Brevet FR2997618A1 — publié le 20140509

Dispositif et procédé pour détecter et mesurer l'asymétrie oeil droit - oeil gauche entre les zones sans cônes bleus de la fovéa de chaque rétine chez l'humain 10 1. Domaine de l'invention Bien que l'absence de cônes bleus au centre de la fovéa de chaque oeil ait été montrée indirectement par de nombreux auteurs comme Wald notamment en 1964 (G. Wald, The molecular basis of visual excitation, Nobel lecture (1967)), il a fallu attendre les années 1990 pour que Hendrickson et son groupe (C. A. Curcio, K A. Allen, K R. Sloan, C. L. Lerea, J. B. 15 Hurley, LB. Klock, A. H Milam, Distribution and morphology of human cone photoreceptors stained with anti-blue opsin, Journal of Comparative Neurology, 312, 610-624 (1991), K Bumsted, A. Hendrickson, Distribution and development of short-wavelength cones difièr between macaca monkey and human fovea, Journal of Comparative Neurology, 403, 502-516 (1999), E. E. Cornish, A. E. Hendrickson, J M Provis, Distribution of short-wavelength- 20 sensitive cones in human Jetai and postnatal retina: Early development of spatial order and density profile, Vision Research, 44, 2019-2026 (2004)) prouve par une observation directe, obtenue grâce à des marqueurs spécifiques des cônes bleus, la réalité de cette petite zone quasi-circulaire sans cônes bleus, de l'ordre de 100 pan de diamètre au centre de chaque fovéa. Cette absence de cônes bleus au centre de la fovéa permet d'éviter la dispersion chromatique dans le 25 bleu et d'optimiser ainsi l'acuité visuelle de l'ceil, qui est maximale dans cette zone. La preuve directe ne peut se faire que de façon post mortem, en prélevant sans les détériorer les rétines et en les observant au microscope après une coloration spécifique des cônes bleus. Hélas, cette technique n'a pas permis d'observer une éventuelle asymétrie droite-gauche entre deux rétines d'une même personne. Aujourd'hui, l'observation séparée, pour chaque oeil, de la symétrie circulaire ou de dissymétrie du type ellipse déformée pour chacune de ces deux zones, pour chaque individu, reste hors de portée des techniques classiques. Cette éventuelle asymétrie oeil droit - oeil gauche des deux zones sans cônes bleus n'a, à notre connaissance, jamais été observée ni mesurée par aucune technique. 2. Etat de l'art antérieur 2.1 Rappel sur le centre de la rétine et la distribution des cônes bleus De nombreuses observations et descriptions de la « tache de Maxwell » ont été faites depuis l'article original de Maxwell (J. C. Maxwell, On the une qual sensibility of the foramen centrale to light of different colours, Athenaeum, 1505, 1093 (1856)). En particulier la cause physique à l'origine de cette image dite entoptique (qui ne correspond à aucun objet réel) reste discutée. A la suite de Maxwell, de nombreux auteurs ont attribué l'origine de cette image entoptique apparaissant au centre de la fovéa sous un angle d'environ 30, à l'existence d'un pigment jaune au niveau de la fovéa. D'autres auteurs l'attribuent à la distribution des trois types de cônes rouges, verts et bleus dans cette région de la rétine. En particulier les cônes bleus, contrairement aux cônes rouges et verts, présentent une distribution spécifique. En effet l'absence de cônes bleus dans une petite zone de l'ordre de la centaine de microns, au centre même de la fovéa, a été envisagée notamment par Wald dès 1964. Mais il faudra attendre les années 1990 et les travaux de Hendrickson et de Curcio pour avoir une preuve directe de cette absence de cônes bleus au centre de la fovéa. En effet ces auteurs ont réussi à colorer spécifiquement les cônes bleus sur des rétines prélevées post mortem. Divers autres auteurs ont depuis repris l'étude de la tache de Maxwell en tenant compte de l'absence de cônes bleus pour corriger et contrôler l'amblyopie (par exemple S. Magnussen, L. Spillmann, F. Stürzel, J S. Werner, Unveiling the foveal blue scotoma through an afterimage, Vision Research, 377-383 (2004)). Cependant, à notre connaissance, aucun auteur ne semble avoir observé avec leurs techniques l'asymétrie oeil droit - oeil gauche pour les deux zones sans cônes bleus, dans la vision humaine. C'est précisément à cette asymétrie droite-gauche que nous nous intéressons ici grâce à notre technique. 