REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE

MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE

SCIENTIFIQUE

UNIVERSITE M’HAMED BOUGARA DE BOUMERDES

FACULTE DES SCIENCES

DEPARTEMENT DE PHYSIQUE

STRUCTURE INFOTRONIQUE

Domaine : sciences et techniques

Filière : Génie électrique

Spécialité : Imagerie et appareillage biomédicale

MEMOIRE DE FIN D’ETUDES

Pour l’obtention du diplôme de

LICENCE

Thème :

Champ visuel de l’œil de patient :

Analyse par simulation

par :

1 .BENAMMAR NESRINE

2. BOUTICHE AMINA

3. CHEBBA OUAFA

Dirigé par :

Dr. HAMADOUCHE.M’HAMED

Résumé :

Le travail de ce mémoire de fin d’étude consiste à faire une étude et

analyse par logiciel MATLAB du champ visuel de patient.

Nous avons étudié l’anatomie de l’œil et conçu un programme

MATLAB pour visualiser le champ visuel de personne a fin de

diagnostiquer les parties malades de l’œil.

Sommaire

Introduction Générale : .......................................................................................................................6

Historique : .........................................................................................................................................7

Problématique : ...................................................................................................................................7

CHAPITRE 1 : L’ŒIL ET LES MECANISMES DE LA VISION ...................................................................8

Introduction : ..................................................................................................................................8

1- ANATOMIE DE L’ŒIL : ...........................................................................................................8

2-LA VISION : ................................................................................................................................. 10

Conclusion : .................................................................................................................................. 12

Chapitre 2 : Champ Visuel ................................................................................................................ 13

1-Qu’est ce que c’est un champ visuel ? ........................................................................................ 13

2-L’ile de vision : .......................................................................................................................... 13

3- Notion de seuil : ........................................................................................................................ 14

4- Luminance des tests et sensibilité : ............................................................................................ 14

5- Repérage dans le champ visuel : ................................................................................................ 14

6-Représentation du champ visuel : ............................................................................................... 14

7-Examen du champ visuel : ......................................................................................................... 15

8-Déficits du champ visuel : .......................................................................................................... 15

9-Le déroulement de l’examen : .................................................................................................... 15

10-limites du champ visuel : .......................................................................................................... 16

11-Pourquoi et quand faire cet examen ? ....................................................................................... 16

12-La différence entre l’Octopus et Goldman ................................................................................ 16

L'Octopus : ........................................................................................................................ 17

Le Goldman : ........................................................................................................................ 17

13- Les intérêts du champ visuel : ................................................................................................. 18

14-Données photométriques : ........................................................................................................ 18

15-La loi de Weber : ..................................................................................................................... 19

Conclusion : .................................................................................................................................. 19

Chapitre 3 : Simulation du champ visuel par MATLAB .................................................................... 20

Introduction .................................................................................................................................. 20

1-Exemplaire de carte numérique d’un champ visuel normal : ....................................................... 20

1.a Champ visuel de l'œil gauche (au Goldman): ....................................................................... 20

1.b-Ellipses visuelles sous matlab (par méthode du gradient): .................................................... 22

2. Irrégularité du champ visuel : .................................................................................................... 23

3- Test de dépistage : .................................................................................................................... 23

4 - Caractéristiques des déficits de champ visuel dus au glaucome : ............................................... 24

5-Perte vision centrale : ................................................................................................................. 25

6-Champ visuel catastrophique : .................................................................................................... 26

7-Interprétation des résultats d’un patient glaucomateux ................................................................ 27

8 - Calcul de la position de l'œil : .................................................................................................. 27

a-Techniques basées sur l'imagerie : .......................................................................................... 27

b-Calcul du point de regard : ..................................................................................................... 28

c-Image de caméra Infrarouge (IR) : .......................................................................................... 28

9 - Traitement d'image pour la détection du centre de la pupille : ................................................... 29

10 - Seuillage : .............................................................................................................................. 30

Bibliographie .................................................................................................................................... 33

Table des illustrations :

Figure 1 : Œil humain .........................................................................................................................8

Figure 2 : La voie optique ................................................................................................................. 10

Figure 3 : Ile de vision ...................................................................................................................... 13

Figure 4 : Examen du champ visuel automatique ............................................................................... 15

Figure 5 : Division du champ visuel dans un plan horizontal .............................................................. 16

Figure 6 :L’appareil Octopus............................................................................................................. 17

Figure 7 : Le résultat obtenu par l’appareil ........................................................................................ 17

Figure 8 : L’appareil Goldman .......................................................................................................... 17

Figure 9 : Résultat obtenu par Goldman ............................................................................................ 17

Figure 10 : Champ visuel normal interpréter par Goldman [24] ......................................................... 20

Figure 11 : la simulation du Goldman sous MATLAB ....................................................................... 21

Figure 12 : cônes et ellipses de vision par zone de performance visuelle ............................................ 22

Figure 13 : Ellipses visuelles sous matlab .......................................................................................... 22

Figure 14 : La comparaison entre le champ visuel normal et le champ visuel anormal ....................... 23

Figure 15:Test de dépistage par simulation sous MATLAB ............................................................... 24

Figure 16 : Représentation des déférents déficits du champ visuel ..................................................... 25

