Dans cette interview, l'expert de l'industrie, le Dr Yifan Jian, discute des progrès de la tomographie par cohérence optique à champ ultrairs (OCT), des défis de l'imagerie rétinienne, du rôle de l'IA dans la biophotonique et de l'avenir de l'imagerie ophtalmique haute résolution à haute vitesse.
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Pouvez-vous nous parler de votre cheminement de carrière et de ce qui vous a amené à vous spécialiser dans la biophotonique et la tomographie par cohérence optique (OCT)?
J'ai commencé mon parcours académique en Chine, où j'ai obtenu mon diplôme de premier cycle en optique à Shanghai. Après cela, j'ai déménagé à Vancouver, au Canada, pour mon doctorat, où je me suis spécialisé dans la biophotonique. C'est à ce moment-là que j'ai été présenté pour la première fois à OCT, à ses applications en imagerie oculaire et à l'optique adaptative. Mon superviseur a été l'un des premiers chercheurs en octobre, j'ai donc eu l'occasion de travailler avec divers systèmes d'OCT et d'imagerie conçus pour les segments oculaires antérieurs et postérieurs.
Après avoir terminé mon doctorat en 2014, je suis resté à Vancouver pendant quelques années avant d'être recruté par le Dr David Huang – l'un des co-inventeurs de l'OCT – Oregon Health and Science University (OHSU). J'ai rejoint la faculté pour continuer à développer l'OCT et d'autres systèmes d'imagerie oculaire là-bas. Ma carrière est restée enracinée dans le monde universitaire, en se concentrant entièrement sur la progression de la recherche dans ce domaine.
Comment ces champs ont-ils évolué depuis que vous avez commencé vos recherches?
OCT a toujours eu une forte focalisation translationnelle. Depuis son invention et son brevet précoce, il a été rapidement commercialisé, ce qui a conduit à de nombreuses entreprises à produire et à déployer des systèmes OCT dans le monde. Aujourd'hui, l'OCT est l'un des outils de diagnostic les plus importants en ophtalmologie, en particulier pour les maladies rétiniennes. Son ascension a coïncidé avec le développement de nouveaux traitements pour les conditions rétiniennes, telles que le traitement anti-VEGF. Il permet aux médecins de déterminer précisément quand commencer ces traitements très efficaces.
Du point de vue de la technologie, l'une des avancées clés a été l'augmentation spectaculaire de la vitesse OCT. Les premiers systèmes pourraient capturer des dizaines à des centaines de scannes par seconde, tandis que les systèmes modernes fonctionnent à des millions de balayages par seconde. Les chercheurs ont également travaillé sur l'amélioration de la résolution axialement et transversalement en utilisant des techniques telles que l'optique adaptative.
Au-delà de l'imagerie structurelle, de nouveaux mécanismes de contraste ont émergé, comme l'angiographie OCT pour visualiser les vaisseaux sanguins et l'optorétinographie pour étudier comment les photorécepteurs réagissent à la lumière. D'autres techniques émergentes comprennent l'utilisation de l'OCT pour mesurer la saturation en oxygène au niveau capillaire, en particulier avec la lumière visible OCT.
Lorsque j'ai déménagé à OHSU, mon objectif s'est déplacé vers l'expansion du champ de vision. Au lieu de zoomer pour capturer de minuscules détails cellulaires, j'ai travaillé sur l'imagerie de toute la rétine, offrant une vue complète de la santé rétinienne qui est critique pour les applications cliniques.
Crédit d'image: Dr Jian, Université OHSU
Quels ont été les principaux défis dans le développement de systèmes OCT à champ ultrairs, et comment progresser l'imagerie pour les conditions rétiniennes complexes?
Le développement de l'OCT à champ ultrairs est livré avec de multiples défis. Le premier est le temps de numérisation – Au fur et à mesure que vous augmentez le champ de vision, le système a besoin de plus de temps pour scanner l'ensemble de la zone et collecter des données. Cela prolonge les séances d'imagerie, augmentant la probabilité d'artefacts de mouvement et l'inconfort des patients. La solution est des systèmes OCT à plus grande vitesse, que nous réalisons en utilisant une technologie laser avancée.
Le deuxième défi est la profondeur de l'imagerie. Le globe oculaire est incurvé, nous avons donc besoin d'une plage d'imagerie plus profonde à mesure que nous élargissons le champ de vision. Les systèmes OCT de source balayée nécessitent des numériseurs à grande vitesse et des outils sophistiqués de traitement des données. Nous abordons cela à l'aide de GPU pour traiter les données en temps réel.