2.2 Inconvénients des techniques de l'art antérieur Bien que l'art antérieur n'aie pas permis, à notre connaissance, de détecter l'asymétrie oeil droit - oeil gauche, l'observation des cônes de la fovéa a retenu l'attention de nombreux auteurs. L'observation des cônes de la fovéa se révèle très délicate. La technique développée par Roorda et Williams (A. Roorda, D. R. Williams, Optical fiber properties of individual human cones, Journal of Vision, 2, 404-412 (2002)) a permis de différentier, pour un observateur donné, la signature des trois types de cônes rouges verts et bleus. Cette étude porte sur l'ensemble de la rétine, mais n'a pas attaché une importance particulière au centre de la fovéa. Par contre, les méthodes de coloration directe faites par Hendrickson et Curcio sur les rétines prélevées post mortem ont permis de mieux cerner la distribution des cônes bleus. Hélas cette technique ne s'applique d'une part que de façon post-mortem et d'autre part, la récupération par cette technique de la membrane rétinienne non déformée est délicate comme indiqué par Hendrickson. Ces auteurs n'ont donc pas pu explorer une éventuelle asymétrie droite-gauche pour les deux rétines d'un même patient. 3. Objectifs de l'invention Le but de notre dispositif est donc de relever, in vivo, par un test non invasif, les formes relatives réelles de ces deux petites zones sans cônes bleus, dans la mosaïque des différents 25 cônes rouges, verts et bleus présents dans chaque fovéa de nos deux yeux. Pour cela nous proposons d'utiliser seulement la partie centrale de ce qu'il est convenu d'appeler la « tache de Maxwell » observée par Maxwell dès 1856. Cette tache de Maxwell s'observe usuellement comme une image entoptique. Si on regarde le ciel à l'infini à travers un filtre bleu, elle se compose d'une petite tache grosso-modo circulaire sous tendant un angle d'ouverture d'environ 25 à 30' selon les individus, entourée d'une couronne de couleur légèrement différente, plus claire, d'ouverture pouvant aller jusqu'à 3°. Ici seule la partie centrale de la tache de Maxwell correspondant à une ouverture angulaire de 25 à 30' importera. Cette région n'est pas liée à la présence de pigment jaune au niveau de la fovéa, comme suggéré par Maxwell à l'époque, mais résulte tout simplement de l'absence de cônes bleus au centre de la fovéa, ce qui nous intéresse ici, et qui a été prouvé plus récemment notamment par Hendrickson et son groupe dans les années 1990. Ces dernières années divers auteurs ont utilisé et étudié la tache de Maxwell (S. Magnussen, L. Spillmann, F. Stürzel, J S. Werner, Unveiling the foveal blue scotoma through an afterimage, Vision Research, 377-383 (2004)) mais sans remarquer l'asymétrie entre les deux taches centrales d'environ 100 lm de diamètre associées à chaque oeil pour une personne donnée (asymétrie droite-gauche). C'est le but de notre technique d'atteindre un niveau de précision capable de détecter cette asymétrie droite-gauche. Le relevé de la forme de chaque zone sans cônes bleus pour chaque oeil, et notamment l'asymétrie droite-gauche constitue ici l'objectif principal. Rappelons que dans notre vision binoculaire, comme notre cerveau reçoit toujours deux images légèrement différentes venant de chacun des deux yeux, il doit privilégier l'image venant d'un seul oeil : l'oeil dominant. L'image venant du deuxième oeil (l'oeil non-dominant) associée à celle de l'oeil dominant permet la vision 3D, c'est-à-dire d'apprécier les distances des yeux à un objet donné. La stabilité de cette dominance oculaire peut être cruciale, par exemple pour l'apprentissage de la lecture (S. Franceschini, S. Gori, M Ruffino, K Pedrolli, A Facoetti, A causal link between spatial attention and reading acquisition, Current biology, 22, 1-6 (2012)). Notre technique va permettre de montrer que les deux zones dépourvues de cônes bleus ne sont normalement jamais identiques. l'oeil dominant correspond toujours à une zone quasi-circulaire et l'oeil non-dominant correspond à une zone plutôt elliptique, avec des contours irréguliers. C'est la cartographie comparative de ces deux zones que nous souhaitons relever avec notre dispositif, de façon à qualifier et déterminer la dominance oculaire et sa stabilité chez chaque personne. Rappelons qu'environ 65 % des humains ont une dominance droite, 34 % une dominance gauche et 1 à 2 % une dominance indéterminée. La stabilité de ces dominances peut être cruciale dans l'apprentissage de la lecture notamment. 