La pupillographie est une méthode d’enregistrement et de mesure de la réaction pupillaire. Elle utilise une caméra vidéo infrarouge et un logiciel informatique pour évaluer dynamiquement et quantitativement la réponse pupillaire.
Le terme « pupillographie » a été inventé par Lowenstein et Loewenfeld et a évolué en tant que technologie vidéo infrarouge dynamique pour enregistrer les voies efférentes et afférentes de l’œil. L’introduction de la technologie électronique a amélioré la précision, la cohérence et la vitesse par rapport aux mesures manuelles traditionnelles, et le terme « pupillométrie » est également couramment utilisé aujourd’hui.
Lors du 32e Colloque international sur la pupille (IPC, Morges, Suisse), des experts se sont réunis pour élaborer la première version des normes internationales pour la collecte, le traitement et le rapport des données. Ces dernières années, des pupillomètres de bureau et portables ont été commercialisés, et des améliorations de performance sont attendues grâce à l’intégration de l’IA.
Les domaines d’application incluent l’ophtalmologie, la neurologie, les neurosciences, la psychologie et la chronobiologie.
QQuelle est la différence entre la pupillographie et la pupillométrie ?
A
À l’origine, Lowenstein et Loewenfeld ont nommé la technologie vidéo infrarouge dynamique « pupillographie ». Par la suite, avec le développement de la technologie électronique, le terme « pupillométrie » s’est également répandu, et aujourd’hui, les deux sont souvent utilisés de manière synonyme.
2. Principaux paramètres mesurés et observations cliniques
Anisocorie : différence de diamètre pupillaire entre les deux yeux. Environ 20% des personnes normales présentent une anisocorie physiologique ≤1 mm, mais si elle s’accompagne de différences à la lumière/obscurité ou d’anomalies du réflexe photomoteur, elle est considérée comme pathologique.
Anomalies du réflexe photomoteur : abolition, retard ou asymétrie du réflexe.
Difficulté d’évaluation objective de l’acuité visuelle : patients non verbaux ou suspicion de trouble visuel non organique.
Signes évocateurs d’un syndrome de Horner : association d’un ptosis léger, d’un myosis et d’une anomalie de la sudation faciale.
Voici les paramètres typiques obtenus lors d’une mesure unique.
Phase de myosis
Latence (T₁) : temps entre le stimulus lumineux et le début du myosis. Avec un stimulus suffisamment lumineux, environ 200 millisecondes.
Vitesse de constriction (VC) : rapidité du myosis. Un allongement de T₁ et une diminution de VC sont observés en cas de trouble de l’entrée visuelle.
Constriction maximale (D₃) : diamètre lors de la constriction maximale. Diminution de D₃ en cas de trouble de l’entrée visuelle.
Taux de constriction (CR) : constriction/diamètre de base. Diminution du CR en cas de trouble de l’entrée visuelle.
Phase de mydriase
Vitesse de dilatation (VD) : rapidité de la dilatation pupillaire après retrait de la lumière. Reflète la fonction du système nerveux sympathique.
Temps de retard de dilatation (T₅) : temps jusqu’au début de la dilatation. Dans le syndrome de Horner, un allongement marqué du T₅ est une caractéristique typique.
PIPR (réponse pupillaire persistante après illumination) : myosis persistant après une stimulation de haute luminance et de courte longueur d’onde. Reflète l’activation des ipRGC et de la mélanopsine.
La pupille n’est jamais complètement immobile ; elle présente des oscillations continues d’environ ±0,5 mm (hippus). De plus, la phase de myosis reflète principalement la fonction du système parasympathique, tandis que la phase de mydriase reflète principalement la fonction du système sympathique.
Photorécepteurs rétiniens → cellules ganglionnaires rétiniennes → nerf optique → chiasma optique → tractus optique → bifurcation avant le corps géniculé latéral → aire prétectale → noyau d’Edinger-Westphal (EW) ipsilatéral et, via la commissure postérieure, noyau EW controlatéral.
Chez l’humain, le rapport entre fibres croisées et non croisées est d’environ 1:1, et l’intensité des réflexes pupillaires directs et consensuels est presque égale.
Noyau EW → nerf oculomoteur → sinus caverneux → fissure orbitaire supérieure → orbite → branche inférieure du nerf oculomoteur → synapse dans le ganglion ciliaire → nerfs ciliaires courts → entrée dans le globe oculaire.
95% des fibres parasympathiques du noyau EW se projettent vers le muscle ciliaire (accommodation) et 5% vers le sphincter pupillaire. Ce ratio est lié au mécanisme de dissociation lumière-accommodation.
Les cellules ganglionnaires rétiniennes intrinsèquement photosensibles (ipRGC) contiennent de la mélanopsine et forment la principale voie afférente du réflexe pupillaire à la lumière. Une stimulation lumineuse bleue intense de courte longueur d’onde (vers 470 nm) provoque un myosis lent et persistant (PIPR).
Réponse médiée par la mélanopsine : longue latence et vitesse de contraction lente. Persiste pendant et après la stimulation.
Réponse médiée par les cônes : courte latence et vitesse de contraction rapide. Retour rapide à la ligne de base.
La fonction mélanopsique reste relativement stable tout au long de la vie, diminuant après 80 ans, mais plus tardivement que les changements liés à l’âge des bâtonnets et des cônes.
Réflexe photomoteur : la réaction pupillaire la plus fondamentale
Réflexe de près (Near reflex) : triade de convergence, accommodation et myosis. Survient comme un mouvement binoculaire associé sous contrôle supranucléaire
Phénomène d’escape : sous une stimulation lumineuse relativement faible, la pupille commence à se dilater même en lumière continue. En cas de déficit d’entrée visuelle dû à une maladie rétinienne ou du nerf optique, le phénomène d’escape peut être observé même avec une stimulation lumineuse vive
QLa pupille change-t-elle également en réponse à des stimuli autres que la lumière ?