Le troisième et le plus grand défi a été l'optique. Nous avions besoin d'un système optique de haute qualité avec des lentilles conçues sur mesure pour orienter efficacement la lumière sur toute la rétine. Les composants standard n'ont pas été conçus pour l'OCT à champ ultrairs, ils n'ont donc pas fourni la qualité d'image dont nous avions besoin.
Initialement, nous avons essayé d'adapter des lentilles ophtalmiques utilisées dans d'autres modalités d'imagerie, mais elles n'ont pas été optimisées pour l'OCT, ils n'avaient donc pas la qualité optique et les performances nécessaires pour nos objectifs d'imagerie à ultra-large champ.
Comment votre collaboration avec Avantier a-t-elle commencé et qu'est-ce qui vous a attiré de travailler avec eux?
Lorsque nous avons réalisé que les lentilles ophtalmiques existantes étaient insuffisantes pour l'OCT à champ ultrairs, nous savions que nous devions concevoir et fabriquer notre optique personnalisée. Cela a nécessité une plongée profonde dans les logiciels de conception et de simulation optiques pour développer des systèmes d'objectifs hautes performances.
Alors que nous commencions à chercher un partenaire de fabrication, AVANTIER s'est démarqué de sa capacité à produire des optiques de haute qualité tout en restant rentable. Par rapport à d'autres sociétés, Avintier a offert une approche raisonnable et abordable, ce qui a été crucial pour nous alors que nous nous sommes aventurés dans la conception des lentilles personnalisées pour la première fois.
Les résultats ont été exceptionnels – nos systèmes fournissent désormais des images de haute qualité et ultra-rédaction qui sont utilisées dans des cliniques pour des conditions telles que la rétinopathie diabétique et dans les unités de soins intensifs néonatals pour filtrer les nourrissons prématurés pour la rétinopathie de prématurité.
Cette collaboration nous a permis de repousser les limites de l'OCT à champ ultrairs, garantissant que nos systèmes obtiennent les performances les plus élevées possibles pour la recherche et les applications cliniques.
Un échantillon d'image de l'oculaire. Crédit d'image: AVANTIER
Pourriez-vous discuter de l'importance des systèmes OCT à champ ultrairs dans l'imagerie rétinienne et des développements récents de votre laboratoire dans ce domaine?
Nos systèmes OCT à champ ultrairs ont considérablement élargi la portée de l'imagerie rétinienne. Les configurations de poche et de bureau permettent une analyse complète des segments antérieurs et postérieurs de l'œil, qui a des applications importantes dans des conditions telles que la rétinopathie diabétique ou la dégénérescence maculaire liée à l'âge.
L'une des plus grandes progrès de mon laboratoire a été le développement d'un système qui peut capturer une reconstruction 3D presque complète de l'ensemble du globe oculaire dans un seul scan. Cette technologie est particulièrement précieuse pour la gestion de la myopie, nous permettant de suivre comment la forme des yeux change.
Nous utilisons également l'OCT de champ ultrairs en oncologie oculaire pour mesurer précisément les tumeurs à l'intérieur de l'œil. Les méthodes d'imagerie traditionnelles comme l'IRM ou l'échographie n'ont pas la résolution nécessaire, tandis que l'OCT fournit des informations structurelles très détaillées.
Un autre objectif majeur a été l'augmentation de la vitesse d'imagerie. Nous avons développé de nouveaux systèmes qui projettent des lignes de lumière entières au lieu de numériser des taches uniques. Cela nous permet d'acquérir des images en parallèle, accélérant considérablement le processus. Nous explorons également différents schémas d'éclairage pour améliorer le contraste des tissus, révélant des couches rétiniennes qui étaient auparavant difficiles à distinguer.
Quelles avancées prévoyez-vous que vous apportez à la biophotonique?
L'IA a le potentiel de transformer l'imagerie rétinienne. Une application prometteuse consiste à utiliser l'IA pour analyser les analyses OCT pour les signes de problèmes de santé systémiques comme les maladies cardiovasculaires, la maladie d'Alzheimer et d'autres troubles neurologiques.
La rétine fournit une fenêtre unique sur la santé globale – les algorithmes d'IA peuvent extraire des biomarqueurs subtils des images OCT qui sont difficiles à détecter pour les observateurs humains, ce qui pourrait améliorer massivement les capacités de diagnostic.
