Réaliser des expériences automatisées de greffes de cornées

LE DISPOSITIF DÉMONSTRATEUR DE GREFFE DE CORNÉE

Le projet ANR GRECO37 avait pour objectif final le développement d’un dispositif démonstrateur permettant de réaliser des expériences automatisées de greffes de cornées selon des géométries complexes favorisant le maintient du greffon. Ce démonstrateur comprend une des sources laser développées à la longueur d’onde optimisée, le dispositif de correction du front d’onde et le système de délivrance du faisceau. Nous avons opté pour une architecture modulaire comprenant trois éléments pouvant être installés ou retirés indépendamment. Comme nous l’avons décrit dans le Chapitre 4, trois sources ont été développées au cours du projet GRECO (deux dans le cadre de cette thèse et une autre par notre partenaire de projet, l’Institut d’Optique Graduate School), dont deux sont a priori compatibles avec une application clinique. Le premier module comprend donc soit la source fibré erbium, soit la source ytterbium suivie de l’OPG. Le second module comprend le système de correction du front d’onde composé d’un miroir déformable et d’un analyseur de front d’onde. Le dernier module permet la délivrance du faisceau sur la cornée grâce à un système de balayage du faisceau et contient les éléments d’imagerie de l’échantillon et de diagnostic de la qualité de focalisation en volume par seconde harmonique. Le projet GRECO reposait sur l’idée qu’utiliser un laser décalé en longueur d’onde plus un système d’optique adaptative permettrai de développer un nouvel outil chirurgical qui soit opérationnel sur des cornées pathologiques. Au cours de nos expériences, il s’est avéré que l’usage de l’optique adaptative en tant que paramètre actif de correction du front d’onde en temps réel lors de la découpe n’était pas indispensable, l’effet bénéfique du décalage en longueur d’onde étant bien plus prononcé que prévu, il permet à lui seul d’atteindre les profondeurs de pénétration nécessaires tout en maintenant une qualité des découpes excellentes. L’utilisation de ce module dans le  dispositif démonstrateur permettra néanmoins de corriger les aberrations du système optique tout le long du parcours du faisceau et en particulier celles induites par l’optique de focalisation. Cela présente l’avantage de mieux disposer d’un démonstrateur avec des performances plus proches de celles d’un prototype. Cependant, un contrôle actif demeure possible et a été développé, il est détaillé dans la partie 6.3. Le troisième module contient le dispositif de balayage. Il a nécessité une étude détaillée comprenant le développement d’une optique spécifique afin d’obtenir le meilleur compromis possible entre le champ de balayage couvert, l’ouverture numérique, la qualité du faisceau, la rapidité du balayage et le coût. Ces études sont détaillées dans la partie 6.2  Un dispositif démonstrateur doit permettre de prouver les hypothèses de travail du projet et de démontrer le principe de fonctionnement d’un tel outil. Il n’est pas nécessaire de prendre d’ores et déjà en compte les contraintes liées aux normes de productions, indispensables à l‘obtention du marquage CE (Europe), ou l’accord de la FDA (États-Unis), comme dans le cas du développement d’un prototype.

Étude des dispositifs de balayage et de focalisation

Le dispositif expérimental utilisé pour les expériences d’incisions laser décrites au Chapitre 5 est basé sur le déplacement des cornées dans les trois dimensions grâce à des moteurs linéaires38 assemblés dans une configuration à trois axes. Il est évident qu’une telle géométrie ne peut pas être utilisée pour un système démonstrateur censé démontrer les possibilités d’un système réel opérant sur un patient devant rester immobile tout au long de l’intervention. Pour permettre un balayage couvrant la surface de la cornée, deux méthodes (plus quelques spécificités) ont essentiellement été utilisés pour les systèmes cliniques existants. Soit ils balayent le faisceau avec des miroirs galvanométriques, soit ils déplacent des optiques par rapport à l’axe optique. L’ensemble de ces possibilités est décrit dans le tableau 16 (les dispositifs proposés sont agrandis sur la figure 63) :  Compte tenu des contraintes financières du projet et puisqu’une partie de l’optimisation optique peut être assurée par le module de correction du front d’onde, nous avons privilégié la seconde approche qui offrait les meilleurs compromis. Cette méthode permet un balayage rapide (20 s à 40 s) avec des éléments optiques fixes, le champ couvert est d’environ 12 mm de diamètre tout en conservant une focalisation suffisante d’ouverture numérique 0,3. Ces caractéristiques ont été atteintes grâce à l’utilisation d’un élément optique de focalisation conçu sur mesure de type f-thêta. Une modélisation de ce système est présentée en figure 64.