High loop rate adaptive optics flood illumination ophthalmoscope with structured illumination capability

Ophtalmoscope plein champ assisté par Optique Adaptative avec boucle d’asservissement à haute cadence et capacité de projeter des motifs d’illumination

Elena Gofas-Salas (1, 2, 3) , Pedro Mecê (1, 4, 3) , Cyril Petit (1, 3) , Jessica Jarosz (1, 4) , Laurent Mugnier (1) , Aurélie Montmerle Bonnefois (1) , Kate Grieve (2, 5, 3) , José-Alain Sahel (2, 5, 6) , Michel Paques (2, 5, 3) , Serge Meimon (1, 3)

1 DOTA, ONERA, Université Paris Saclay (COmUE) [Palaiseau]
2 Institut de la Vision
3 Paris Group - Paris Adaptive-Optics for Retinal Imaging and Surgery
4 Quantel Medical
5 CHNO - Centre Hospitalier National d'Ophtalmologie des Quinze-Vingts
6 Department of Ophtalmology - The University of Pittsburgh School of Medicine

The design and performance of an adaptive optics flood illumination ophthalmoscope (AO-FIO) platform, based on eye motion and dynamic aberrations experimental analysis, are described. The system incorporates a custom-built real-time controller, enabling up to 70 Hz loop rate without jitter, and an AO-corrected illumination capable of projecting high-resolution features in the retina. Wide-field (2.7°×5.4°) and distortionless images from vessel walls, capillaries, and the lamina cribrosa are obtained with an enhanced contrast and signal-to-noise ratio, thanks to careful control of AO parameters. The high spatial and temporal resolution (image acquisition up to 200 Hz) performance achieved by this platform enables the visualization of vessel deformation and blood flow. This system opens up the prospect of a return to favor of flood illumination adaptive optics systems provided that its high pixel rate and structured illumination capabilities are exploited.

La conception et la performance de l’ophtalmoscope plein champ assisté par Optique Adaptative (OA), basés sur des analyses expérimentales des mouvements et aberrations oculaires, sont décrites. Le système est composé d’un calculateur en temps-réel qui permet d’atteindre une vitesse de boucle d’asservissement de 70Hz. Le système permet aussi la projection de motifs dans la rétine. Grâce au contrôle et la maîtrise d’un système d’Optique Adaptative, des images à grand champ (2.7x5.4°) sans distorsion des différentes régions de la rétine présentent une amélioration de contraste et de rapport signal sur bruit. La haute résolution spatio-temporelle permet également la visualisation des déformations vasculaire et du flux sanguin. Ce système ouvre des nouvelles perspectives en ophtalmoscopie plein-champ, qui pourrait s'imposer dans les années à venir à condition que sa haute résolution temporelle et sa capacité de projeter des motifs d’illumination soient exploitées.

Mots clés: OPHTALMOLOGY; OPHTALMIC OPTICS AND DEVICES; ACTIVE OR ADAPTIVE OPTICS; MEDICAL AND BIOLOGICAL IMAGING; FUNCTIONAL MONITORING AND IMAGING; EYE MOVEMENTS; IMAGE PROCESSING; IMAGE QUALITY; RETINAL NERVE FIBER LAYER; STRAY LIGHT; WAVE FRONT SENSING

Mots clés: OPTIQUE ADAPTATIVE; OPHTALMOLOGIE

Domaines: Optique / photonique

Elena Gofas-Salas, Pedro Mecê, Cyril Petit, Jessica Jarosz, Laurent Mugnier, et al.. High loop rate adaptive optics flood illumination ophthalmoscope with structured illumination capability. Applied optics, 2018, 57 (20), pp.5635-5642. ⟨10.1364/AO.57.005635⟩. ⟨hal-01832999⟩