Cependant, pour que cela atteigne son plein potentiel, nous avons besoin d'un accès généralisé aux systèmes OCT abordables. Si des dispositifs à faible coût devenaient disponibles dans des endroits tels que les pharmacies ou les magasins de détail optiques, le dépistage OCT propulsé par l'IA pourrait devenir une partie courante des soins de santé, ce qui rend la détection des maladies précoces beaucoup plus accessible.
Crédit d'image: Représentation Images / Shutterstock.com
Parmi vos nombreuses publications, y a-t-il des études ou des résultats particuliers qui ont eu un impact significatif sur votre domaine ou ont une signification personnelle pour vous?
L'une de mes œuvres les plus anciennes et les plus percutantes a été le traitement d'image OCT accéléré par le GPU. OCT génère des quantités massives de données et les traiter en temps réel est cruciale, en particulier pour les applications comme l'imagerie néonatale, où les nourrissons ne resteront pas longtemps. Les processeurs traditionnels n'étaient pas assez rapides, nous avons donc développé un système qui utilise des GPU – en particulier les cartes vidéo NVIDIA – pour accélérer considérablement le processus.
Cette capacité de traitement d'image en temps réel a changé la façon dont nous utilisons OCT. Il permet aux cliniciens de voir les vues transversales et 3D de la rétine instantanément lors de la numérisation, fournissant une rétroaction immédiate pour le diagnostic. Le logiciel que nous avons développé il y a plus d'une décennie est encore largement utilisé dans les laboratoires de recherche dans le monde entier.
Mes recherches sur l'optique adaptative pour l'imagerie à haute résolution ont été une autre contribution significative. Nous avons développé un système qui ne s'appuie pas sur les capteurs du front d'onde mais optimise plutôt de manière itérative la qualité de l'image. Cette technique a été appliquée avec succès à l'imagerie en petits animaux.
Mon travail sur la rétinopathie de la prématurité a été particulièrement significatif plus récemment. En utilisant l'OCT ordinaire à champ ultrairs, nous avons redéfini les critères de diagnostic de la maladie, identifiant de nouveaux biomarqueurs qui étaient auparavant indétectables avec l'imagerie conventionnelle – cela pourrait améliorer le diagnostic et le traitement précoces.
Crédit d'image: Dr Jian, Université OHSU
Quelle est votre vision de l'avenir de l'OCT et d'autres technologies d'imagerie au cours des 5 à 10 prochaines années?
Je considère la vitesse comme le facteur déterminant dans l'avenir de l'octobre. Les systèmes commerciaux actuels sont encore relativement lents par rapport aux appareils de niveau de recherche. L'OCT à plus grande vitesse permettra une plus grande imagerie de champ de vision et des évaluations fonctionnelles telles que l'optorétinographie, qui peut évaluer la fonction des photorécepteurs en temps réel.
Dans la recherche, nous continuerons à faire pression pour une résolution plus élevée et de meilleurs mécanismes de contraste, tels que la cartographie de la saturation en oxygène. Une conception optique réfléchie sera essentielle pour repousser les limites de ce que l'OCT peut révéler.
Quels conseils donneriez-vous aux étudiants ou aux chercheurs en début de carrière intéressés par l'imagerie biomédicale?
J'encourage les jeunes chercheurs à se concentrer sur des projets avec un fort potentiel de translation. Dans un contexte clinique, vous voyez des défis réels dans le diagnostic et le traitement – notre rôle en tant que chercheurs est de développer des solutions qui peuvent avoir un impact réel.
Travailler sur des technologies qui peuvent être appliquées dans un délai de 5 à 10 ans sont incroyablement enrichissantes. Que ce soit dans le monde universitaire ou dans l'industrie, la priorisation de la recherche qui peut améliorer les résultats des patients est le meilleur moyen de contribuer de manière significative au domaine.
À propos du Dr Yifan Jian 
Le Dr Yifan Jian est professeur agrégé au Casey Eye Institute spécialisé dans l'imagerie optique. Il a gagné son doctorat. de l'Université Simon Fraser en 2014 et a ensuite rejoint l'Oregon Health and Science University (OHSU) pour faire avancer la technologie OCT pour l'imagerie ophtalmique, y compris le traitement en temps réel et les innovations d'optique adaptative. Actuellement, son principal objectif de recherche est de faire progresser les systèmes OCT à champ ultrairs.
