire, il doit être com­po­sé de plu­sieurs élé­ments sains. Néan­moins, avec l’âge, ces élé­ments se dégradent chez bon nombre de per­sonnes. Ain­si, même si les causes de céci­té sont diverses et variées, une des causes prin­ci­pales se trouve dans l’opacification de la cor­née. Cette len­tille natu­rel­le­ment trans­pa­rente, qui recouvre l’iris à l’avant de l’œil, per­met le pas­sage de la lumière. Son opa­ci­fi­ca­tion affecte direc­te­ment la vision d’une per­sonne — un phé­no­mène qui touche envi­ron 10 mil­lions de per­sonnes dans le monde. 

L’opacification de l’œil est un phé­no­mène qui touche envi­ron 10 mil­lions de per­sonnes dans le monde.

À l’heure actuelle, la greffe de cor­née est le type de trans­plan­ta­tion le plus répan­du dans le monde. Si elle reste inévi­table pour trai­ter les stades avan­cés d’opacification cor­néenne, il est sou­hai­table de l’anticiper. En effet, au-delà des risques liés à l’opération, il existe une grave pénu­rie de gref­fons cor­néens à l’échelle mon­diale, avec une moyenne de 1 cor­née don­née pour 70 néces­saires. Selon Maëlle Vil­bert, les outils cli­niques d’évaluation de la trans­pa­rence cor­néenne res­tent qua­li­ta­tifs et/ou opé­ra­teur-dépen­dants, ce qui ne per­met ni un diag­nos­tic pré­coce ni un sui­vi quan­ti­ta­tif des patho­lo­gies cor­néennes. « Les images de tomo­gra­phie par cohé­rence optique (OCT) sont ana­ly­sées à l’œil nu par les pra­ti­ciens et les pra­ti­ciennes, explique la cher­cheuse, il n’existe pas de méthode stan­dar­di­sée per­met­tant d’extraire des pro­prié­tés direc­te­ment liées au tis­su. Ce qui laisse place à la sub­jec­ti­vi­té du méde­cin. Si le pro­blème est sub­til, il ou elle ne pour­ra pas for­cé­ment le voir. »

« Pour autant, cette méthode d’imagerie enre­gistre l’image de chaque cor­née ayant été exa­mi­née, pré­cise Maëlle Vil­bert, ce qui nous four­nit une énorme base de don­nées. » La doc­to­rante tra­vaille, pour son sujet de thèse, sur ces don­nées afin de déve­lop­per une méthode d’analyse d’images per­met­tant une mesure phy­sique de la trans­pa­rence cor­néenne, afin de s’affranchir des poten­tiels biais d’interprétation des images. 

Un tis­su trans­pa­rent reste peu com­mun dans la nature, mais cette carac­té­ris­tique de la cor­née s’explique. Le stro­ma est un tis­su conjonc­tif qui repré­sente 90 % de l’épaisseur de la cor­née. Il est com­po­sé de fibrilles de col­la­gène nano­mé­triques dont le dia­mètre et l’espacement au sein de lamelles stra­ti­fiées tra­duisent une orga­ni­sa­tion loca­le­ment ordon­née. Cet ordre local donne lieu à des inter­fé­rences des­truc­tives dans le tis­su dans toutes les direc­tions de l’espace sauf en trans­mis­sion directe, d’où la remar­quable trans­pa­rence de la cor­née. Seul le signal lumi­neux direc­te­ment trans­mis par la cor­née et par le cris­tal­lin per­met la for­ma­tion d’images sur la rétine.

« Une onde lumi­neuse peut être soit trans­mise, soit absor­bée, soit dif­fu­sée par un milieu, indique Maëlle Vil­bert, et la cor­née n’absorbe rien, donc soit elle trans­met la lumière, soit elle la dif­fuse. À par­tir du moment où les phé­no­mènes de dif­fu­sion deviennent trop impor­tants, la cor­née s’opacifie et sa trans­pa­rence est per­due. » C’est donc cette orga­ni­sa­tion ordon­née des fibrilles de col­la­gène com­po­sant le stro­ma qui rend pos­sible la trans­pa­rence cor­néenne. Si sa com­po­si­tion vient à se désor­don­ner, comme c’est le cas dans la sclère — le « blanc de l’œil » — dont le dia­mètre des fibrilles de col­la­gène n’est pas constant, la lumière n’est plus direc­te­ment trans­mise dans l’œil. « L’œdème cor­néen est l’une des causes d’opacification, ajoute la doc­to­rante, car il pro­voque l’apparition d’interstices aqueux micro­mé­triques entre les lamelles de col­la­gène du stro­ma, sou­vent appe­lés “lacs”, qui dif­fusent la lumière inci­dente. »