4. Caractéristiques principales de l'invention Le système proposé permet d'abord d'optimiser, pour chaque oeil, l'observation, de l'image entoptique résultant de la petite zone sans cônes bleus. En particulier, un déplacement latéral d'un double filtre bleu et vert permet d'observer une image vert clair à travers le filtre vert et d'obtenir un profil contrasté. Une deuxième technique utilisant le déplacement axial d'un seul filtre bleu coupant les longueurs d'onde au-delà de 500 nm permettra de lever toute ambiguïté sur l'absence de cônes bleus en observant une tache rose, complémentaire du bleu, signature claire d'une zone sans cônes bleus et servira de plus de contrôle pour les contours relevés En effet le système permet le relevé des contours pour chaque zone sans cônes bleus, pour chaque oeil, grâce à la juxtaposition au niveau d'un écran du contour tracé par l'observateur à l'aide d'une tablette graphique, et de l'image entoptique due à la zone sans cônes bleus. Le système permet donc de détecter l'asymétrie oeil droit - oeil gauche et de plus d'attribuer alors un coefficient d'ellipticité à chacune des zones. 5. Listes des figures Les objectifs, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description des dessins annexés, parmi lesquels : - la figure la représente le schéma général du dispositif et illustre les potentialités de la méthode différentielle utilisée. - la figure lb représente le résultat type observé par la personne à soumettre à essai, quand le filtre vert remplace le filtre bleu. - la figure 2 montre les spectres de transmission (21) et (22) respectivement des filtres bleu et vert utilisés. - la figure 3a montre le dispositif de contrôle inséré dans le dispositif décrit à la figure la. - la figure 3b montre le résultat obtenu avec le dispositif de contrôle - la figure 4a montre des fovéagrammes types obtenus, pour l'oeil dominant, avec le test 10 principal. - la figure 4b montre des fovéagrammes types obtenus, pour l'oeil dominant, avec le test de contrôle. - la figure 5a montre des fovéagrammes types obtenus, pour l'oeil non-dominant, avec le test principal. 15 - la figure 5b montre des fovéagrammes types obtenus, pour l'oeil non-dominant, avec le test de contrôle. - la figure 6 montre 3 types principaux de fovéagrammes, observés à l'échelle de la rétine, et le lien avec la dominance oculaire respective de chaque observateur. 20 La présente invention va être décrite ci-après conformément aux dessins. 6. Description détaillée d'un exemple de réalisation - La figure la représente le schéma général du dispositif et illustre les potentialités de la méthode 25 différentielle utilisée. Le dispositif comprend une source intense (11) émettant une lumière blanche qui éclaire un écran dépoli (12), avec un spectre allant du bleu au rouge, très voisin de celui émis par un ciel bleu. Cet écran est placé à la sortie d'un système conique (13) de longueur 2 m, permettant d'observer une image entoptique de l'ordre de 2 cm de diamètre au niveau de l'écran. Cette image entoptique circulaire ou elliptique correspond à une ouverture de 25 à 30' mesurée pour la tache centrale de la fovéa correspondant à la zone sans cônes bleus. L'observateur (16) déplace latéralement un double filtre, bleu (14) sur une partie d'environ 5 cm x 5 cm et vert (15) sur une deuxième partie de mêmes dimensions dont les transmissions respectives (21) et (22) sont reportées sur la figure 2. Au niveau de l'écran dépoli (12), la personne à soumettre à essais voit, d'une part, l'image entoptique (110) due à la zone sans cônes bleus et, d'autre part, le contour de l'image entoptique (111) qu'il a relevé, à partir de son observation de l'image entoptique, à l'aide de la tablette graphique (19) reliée à un ordinateur (18), lui-même relié à un petit écran d'ordinateur (17) placé au niveau de l'écran dépoli (12). - La figure lb représente le résultat type observé par la personne à soumettre à essais sur l'écran (12) placé à 2 m, c'est à dire les pourtours juxtaposés de la zone réelle sans cônes bleus et du profil calibré relevé à l'aide de la tablette graphique. Quand le filtre vert remplace rapidement le filtre bleu, la zone sans cônes bleus apparaît comme un disque vert clair (110) sur un fond vert (112). - La figure 2 montre les spectres de transmission (21) et (22) respectivement des filtres bleu (14) et vert (15) utilisés. - La figure 3a montre le dispositif de contrôle inséré dans le dispositif décrit