Figure 17 : a).La dégénérescence maculaire liée à l'âge … b). simulation par Matlab de DMLA …... 26

Figure19 :une simulation sous MATLAB du champ visuel (stade final) ............................................ 26

Figure 18 : Un examen du champ visuel par l’Humphry .................................................................... 26

Figure 20 : La combinaison entre une vision normale et une vision anormale ................................. 27

Figure 21 : Capture de l’œil aux niveaux de gris ................................................................................ 28

Figure 22 : le schéma utilisé pour la détection du centre de la pupille ................................................ 29

Figure 23 :œil ................................................................................................................................... 30

Figure 24 : L’histogramme de l’œil ................................................................................................... 30

Figure 25 : Résultat de seuillage de l'œil ............................................................................................ 31

Introduction Générale : L’œil humain est l’organe de la vision de l’être humain. C’est l’œil qui permet à l’être humain de

capter la lumière pour ensuit l’analyser et interagir avec son environnement. L’œil humain permet de

distinguer les formes et les couleurs. Chacun de nos yeux a un champ visuel complémentaire, Avec

l’étude de l’acuité visuelle et de la vision de la couleur, l’étude du champ visuel fait partie de l’examen

des fonctions visuelles ce qui nous permet d'avoir un champ de vision assez étendu.

Le champ visuel correspond à l'étendue de l'espace que perçoit l'œil, (correspond à la partie de

l’espace couvert par la rétine) quand il est fixe et regarde face à lui. L'œil transmet alors au cerveau les

informations qu'il perçoit dans ce champ visuel en prenant en compte leur forme, leurs couleurs, leur

volume. Le champ visuel couvre environ 180° chez un individu dont la vision est normale. Le champ

visuel peut s'étudier chez l'ophtalmologiste pour chaque œil individuellement. Quand le champ visuel

est altéré, il peut toucher le champ périphérique ou central et certaines zones ne sont plus repérées par

l'œil ; il peut s'agir d'une zone non vue au milieu du champ visuel ou d'une sensation de tâche dans

l’espace de la vision (appelés scotomes). Le champ visuel est réduit pas des pathologies touchant

directement l'œil ou d'autres révélant d'une atteinte du nerf optique.

Notre objectif dans ce mémoire consiste à étudie le champ visuel d’un patient est l’analysé par

simulation. La simulation est sous le logiciel MATLAB qui permet de mieux comprendre et

d'appréhender ce qui est perçu par un patient.

Ce mémoire est divisé en deux partie comme suit :

La première partie est consacrée à la description de l’anatomie de l’œil humain.

La deuxième partie en parlante comment passer un examen du champ visuel est interprété est

analysé des résultats par simulation de logiciel MATLAB.

Enfin une conclusion est donnée à la fin de ce projet pour conclure le travail.

Historique :

La recherche de documentation sur la fonctionnalité de l’œil à des fins diagnostiques a pu se développer

grâce à la méthode du campimètre de Graefe en 1856.

En 1872, Scherk lança le premier périmètre hémisphérique dans l’espoir de tester l’intégralité du champ

visuel avec une méthode reproductible. En 1945, Hans Goldmann de l’université de Berne développa, en

collaboration avec Haag-Streit, le périmètre Goldmann 940. Cet instrument doté de paramètres standardisés

et étalonnés et de son ingénieux pantographe, permettait simultanément une projection et une documentation.

Ce modèle est, aujourd’hui encore, une référence en matière de périmétrie cinétique

Pour périmétrie automatique en 1972, Franz Fankhauser, également issu de l’université de Berne, mit au

point les principes de base de la périmétrie automatique.

Problématique :

Considérer l’œil comme un système optique ne suffit pas à décrire la perception visuelle de l’homme : cette

perception ne repose pas sur la représentation d’un environnement donné sur la rétine, mais en tenant compte

des contraintes du système visuel sur l’interprétation de cette représentation, sur la distinction entre des

objets aux propriétés constantes et un environnement instable. En raison de ces contraintes on ophtalmologie

la périmétrie vise avant tout à le diagnostique et la surveillance des neuropathies optiques et mettent en

évidence l’importance de réduire le temps d’examen.

CHAPITRE 1 : L’ŒIL ET LES MECANISMES DE LA VISION

Introduction :

L’œil est l’un des cinq organes de sens du corps humain, c’est l’organe de la vue .la vision est donc la

perception de l’organe de la vue qui est l’œil .Ce dernier est l’organe récepteur de la lumière .Sa

fonction est de transformer l’information lumineuse en influx nerveux transmis au cerveau. Pour voir

un objet, il faut que de la lumière issue de cet objet pénètre dans l’œil, que celui-ci la transforme en

influx nerveux transmis au cerveau et que celui-ci interprète à son tour les informations reçues.

On donne dans ce chapitre un aperçu sur l’anatomie et physiologie de l’œil humain. [1.]

1- ANATOMIE DE L’ŒIL :

Figure 1 : Œil humain

L’anatomie de notre oeil peut être divisée en quatre parties :

- Les Annexes du globe (orbite, paupières,etc.) ;

- Le Globe oculaire ;

- La Voie optique ;

- Les Vaisseaux et nerfs de l’appareil oculaire.

Les annexes du globe comprennent l’orbite, les paupières, les voies et glandes lacrymales ainsi que les

muscles oculomoteurs.