Le pro­jet de Maëlle Vil­bert se base sur l’hypothèse d’un stro­ma cor­néen homo­gène afin de carac­té­ri­ser sa trans­pa­rence à l’aide de para­mètres phy­siques. « Un milieu hété­ro­gène cau­se­rait des varia­tions locales de l’atténuation du signal OCT, explique la cher­cheuse. En vali­dant sta­tis­ti­que­ment l’homogénéité du stro­ma cor­néen, nous pou­vons quan­ti­fier sa trans­pa­rence à l’aide d’un unique pour­cen­tage de lumière cohé­rente trans­mise. L’objectif étant de stan­dar­di­ser les méthodes d’analyse des images tirées de l’OCT. Cela per­met de faire la dis­tinc­tion entre une cor­née nor­male et une cor­née patho­lo­gique fai­ble­ment dif­fu­sante, dif­fi­ci­le­ment repé­rable avec les outils cli­niques actuels. »

Les cor­nées patho­lo­giques pré­sen­tant des opa­ci­tés locales ne peuvent cepen­dant pas don­ner lieu au cal­cul d’un unique para­mètre de trans­pa­rence. « Nous avons par ailleurs adop­té une approche de clas­si­fi­ca­tion auto­ma­tique des images cli­niques afin de détec­ter cer­taines inflam­ma­tions cor­néennes, comme dans la dys­tro­phie de Fuchs ou le haze­cor­néen post-chi­rur­gie réfrac­tive. Les modèles d’IA, s’ils sont judi­cieu­se­ment entraî­nés, peuvent détec­ter des pro­blèmes que l’humain ne ver­rait pas à l’œil nu. »

Par­mi les dif­fé­rents para­mètres ayant ser­vi à entraî­ner le modèle d’IA uti­li­sé par l’équipe, l’un d’eux (« sig­ma ») pré­sente à lui seul une pré­ci­sion de clas­si­fi­ca­tion de 93 % : il tra­duit l’étendue en pro­fon­deur de la zone enflam­mée. Les 8 autres para­mètres font mon­ter la pré­ci­sion de clas­si­fi­ca­tion à 97 %. « Ces para­mètres res­tent inter­pré­tables par les pra­ti­ciens, insiste la doc­to­rante, ce qui est essen­tiel pour leur accueil favo­rable de ce genre d’outils numé­riques d’aide au diag­nos­tic. » Les méde­cins pour­raient ain­si se ser­vir de cette IA pour détec­ter cer­tains symp­tômes de manière pré­coce, sur­tout quand ils ne sont pas visibles à l’œil nu, et assu­rer un sui­vi dans le temps pour une meilleure prise en charge des patients.

Les modèles d’IA, s’ils sont judi­cieu­se­ment entraî­nés, peuvent détec­ter des pro­blèmes que l’humain ne ver­rait pas à l’œil nu.

Les méthodes déve­lop­pées par cette équipe consti­tuent des outils com­plé­men­taires au diag­nos­tic tra­di­tion­nel par lampe à fente et OCT. Pou­voir éva­luer la trans­pa­rence de la cor­née avec une telle pré­ci­sion dans le pour­cen­tage don­né per­met de repé­rer très rapi­de­ment les situa­tions poten­tiel­le­ment patho­lo­giques. Cela per­met aus­si d’établir un sui­vi dans le temps effi­cace, car quan­ti­ta­tif. Ain­si, il serait pos­sible d’intervenir tôt et d’éviter le recours à des trai­te­ments inva­sifs tels que la trans­plan­ta­tion cornéenne. 

« Il y a un véri­table enjeu dans cette tech­nique d’analyse, explique Maëlle Vil­bert, étant don­né le vieillis­se­ment de la popu­la­tion et les 80 % de céci­tés évi­tables. Avec un diag­nos­tic plus pré­cis, sur le moment comme à long terme, il y a une pré­ven­tion plus effi­cace et une meilleure prise en charge des patients. » D’autant que l’outil conçu par la cher­cheuse et son équipe est, par son auto­ma­ti­sa­tion, simple d’utilisation. Ain­si, après une brève for­ma­tion, le diag­nos­tic de la trans­pa­rence cor­néenne est abor­dable par des per­sonnes non expertes dans le domaine.

Ces méthodes cou­plant l’IA avec la phy­sique de la pro­pa­ga­tion de la lumière dans les tis­sus humains pré­sentent un poten­tiel pro­met­teur pour la concep­tion d’outils d’aide au diag­nos­tic cli­nique. Elles pour­raient, par exemple, être trans­fé­rées au diag­nos­tic et au sui­vi de la cata­racte, patho­lo­gie consti­tuant plus de la moi­tié des han­di­caps visuels dans le monde. 

Pablo Andres

Pour aller plus loin :

La thèse de Maëlle Vil­bert, pour com­prendre tous les détails de sa recherche : https://www​.theses​.fr/s242473