à la figure la. Cette fois un filtre bleu seul (31), de préférence circulaire avec un diamètre de l'ordre de 5 cm, est déplacé grâce à une glissière (32) suivant l'axe du dispositif sur une distance d'environ 20 cm. - La figure 3b montre le résultat obtenu pour ce contrôle, l'image entoptique (33) apparaît alors rose (complémentaire du bleu) quand le filtre bleu est en position éloignée de le tout sur un fond bleu (34). En position rapprochée, cette tache redevient sombre. La dimension de la tache rose doit être identique à la tache verte (110) précédemment relevée. - La figure 4a montre des fovéagrammes types obtenus, pour l'oeil dominant, avec le test principal : taches sombre (41) sur un fond bleu (43) et vert clair (110) sur un fond vert (112) observées par échange rapide des filtres bleu (14) et vert (15) ainsi que le profil (111) relevé à la tablette par juxtaposition d'images au niveau de l'écran. - La figure 4b montre des fovéagrammes types obtenus, pour l'oeil dominant, avec le test de contrôle : taches sombre (42) sur un fond bleu (34) et rose (33) sur un fond bleu (34) observées avec le filtre bleu seul (31) déplacé selon l'axe du dispositif, les deux observations se faisant ici sur fond bleu. L'image rose doit confirmer les dimensions du profil (111) relevé dans le test principal. - La figure 5a montre des fovéagrammes types obtenus, pour l'oeil non-dominant, avec le test principal : taches sombre (51) sur un fond bleu (43) et vert clair (52) sur un fond vert (112) déformées observées par échange rapide des filtres bleu et vert ainsi que le profil (53) relevé à la tablette par juxtaposition d'images au niveau de l'écran. - La figure 5b montre des fovéagrammes types obtenus, pour l'oeil non-dominant, avec le test de contrôle : taches sombre (54) sur un fond bleu (34) et rose (55) sur un fond bleu (34) déformées observées avec le filtre bleu seul (31) déplacé selon l'axe. L'image rose doit confirmer les dimensions du profil relevé dans le test principal. - La figure 6 montre 3 types principaux de fovéagrammes, observés à l'échelle de la rétine, et le lien selon la dominance oculaire respective de chaque observateur. La figure 6a montre les résultats obtenus pour un observateur 1 qui a un oeil droit avec un taux d'ellipticité t = 1 (62) et un oeil gauche avec "C = 0.6 (61) (le taux d' ellipticité est défini comme le rapport entre le petit axe et le grand axe de l'ellipse). Conclusion : l'observateur 1 a un oeil droit dominant La figure 6b montre les résultats obtenus pour un observateur 2 qui a un oeil gauche avec un taux d'ellipticité = 1 (63) et un oeil droit avec un taux d'ellipticité t = 0.5 (64). Conclusion : cet observateur a un 25 oeil gauche dominant. La figure 6c montre les résultats obtenus pour un observateur 3 qui mesure le même taux d'ellipticité 1 pour l'oeil gauche (65) et l'oeil droit (66). Conclusion : cet observateur présente une dominance oculaire instable. De manière préférentielle, le procédé selon l'invention consiste en un procédé pour mesurer l'asymétrie oeil droit - oeil gauche pour tout observateur, c'est-à-dire de mesurer séparément pour chaque oeil, la symétrie (circulaire) ou la dissymétrie (forme elliptique) de la zone centrale de chaque fovéa dépourvue de cônes bleus. Chaque oeil exposé alternativement au bleu et au vert perçoit la zone sans cônes bleus tour à tour sombre et vert clair, soit avec un contour circulaire (62), soit avec un contour elliptique (61). Le procédé de la présente invention comporte les étapes suivantes : - Chaque oeil fixe tour-à-tour l'écran lumineux du dispositif selon les revendications 1 et 2, placé de façon à voir, pour l'oeil dominant, une tache circulaire dans la gamme centimétrique (41) (110), et pour l'oeil non-dominant une tache elliptique déformée (51) (52), elle aussi dans la gamme centimétrique. - La personne soumise à essais utilise la tablette graphique pour relever les contours des deux zones sans cônes bleus pour chacun des deux yeux, obtenant ainsi le fovéagramme pour chacun de ses yeux. - L'ordinateur (18) calcule, à partir des fovéagrammes, le taux d'ellipticité, défini comme le rapport de la longueur du petit axe sur celle du grand axe pour l'ellipse moyenne, pour chacun des deux yeux et mesure l'écart entre les deux taux d'ellipticité. Le procédé comporte également une étape d'affichage qui permet de fournir, à un moment donné, à chaque observateur, une