L’orbite est une cavité osseuse où se trouvent également le canal optique et la péri orbite (membrane

fibromusculaire tapissant les parois de la cavité orbitaire).

Les paupières ont principalement un rôle protecteur contre les agents extérieurs : chaud, froid,

poussières et lumière.

Elles assurent également, par leurs mouvements incessants, une constante hydratation. Le globe

oculaire est mis en mouvement et maintenu par un groupe musculaire comprenant six muscles

principaux : quatre muscles droits et deux muscles obliques.

La conjonctive, muqueuse lubrifiante recouvrant la face profonde des paupières et la face antérieure

du globe vient compléter l’ensemble des annexes du globe.

Le globe oculaire comprend quant à lui :

-la sclérotique : c’est la membrane la plus solide et la plus résistante des membranes oculaires. Elle a

en charge la protection des éléments sensoriels ;

- la cornée : c’est une enveloppe résistante et un milieu transparent (sa seule différence avec la

sclérotique) ;

- l’iris : il joue le rôle de diaphragme dans l’appareil optique ;

- la choroïde : c’est la partie postérieure de l’uvée. C’est un important filtre pour la lumière.

- le corps ciliaire : c’est le corps qui fait lien entre la choroïde et l’iris ;

- le cristallin et le zonule : le cristallin est une lentille biconvexe. Elle est transparente et est placée

entre l’iris et le vitré. Grâce à son importante plasticité, il peut modifier ses courbures lors de

l'accommodation, ainsi que son indice de réfraction.

Le zonule est un système de fibres tendues allant du corps ciliaire au cristallin. Il a pour rôle de

maintenir le cristallin et de lui transmettre la contraction du muscle ciliaire

- la rétine : il s’agit de la troisième membrane qui constitue le globe oculaire. C’est la plus interne

d’entre elles, et est la seule à présenter une origine neurale. Elle contient deux types de

photorécepteurs (les cônes et les bâtonnets), qui la rendent donc sensible à la lumière.

La voie optique est, tout comme le globe oculaire, composée d'éléments complexes:

- la papille : elle est constituée par l’extrémité distale des fibres du nerf optique ;

- le nerf optique : il ne s’agit en réalité pas que d’un seul nerf mais d’une partie du système nerveux

central.

Il s’étend de la lame criblée jusqu’au chiasma. Il conduit l’information au cerveau ;

- le chiasma : il est formé par l’entrecroisement des deux nerfs optiques ;

- les bandelettes optiques : elles se trouvent entre la partie postérieure du chiasma jusqu’au corps

genouillé externe. Il s’agit de la fin des fibres issues des cellules ganglionnaires de la rétine ;

- les corps genouillés : il s’agit du centre de réception primaire. C’est ici que les fibres des cellules de

la rétine se finissent ;

- les radiations optiques : c’est la prolongation des cellules de la substance grise du corps genouillé

externe ;

- et pour finir le cortex visuel : c’est là où se terminent les radiations optiques. Il est entouré des aires

péri et para striées, aires qui servent à intégrer les sensations visuelles.

Les sensations visuelles sont projetées et réceptionnées dans l’aire striée.

Avant d’atteindre notre conscience et de passer à l’état de perception, elles doivent être remaniées. Le

but de ses modifications est de nous permettre d’avoir la réaction motrice adéquate.

Les derniers composants de l’oeil sont les vaisseaux et les nerfs de l’appareil optique.

L’orbite est vascularisée. Cette circulation est assez simple,son axe principal étant l’artère

ophtalmique et les veines ophtalmiques.

Les muscles oculomoteurs participent à l'innervation des différents éléments constituant l’oeil :

sphincter de l’iris,muscle ciliaire, ... .

Le nerf trijumeau est quant à lui un nerf moteur et sensitif et le nerf facial le dernier à entrer en

action.

Figure 2 : La voie optique

2-LA VISION :

C’est la formation d’une image sur le fond de l’œil. Ce phénomène peut être comparé à la formation

d’une image sur un film, via les lentilles d’une caméra, à la différence que l’œil est tapissé d’une

couche de cellules nerveuses appelée rétine. La représentation du monde extérieur est définie par la

direction dans laquelle les yeux sont dirigés. La partie du monde extérieur ainsi représentée s’appelle

espace visuel. Les neurones rétiniens, les photorécepteurs, perçoivent un fragment lumineux de

l’image ; d’autres neurones ont quant à eux en charge la communication avec le cerveau par le nerf

optique.

La vision ne se fait pas de façon instantanée, mais de manière ponctuelle et rapide (environ 1/40 de

seconde).

L’architecture du système visuel est très complexe : sont présentes de nombreuses voies, qui ont en

charge le traitement des mouvements, des formes, l’identification des objets, des couleurs, ou encore

la reconnaissance des visages.

La première étape est la cornée : la lumière y passe avant de traverser la pupille et le cristallin.

C’est ensuite qu’elle atteint la rétine. Les mouvements oculaires, qui dirigent le regard, permettent la

saisie des images, ainsi que leur stabilité sur la rétine. Cette dernière est disposée en couches. C’est un

circuit de neurones composé de différentes classes cellulaires. Son rôle est de détecter et de comparer.

La lumière va alors être convertie en impulsons électriques par les photorécepteurs et les neurones.

