Qian WU soutiendra sa thèse réalisée à l'École Polytechnique – LMS le 4 juin 2025 à 14h dans l’Amphithéâtre Pôle Mécanique, situé au Pôle Mécanique, Bâtiment 104, Avenue Becquerel, 91120 Palaiseau.
Titre : Mesures de la déformation volumétrique dans la cornée humaine : caractérisation de la déturgescence, des réponses au gonflement et des microstructures des stries stromales
Encadrement : Jean-Marc ALLAIN
Résumé Français :
La cornée humaine, en tant que couche transparente la plus externe de l’œil, joue un rôle essentiel dans son pouvoir réfractif. La géométrie de la cornée est cruciale, car toute irrégularité peut altérer sa fonction et nuire à la performance visuelle.
Le stroma représente environ 90 % de l’épaisseur de la cornée et détermine principalement ses propriétés mécaniques en raison de la structure hautement organisée du collagène. Les stries stromales, des lignes verticales observées dans la partie postérieure de la cornée, sont présentes aussi bien dans les cornées saines que pathologiques, mais apparaissent plus fréquemment et de manière plus marquée chez les patients atteints de pathologies comme le kératocône.
Dans ce travail de thèse, nous nous concentrons principalement sur la biomécanique de la cornée humaine saine. Notre objectif est de mieux comprendre les propriétés mécaniques de la cornée et leur lien avec sa microstructure. Pour ce faire, nous avons couplé la Tomographie en Cohérence Optique (OCT) à des tests mécaniques.
Nos résultats montrent que la cornée présente à la fois une anisotropie et une hétérogénéité marquées, en particulier dans l’épaisseur. Nous avons également mis en évidence que les stries stromales sont des structures repliées à l’échelle microscopique, et que les régions contenant ces stries présentent une déformation plus importante perpendiculairement à leur orientation, par rapport aux zones adjacentes.
À une échelle encore plus fine, observée grâce à la microscopie à génération de seconde harmonique (SHG), nous avons constaté que cette déformation est corrélée à un changement de l’orientation du collagène. Par ailleurs, nous avons observé que la cornée est extrêmement sensible à son environnement, en raison de sa porosité et de son équilibre osmotique avec les conditions extérieures. Cela représente un défi pour les procédures de déshydratation contrôlée de la cornée, visant à restaurer son épaisseur et son état d’hydratation physiologiques.
Pour répondre à cette problématique, nous avons proposé un protocole optimisé permettant une déturgescence efficace de la cornée.
Résumé Anglais:
The human cornea, as the eye’s outermost transparent layer, plays a vital role in its refractive power. The geometry of the cornea is crucial, as any irregularities can impair its function and affect visual performance.
The stroma accounts for approximately 90% of the cornea’s thickness and primarily determines its mechanical properties due to its highly organised collagen structure. Stromal striae—vertical lines in the posterior part of the cornea—are observed in both healthy and pathological corneas, but they appear more frequently and are more pronounced in patients with conditions such as keratoconus.
In this thesis, we primarily focus on the biomechanics of the healthy human cornea. Our objective is to better understand the mechanical properties of the cornea and their relationship with its microstructure. To this end, we combined Optical Coherence Tomography (OCT) with mechanical testing.
Our findings reveal that the cornea exhibits both anisotropy and heterogeneity, particularly in thickness. We also found that stromal striae are fold-like structures at the microscale, and that regions containing these striae show greater deformation perpendicular to their orientation compared to adjacent areas.
At an even finer scale, as revealed by Second Harmonic Generation (SHG) microscopy, we observed that this deformation correlates with changes in collagen orientation. Additionally, the cornea was found to be highly sensitive to its surrounding environment due to its porosity and osmotic equilibrium with external conditions.
This presents challenges for controlled deswelling procedures intended to restore physiological thickness and hydration. To address this, we proposed an optimised protocol for effective corneal deswelling.
Mots clés : cornée humaine, mesure de la déformation, porosité, osmotique, deturgescence, stries stromales
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