cartographie personnalisée, pour les deux yeux, de la zone sans cônes bleus au centre de chaque fovéa avec ses dimensions réelles.25 La comparaison du contour de la tache réelle et de la tache relevée par la tablette graphique peut se faire directement grâce à un verre transparent dit à affichage à « réalité augmentée ». De même, le déplacement du filtre bleu supplémentaire (31) peut être automatisé et réalisé par un moteur électrique. La commande peut être optimisée en fréquence et en temps, un arrêt de 5 quelques secondes pouvant être imposé aux extrémités du déplacement pour faciliter l'observation. Enfin, l'invention concerne : - l'utilisation du dispositif et du procédé ci-dessus décrits pour détecter chez l'enfant les instabilités de dominance oculaires impliquées dans les dyslexies d'origine oculaire et dans 10 d'autres troubles de la vision, et - l'utilisation du dispositif et du procédé ci-dessus décrits pour proposer de nouvelles techniques de correction et suivre l'évolution au cours des années de l'état des rétines au centre de la fovéa. La description précédente ne fournit que les modes de réalisation préférés de la présente 15 invention et n'est destinée en aucune manière à limiter la présente invention. Toute invention ou procédé pour mesurer la dissymétrie oeil droit - oeil gauche des zones sans cônes bleus des rétines, doit être inclus dans la portée de la présente invention. 20 25 REVENDICATIONS1. Dispositif pour détecter et mesurer l'asymétrie oeil droit - oeil gauche entre les zones sans cônes bleus de la fovéa de chaque rétine caractérisé en ce qu'il comporte : - Un écran lumineux (12) éclairé par une source (11) dont le spectre lumineux et l'intensité correspondent le mieux possible à ceux d'un ciel bleu. - Un double filtre, bleu sur une première partie (14) et vert sur une deuxième partie de mêmes dimensions (15), que la personne soumise à essais déplacera latéralement pour optimiser la visualisation de cette petite zone sans cônes bleus. - Une tablette graphique (19) reliée à un ordinateur (18) lui-même relié à un petit écran d'ordinateur (17) placé au niveau de l'écran d'observation (12) permet de comparer en temps réel, la tache observée par l'oeil et le contour tracé et retenu par l'observateur lui-même, la tache observée et le contour étant juxtaposés côte à côte au niveau de l'écran. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, un filtre bleu supplémentaire (31), coupant les longueurs d'onde au delà du bleu, et apte à se déplacer devant l'ceil, sur l'axe du dispositif grâce à une glissière (32). Ce deuxième filtre donnant sur l'écran successivement une tache sombre et rose, permet de contrôler la qualité des contours obtenus avec le dispositif des filtres bleu et vert précédents. 3. Procédé pour mesurer l'asymétrie oeil droit - oeil gauche pour tout observateur mettant en oeuvre le dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer séparément pour chaque oeil, la symétrie (circulaire) ou la dissymétrie (forme elliptique)de la zone centrale de chaque fovéa dépourvue de cônes bleus, et caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - On éclaire l'écran lumineux (12) par une source (11) dont le spectre lumineux et l'intensité correspondent le mieux possible à ceux d'un ciel bleu. - On déplace latéralement le double filtre, bleu sur une première partie (14) et vert sur une deuxième partie de mêmes dimensions (15) pour optimiser la visualisation de cette petite zone sans cônes bleus. - On utilise une tablette graphique (19) pour relever les contours des deux zones sans cônes bleus pour chacun des deux yeux, obtenant ainsi le fovéogramme pour chacun de ses yeux : pour l'oeil dominant, une tache circulaire dans la gamme centimétrique (41) (110), et pour l' oeil non- dominant une tache elliptique déformée (51) (52), elle aussi dans la gamme centimétrique. - L'ordinateur (18) calcule, à partir des fovéagrammes, le taux d'ellipticité, défini comme le rapport de la longueur du petit axe sur celle du grand axe pour l'ellipse moyenne, pour chacun des deux yeux et mesure l'écart entre les deux taux d'ellipticité. 4. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, une étape d'affichage qui permet de fournir, à un moment donné, à chaque observateur, une cartographie personnalisée, pour les deux yeux, de la zone sans cônes bleus au centre de chaque fovéa avec ses dimensions réelles.20