En ce qui concerne les cellules, en plus des photorécepteurs (cônes et bâtonnets), nous trouvons les

cellules horizontales, les cellules bipolaires, les cellules amacrines et les cellules ganglionnaires.

Chacune a un rôle spécifique.

Par exemple, la vision de jour dépend principalement des cônes, à l’inverse de la vision de nuit,

s’effectuant grâce aux bâtonnets.

Ce sont également les différents cônes qui vont nous permettre de visualiser les couleurs. Les neurones

bipolaires ont pour rôle de relier les bâtonnets et les cônes aux cellules ganglionnaires qui détectent

quant à elles les différents mouvements.

Une fois la lumière convertie et détectée, elle est transmise via le nerf optique au système nerveux

central.

Revenons à la vision des couleurs et des reliefs.

Notre oeil, à l’image des photorécepteurs, est sensible à trois plages d’ondes. C’est notre cerveau, par

le biais de combinaisons, qui créera les autres couleurs.

Quant à la vision du relief, c’est la combinaison de nos deux yeux qui nous permet de l’apprécier, c’est

pourquoi il est si dur d’attraper un objet d’un seul coup quand l’un de nos deux yeux est fermé.

Notre système périphérique, qui permet de distinguer tous les moindres mouvements, vient

compléter notre vue fovéale qui est le point de haute acuité.

La vue fovéale est plus lente (3 à 4 images par seconde) que la vue périphérique (50 à 100 images).

L’information remonte enfin au cerveau. Notons que notre cerveau droit interprète ce que notre oeil

gauche perçoit.

Pour interpréter correctement l’information visuelle, le cerveau a besoin d’une période assez longue

pour pouvoir acquérir et interpréter la dite information. Il faut donc que l’image ne se déplace pas à

plus d’une vitesse comprise entre 0,5 et 2 degrés par seconde.

Les mouvements oculaires comblent 97,5% des mouvements de notre tête.

Au final, si l’on calcule le temps nécessaire au cerveau pour traiter l’information, nous arrivons à un

total compris entre 140 et 160ms . (Robert.W, 2012)

Conclusion :

Cette étude nous montre que chaque partie de l’œil concourt au phénomène de la vision et qu’une

image nette se forme sur la rétine, avec accommodation si nécessaire.

L’œil est donc le récepteur des stimulations visuelles.

Chapitre 2 : Champ Visuel

Après avoir découvert l’organisation de l’œil sur le plan de l’optique, on cherche au cours de cette

activité à déterminer le champ visuel.

1-Qu’est ce que c’est un champ visuel ?

Le champ visuel est l’étendue de l’espace dans l’œil fixant droit lui perçoit les lumières, les couleurs et

les formes. L’examen du champ visuel consiste à évaluer et quantifier la perception de flashs

lumineux, plus ou moins intenses, dans une zone choisie du champ visuel et pour un œil donné.

(Grollier, 2003-2004)

2-L’ile de vision :

Le champ visuel peut être représenté sous la forme d'un "îlot de vision" qui délimite le domaine de

perception de l’espace pour un œil immobile. Chez un sujet normal, la sensibilité à la lumière est

meilleure au niveau de la fovéa. Elle diminue ensuite progressivement en fonction de l’excentricité par

rapport à la fovéa pour atteindre un plateau aux environs de 12 degrés d’excentricité puis diminue de

nouveau jusqu'aux limites absolues du champ visuel qui sont définies par la morphologie de la tête :

en inférieur. (Grollier, 2003-2004)

Figure 3 : Ile de vision

3- Notion de seuil :

Le seuil différentiel ΔL/L se définit par la quantité de lumière (ΔL variable) d’un test qui peut être

perçu lorsqu’il est ajouté à celle d’un fond lumineux de référence (L fixe). Le test doit être plus

lumineux que le fond d’une quantité ΔL. La plus petite valeur de ΔL perçue comme un contraste

lumineux correspond au seuil liminaire du stimulus. Un stimulus supérieur au seuil est supraliminaire

et inférieur, infraliminaire. (Grollier, 2003-2004)

4- Luminance des tests et sensibilité :

La sensibilité du patient s’exprime suivant une échelle graduée en décibels (dB). La sensibilité est

inversement proportionnelle à la luminance du test.

Cette échelle de décibels varie suivant les appareils puisqu’elle dépend de la luminance du test la plus

élevée qui varie suivant l’appareil :

dB = 10 X log (Intensité maximum en asb/Intensité du stimulus en asb)

et 1 asb = 1/π cd/m2

(Grollier, 2003-2004)

5- Repérage dans le champ visuel :

Pour définir la position d’un déficit dans le champ visuel, on définit des repères :

Le champ maculaire couvre les 4 degrés centraux. C’est la région la plus sensible aux

contrastes lumineux.

Le champ central couvre les 40 degrés centraux (20 degrés d’excentricité).

Le champ périphérique se situe au-delà des 40 degrés centraux.

On détermine la position d’un point du champ visuel par son méridien et son parallèle :

Le parallèle définit l’ensemble des points se situant à une même excentricité.

Le méridien est caractérisé par son angle relatif au méridien horizontal temporal. (Grollier,

2003-2004)

6-Représentation du champ visuel :

Les cartes d’isoptères : les isoptères relient les points de même sensibilité.

Les profils : ces cartes affichent la coupe du champ visuel sur un méridien.

Les cartes de chiffres : ces cartes affichent la valeur des sensibilités de chaque point.

Les cartes de niveaux de gris ou de couleur selon les modèles : l’ordinateur calcule une

surface lisse passant par les points mesurés et celle-ci est coloriée en échelle de niveaux de

sensibilité (obtenue par interpolation). (Grollier, 2003-2004)

7-Examen du champ visuel :

L'examen se fait en présentant en différents endroits un stimulus lumineux d'intensité variable et

demandant au sujet s'il le voit. On peut ainsi déterminer les limites périphériques de la vision et la

sensibilité rétinienne à l'intérieur du champ.

8-Déficits du champ visuel :

En ophtalmologie, un examen précis du champ visuel peut détecter les anomalies du champ visuel.

Un déficit focal s'appelle un scotome, un déficit portant sur un quadrant du champ visuel s'appelle une

quadranopsie ; sur une moitié (deux quadrants contigus), il s'agit d'une hémianopsie. (Grollier, 2003-

2004)

9-Le déroulement de l’examen :

Dans le premier temps ; l’examen doit commencer par l’évaluation du seuil fovéal .pour cela 4 points

sont allumés au-dessous du point central, le patient devant fixer au centre des ces 4 points il doit

regarder bien le centre des 4points un petit flash lumineux va apparaitre, à chaque fois que il voit un

flash même très faible il doit appuyer.

Une fois le seuil fovéal évalué il faut préciser au patient qu’un autre point , au-dessus de ces 4 points

s’est allumé et que c’est uniquement ce dernier qu’il faut regarder pendant tout l’examen le patient

doit fixer le point situé droit devant vous pendant l’examen, il verra dans toute la coupole des petits

flashs lumineux ,d’intensité différente. Certains seront faciles visibles, d’autre seront moins lumineux

.le patient doit sonner dés que il voit un flash lumineux même très faible. (Nordmann)

Figure 4 : Examen du champ visuel automatique

10-limites du champ visuel :

Le champ visuel, c'est l'espace visuel périphérique vu par l'œil. Il s'étend normalement de 60° en haut,

70° en bas et 90° environ latéralement ce qui correspond à un objectif photographique "grand angle"

de 180 °.

11-Pourquoi et quand faire cet examen ?

Les champs visuels sont prescrits principalement pour les glaucomes ou l’atteinte fonctionnelle du

nerf optique est caractéristique.

Mais toutes les pathologies affectant le nerf optique et susceptible le champ visuel peuvent être

dépistées par un examen du champ visuel en périmètre automatisée (tumeurs cérébrales, accidents

vasculaires cérébraux, hypertension intracrânienne, rétinites pigmentaires)

Le relevé du champ visuel peut parfois être indispensable pour valider l’aptitude à la conduite de

certains véhicules, la pratique de certains sport, ou l’aptitude visuelle de certaines professions.

(ophtalmologie paris)

12-La différence entre l’Octopus et Goldman :

Le champ visuel est un appareil qui permet de tester la vision de la rétine. A la Clinique de l'œil, il y a

2 champs visuels différents :

Figure 5 : Division du champ visuel dans un plan horizontal

L'Octopus :

L'Octopus est un champ visuel automatique utilisé couramment dans le suivi des glaucomes et dans

toute analyse de la rétine.

Figure 6 :L’appareil Octopus

Figure 7 : Le résultat obtenu par l’appareil

Le Goldman :

Le Goldman est un champ visuel manuel qui permet de tester la vision périphérique. (champ visuel)

Figure 8 : L’appareil Goldman

Figure 9 : Résultat obtenu par Goldman

13- Les intérêts du champ visuel :

Diagnostic-clinique :par rapport à la pathologie de l’œil

Médico-légal : c’est pour les conduite des véhicule (les reflexes)

Ergonomique : par rapport au travail par exemple : le pilotage

14-Données photométriques :

Elles sont divisées en deux grandes catégories. Les grandeurs "visuelles" : elles sont dépendantes d'un

récepteur spécifique, l'œil humain. Les grandeurs "énergétiques" : elles sont propres aux autres types

de détecteurs. (Grollier, 2003-2004)

Le flux énergétique correspond à la quantité d'énergie émise sur un angle solide donné. Il peut être

défini comme suit :

s'exprime en Watt (W)

avec :flux énergétique

C : quantité d’énergie

: angle solide

Parallèlement au flux énergétique, on peut définir le flux visuel. Noté F, il est le flux énergétique

affecté par la courbe de sensibilité de l'œil. Cette grandeur s'exprime en lumen et vaut :

Avec F : flux visuel

km=685 ml/W

C () : flux énergétique

S () : la sensibilité de l’œil

L'intensité respectivement énergétique ou visuelle est définie comme le rapport du flux énergétique et

visuel sur l'angle solide d'émission de ce dernier.

L'unité est le Watt/stéradian (W/sr) pour l'intensité énergétique et lumens/stéradian (lm/sr) ou le

candéla (cd) pour l'intensité visuelle.

∫Cd

15-La loi de Weber :

Cette loi définit une règle pour exprimer notre faculté à discriminer des luminances.

Weber exprime notre perception de la luminance par le biais d'un seuil. (Marion, 1997) Seuil défini

par :

Avec : la quantité de lumiére ajoutée à L.

C : c’est le rapport à partir duquel l'œil perçoit la différence.

L : lumière.

Conclusion : Dans ce chapitre nous avons définie, étudie et expliqué les procédures et les principes de l’examen du

champ visuel, nous avons montré aussi que l’étude du champ visuel fait partie de l’examen des

fonctions visuelles.

Le champ visuel donc permet d’évaluer la capacité de l’œil à percevoir la lumière dans cet espace

visuel.

Chapitre 3 : Simulation du champ visuel par MATLAB

Introduction

Dans ce chapitre nous décrivons sous matlab le traitement d’informations et l’interface de travail de la

périmétrie, et les algorithmes qui ont été développés pour la détection des mouvements de l'œil, ce qui

permet de repérer le point de fixation vers lequel pointe l'œil du patient. Ce point correspond en

général à ce que le sujet regarde bien en fixant le point lumineux rouge et c’à quoi il porte de l’intérêt

pour débuter l’examen ophtalmologique voir même pour l’interprétation correcte des informations.

1-Exemplaire de carte numérique d’un champ visuel normal :

Figure 10 : Champ visuel normal interpréter par Goldman [24]

1.a Champ visuel de l'œil gauche (au Goldman):

1 : isoptères

2 : tâche de Mariotte

3 : point de fixation

4 : encoche nasale.

On obtient une série de courbes concentriques, grossièrement elliptiques, centrées sur le point de

fixation. Ces courbes, ou isoptères, sont les courbes de niveau de la sensibilité rétinienne. Elles

joignent les points d'égale sensibilité rétinienne. Les limites périphériques théoriques du champ visuel

sont de :

100° pour le champ temporal,

60° pour le champ nasal en supérieur et 75° en inferieur

La tâche de Mariotte est un scotome situé en dehors du point de fixation qui correspond à la papille

optique dépourvue de cellules visuelles. Elle est de forme ovale à grand axe vertical compris entre

12,5 et 18,5° du côté temporal.

Le périmètre de Goldmann n'explore pas bien le champ visuel central de 0 à 5°.

Avantage : précision

Inconvénient : sa prend du temps et le patient sera fatiguer

Notre expérience par matlab consiste à faire apparaitre les points de stimulation on click en

aléatoirement dans la fenêtre voici un exemple :

Figure 11 : la simulation du Goldman sous MATLAB

Figure 12 : cônes et ellipses de vision par zone de performance visuelle

1.b-Ellipses visuelles sous matlab (par méthode du gradient):

Figure 13 : Ellipses visuelles sous matlab

2. Irrégularité du champ visuel :

Une irrégularité du champ visuel peut être le premier témoin d’une souffrance encore transitoire des

cellules ganglionnaires. Celle-ci se traduit par l’apparition de régions anormales du champ visuel

alors que les aires adjacentes sont normales. D’un examen à l’autre, les points anormaux peuvent être

situés en un des endroits différents. L’ensemble des points anormaux ne dessine pas un scotome

identifiable.

Ce déficit peut être la conséquence d’une mauvaise compréhension du test et aura alors tendance à

disparaitre lors de l’apprentissage. S’il est bien dû au glaucome, il peut aussi disparaitre sous

traitement correct.

Figure 14 : La comparaison entre le champ visuel normal et le champ visuel anormal

3- Test de dépistage :

Un des grands types de programmes sont disponibles, les tests de dépistages.

Les programmes de dépistage sont rapides et ont but de dépister une anomalie du champ et

éventuellement de la quantifier.

Le terme de dépistage ne correspond donc pas à un dépistage précoce infra-clinique,mais à un

dépistage rapide.

Le principal intérêt des tests de dépistage réside dans l’évaluation du périphérique rétinien.

Les tests de dépistage permettent d’aller plus vite en ne s’intéressant en réalité qu’aux points

anormaux .

Un exemplaire du test de dépistage 3 zones de Humphery :

Par l’analyse du résultat trouvé sous matlab :

Figure 15:Test de dépistage par simulation sous MATLAB

Par la figure obtenu permettre de définir des points normaux ( ) et des déficits absolus

( ), dessinant ainsi trois zones de sensibilité lumineuse.

Les tests de dépistage sont surtout utiles pour l’évaluation du champ visuel périphérique ou du

champ dans son ensemble.

4 - Caractéristiques des déficits de champ visuel dus au glaucome :

La perte de champ visuel est parfois diffuse (comme dans le cas d’une cataracte ou d’une taie

cornéenne), mais on observe plus souvent des déficits de champ visuel isolés. Les déficits associés au

glaucome ne semblent pas spécialement spécifiques, bien que chaque déficit puisse habituellement être

relié à la disposition des axones des cellules ganglionnaires au sein de la couche des fibres nerveuses

rétiniennes.

Les déficits de champ visuel (CV) relativement représentatifs d’un glaucome comprennent :

Figure 16 : Représentation des différents déficits du champ visuel

1- Déficit de temporal en forme de coin

2- Scotome paracentrale à 10-20° de la tache aveugle

3- Scotome paracentrale supérieur menaçant la vision centrale

4- Stade final : perte total du champ visuel ( stade terminal)

Remarque :

Le but du traitement est que le champ visuel, une fois le diagnostic établi, ne s'altère pas davantage.

En effet, les altérations sont irréversibles. Le but du traitement n'est donc pas d'améliorer la vision

mais de stopper sa dégradation.

Le relevé du champ visuel est donc l'examen essentiel au diagnostic et à la surveillance du

glaucome. (MALAUZAT)

5-Perte vision centrale :

Lorsqu’une personne affectée de dégénérescence maculaire regarde des visages, elle ne distingue

qu’une image floue tandis qu’elle perçoit une image de ce qui se trouve tout autour

1 2

3 4

Figure 17 : a) La dégénérescence maculaire liée à l'âge b) Simulation par Matlab de DMLA

o Mots clés : ophtalmologie-perte de vision centrale–champ-visuel

o Interprétation : champ visuel de l’œil d’un patient (DMLA)

DMLA : est une maladie touchant la partie centrale de la rétine. (vision deformée , 2010)

6-Champ visuel catastrophique :

Figure19 :une simulation sous

MATLAB du champ visuel (stade final)

o Mots clés : ophtalmologie-glaucome –champ-visuel

o Interprétation : champ visuel de l’œil gauche d’un patient glaucome très évolué. (fascicules

ophtalmologie )

Figure 18 : Un examen du champ visuel par

l’Humphry

7-Interprétation des résultats d’un patient glaucomateux :

Figure 20 : La combinaison entre une vision normale et une vision anormale

8 - Calcul de la position de l'œil :

Pour la phase de calcul de la position de l'œil, il existe plusieurs familles de techniques : basée sur le

traitement numérique d'image. La position de l'œil est extraite à partir des informations apportées par

le contenu d'une image de l'œil

a-Techniques basées sur l'imagerie :

Une caméra capture des images de l'œil en séquence. Ces images sont ensuite traitées pour en extraire

la position de l'œil. Pour cela, différentes caractéristiques des images sont utilisées

Les méthodes basées sur les caractéristiques naturelles de l'œil utilisent des composants

visibles sur l'image de l'œil comme : la pupille et l'iris.

Elles sont relativement plus simples que les précédentes car l'information à extraire de l'image est

directement la position de l'œil et non une réflexion dont il faut tirer la position de l'œil. En général,

l'utilisation de l'iris comme information de base implique une plage de fonctionnement (en degrés)

plus réduite que lorsque la pupille est utilisée (de l'ordre de deux fois moins grande) car la surface de

l'iris est le plus souvent cachée en partie par les paupières.

Cependant, l'iris est plus facile à détecter car le contraste entre l'iris et la sclérotique est plus marqué

qu'entre la pupille et l'iris. Cette méthode est très intéressante car elle fait intervenir de la

reconnaissance de forme. De plus, le traitement temps-réel à haute vitesse est un défi à relever.

b-Calcul du point de regard :

A partir de la position de l'œil, le calcul du point de regard est calculé par interpolation après une

phase de calibration.

Dans la phase de calibration, le sujet sous test doit regarder un certain nombre de points fixes dans la

scène. La correspondance entre la position de l'œil et le point de regard est mémorisée et sert ensuite

de base pour l'interpolation (par exemple : linéaire, cubique). Exemple avec 9 points de calibration et

une interpolation linéaire :

La notion de point de regard est très importante car elle fait intervenir une foule de paramètres :

position de l'œil.

position de l’iris.

c-Image de caméra Infrarouge (IR) :

La caméra IR permet d'obtenir des images en une multitude de niveaux de gris (généralement256).

L'image IR est bien moins sujette aux reflets qu'une image prise avec une caméra traditionnelle. En

effet, la majorité des reflets visibles sur une image "traditionnelle" est causée par la lumière naturelle.

Or la lumière naturelle ne contient que très peu de composantes IR, ce qui explique que les reflets sont

moins importants dans une image IR. Bien entendu, comme la lumière IR est peu importante dans le

spectre visible, la luminosité est trop faible pour donner des images de bonne qualité. Pour contrer cet

effet, on éclaire l'œil avec une source IR. L'image ainsi obtenue a une luminosité suffisante. Voici un

exemple d'image IR obtenue par ce principe :

Figure 21 : Capture de l’œil aux niveaux de gris

On peut constater que le reflet de la source lumineuse IR est visible. Le changement majeur introduit

par l'infrarouge est le changement de profondeur de champ (depth of field) ainsi que le changement de

résolution. La profondeur de champ augmente linéairement avec la fréquence de la source IR tandis

que la résolution diminue linéairement avec l'inverse de la fréquence de la source lumineuse. Le

contraste d'une image infrarouge est ainsi supérieur à celui d'une image traditionnelle. Les images

infrarouges possèdent encore l'avantage qu'il est possible d'éclairer l'œil du patient sans qu'il soit

ébloui puisque l'œil humain ne perçoit pas l'infrarouge.

La caméra est relativement simple. Elle consiste en un capteur CCD recevant de la lumière infrarouge

émise par deux diodes IR et réfléchie par l'œil. Une lentille permet la mise au point de l'image :

Les diodes IR permettent une bonne illumination de l'œil du sujet sans toutefois provoquer un

éblouissement ou un gène (tout au plus une très légère sensation de chaleur). Leur longueur

d'onde est de 950 nm, ce qui les placent dans le début de la zone infrarouge (rappel :

l'infrarouge commence vers 700 nm). La puissance dissipée par les diodes est de 0.8 à 1.2

mW/cm2

Le filtre passe-bande IR permet de bloquer toutes les fréquences du spectre visible et

ultraviolet. Ainsi, seule la lumière crée par les diodes IR et réfléchie par l'œil est perçue par la

caméra (note : la lumière visible contient très peu d'infrarouge).

La lentille permet la mise au point de l'image en fonction de la distance de travail. Elle est de

type DCX (double courbure) et son diamètre est de 4 mm. Elle est montée dans un cylindre à

vis pour permettre son déplacement.

Le capteur CCD est un circuit 6 pattes mesurant 7.5mm de côté. Le nombre de pixels a été

estimé1 à 200 x 200 (±50) pixels. Il porte pour seule inscription "TI JAPAN" : Il est fort

probable que ce circuit soit un TC2112 de Texas Instruments. La résolution est de 192 x 165

pixels et sa fréquence d'acquisition maximum est de 315 images.

9 - Traitement d'image pour la détection du centre de la pupille :

Grâce à la caractéristique foncée de la pupille, il est possible d'effectuer un seuillage sur l'image de

manière à faire apparaître la pupille seule. Il est ensuite possible de calculer le centre de la pupille

selon la méthode du barycentre.

Le fonctionnement de l'algorithme est alors le suivant :

Figure 22 : le schéma utilisé pour la détection du centre de la pupille

L'algorithme de traitement imaginé comporte deux phases principales : le seuillage et le calcul du

barycentre.

10 - Seuillage :

Le but du seuillage est d'extraire de l'image de l'œil tous les pixels qui appartiennent à la pupille. La

couleur de la pupille étant en général la plus sombre de l'image, la valeur du seuil choisie sera

relativement faible. Voici par exemple

Figure 23 : œil

La méthode choisie consiste à utiliser l'histogramme de l'image pour déterminer le seuil optimal :

Figure 24 : L’histogramme de l’œil

Le premier mode de l'histogramme contient les pixels les plus sombres de l'image de l'œil et par

conséquent la pupille. En calculant les bornes de ce mode de l'histogramme, il est possible d'obtenir

une bonne estimation du seuil optimal. Les bornes de ce premier mode sont détectées par le calcul des

minimums locaux de l'histogramme (méthode du gradient). La forme non lisse de l'histogramme rend

ce calcul difficile mais il devient très simple lorsque l'histogramme est filtré :

0

500

1000

1500

2000

2500

0 50 100 150 200 250

Figure 25 : Résultat de seuillage de l'œil

Deux filtres sont utilisés : un filtre médian d'ordre 5 qui a pour effet de supprimer le bruit impulsionnel

et un filtre passe-bas d'ordre 3 qui a pour effet d'améliorer le lissage.

Calcul du barycentre

La méthode du barycentre consiste à calculer la position du centre d'un objet en utilisant toutes les

particules composant l'objet. Dans notre cas, les objets sont des images de la pupille et les particules

sont des pixels. Chaque particule influence le barycentre calculé d'une manière équivalente (np est le

nombre de particules intervenant dans le calcul du barycentre) (François, 2000-05-15) :

centre x =

centre y=

Conclusion Générale :

Dans ce travail de fin d’étude licence, il nous a été demandé de faire une étude sur le champ

visuel de patients avec une analyse par simulation sous MATLAB.

Nous avons commencé par définir la procédure du champ visuel et expliquer l’anatomie de

l’œil pour pouvoir faire des simulations.

L’analyse par simulation sur logiciel MATLAB nous a permis de voir la pathologie au plus

exactement les parties touchées de l’œil des patients.

Ce travail nous a permis d’apprendre à simuler certaines procédures relatives au domaine de

l’imagerie biomédicale qui correspond à notre spécialité.

Enfin nous suggérons la continuation de ce travail par l’acquisition des points lumineux dans

le cas pratique.

Bibliographie

champ visuel. (s.d.). Récupéré sur Clinique de l'Oeil: http://www.cliniqueoeil.ch/page-279/champ-

visuel.html

fascicules ophtalmologie . (s.d.). Récupéré sur http://www.fascicules.fr/image-medicale-

ophtalmologie-glaucome-champ-visuel-34.html

François, J. (2000-05-15). Simulateur de vision. Genève Suisse.

Grollier, L. (2003-2004). Etude comparative de la micro-périmétrie MP1 de nidek et du champ visuel

de Métrovision.

MALAUZAT, D. O. (s.d.). glaucome diagnostic . Récupéré sur ophtalmologie Bordaux:

http://www.ophtalmologie-bordeaux.fr/ophta-33/glaucome_diagnostic.html

Marion, A. (1997). Acquisition et visualisation des images . Eyrolles.

Nordmann, P. J.-P. périmètre automatique .

ophtalmologie paris. (s.d.). Récupéré sur

http://www.ophtalmologieparis.com/index.php?page=tono-pachymetre

Robert.W, R. (2012). la vision saraux. Dans Lemasson.C, Anatomie et histologie de l'oeil.

vision deformée . (2010, 2 10). Récupéré sur http://amandine-marzec.keuf.net/t8-la-vision-deformee