A
Oui, elle change. La tension mentale, la surprise et les stimuli douloureux provoquent une dilatation via le système nerveux sympathique, tandis que la fatigue et la somnolence induisent un myosis via le système nerveux central. Sur le plan émotionnel, la peur est associée à la dilatation et le bien-être au myosis. Les médicaments (caféine, nicotine, antihistaminiques) affectent également le diamètre pupillaire.
Effectuer dans un environnement à faible luminosité ambiante pour minimiser les influences externes sur le diamètre pupillaire. Le patient est assis devant un dispositif dédié, avec la caméra et les deux yeux alignés. Après enregistrement du diamètre pupillaire de base, divers stimuli (lumière, motifs visuels) sont présentés pour enregistrer la réaction pupillaire.
La période de mesure doit tenir compte des variations diurnes : commencer et terminer entre 10h00 et 14h00 (éviter dans l’heure suivant le déjeuner). En mode fermé, le diamètre pupillaire est plus grand qu’en mode ouvert, et la vision monoculaire donne un diamètre d’environ 1,0 mm plus grand en lumière vive et 0,2 mm plus grand en faible luminosité par rapport à la vision binoculaire. Il est donc essentiel de standardiser les conditions.
Principaux appareils de mesure (utilisés au Japon)
FP-10000 II (TMi) : Mesure monoculaire en vision binoculaire ouverte. Prend en compte la courbure cornéenne. Portable, position de la cible réglable. Peut être difficile à aligner antéro-postérieurement pour les yeux enfoncés.
Procyon P3000 (Haag-Streit) : Mesure optique de la vision de loin à 3 niveaux d’éclairement (0,04, 0,4, 4,0 lux). Calcule automatiquement la moyenne et la variabilité à partir de 32 images consécutives. L’étanchéité par mousse faciale élimine l’influence de l’éclairage ambiant. Permet une mesure binoculaire simultanée en vision ouverte.
Méthodes visuelles (pupillomètre de Haab, pupillomètre de Colvard, etc.) : Évaluation approximative en millimètres. Risque d’influence du réflexe de convergence et de facteurs psychologiques dus à la proximité de l’examinateur.
Appareils de mesure du réflexe pupillaire à la lumière
Iriscorder Dual C-10641 (Hamamatsu Photonics) : Capteur CCD. Mesure binoculaire simultanée avec lunettes. Choix de l’intensité lumineuse (10, 100, 250 cd/m²), durée de mesure (1 à 60 s) et stimulation lumineuse (bleu 470 nm, rouge 635 nm). Analyse de 11 paramètres en une seule mesure.
ET-200 (Neo Opto) : Comparaison de 3 LED multicolores (bleu 466 nm, vert 537 nm, rouge 636 nm). Couvre-lunettes amovible, utilisable également pour l’enregistrement des mouvements oculaires.
NPi-100 (IMI) : Mesure monoculaire en moins de 3 secondes, poids 350 g. Évaluation quantitative simple au chevet du patient. Recommandé comme alternative à la lampe stylo.
RAPDx (Komen Medical) : Spécialisé dans l’évaluation objective du RAPD (déficit pupillaire afférent relatif). Choix de 5 sites de stimulation : champ total, macula, périphérie, nasal supérieur, nasal inférieur. Calcule les scores d’amplitude et de latence.
Le suivi de la taille pupillaire utilise des algorithmes de segmentation. La méthode la plus simple, la transformée de Hough, est efficace pour les pupilles circulaires, mais manque de précision en cas de décalage ou de forme anormale. L’utilisation de modèles de reconnaissance de formes haute précision permet de détecter avec précision même les pupilles de forme anormale.
En mode en boucle fermée, le diamètre pupillaire influence la quantité de lumière émise, donc faire attention aux différences de diamètre pupillaire initial entre les deux yeux.
Si des clignements sont présents, refaire la mesure (y compris l’adaptation à l’obscurité) en tenant compte de la fatigue et de la somnolence.
Lors de la mesure du réflexe de convergence, l’adduction sous-estime le diamètre pupillaire d’environ 0,2 mm.
La lumière verte est affectée par le déplacement de Purkinje. La lumière rouge provoque sélectivement le réflexe photomoteur issu des photorécepteurs, tandis que la lumière bleue provoque celui issu des cellules ganglionnaires rétiniennes (ipRGC).
QQuelle est la différence avec le test à la lampe stylo ?
A
La pupillographie permet une mesure précise grâce à un enregistrement standardisé, et peut quantifier des paramètres supplémentaires (latence, taux de constriction, vitesse de dilatation) que la lampe stylo ne peut pas évaluer. Elle permet également la documentation des résultats, la comparaison dans le temps et élimine le biais de l’examinateur.
Par rapport au test alterné classique (swinging flashlight test), la pupillographie permet une mesure standardisée, quantitative et reproductible. Le RAPD apparaît dans les rétinopathies étendues, les neuropathies optiques, les lésions du tractus optique et les lésions prétectales.
La procédure du test alterné consiste à stimuler alternativement chaque œil avec une lumière d’environ 2 secondes dans une pièce semi-obscure. En cas de neuropathie optique unilatérale, la stimulation de l’œil sain provoque une constriction bilatérale, mais lors du passage à l’œil atteint, la constriction diminue (observée comme une « dilatation »). Les opacités des milieux (cataracte), les anomalies visuelles bilatérales et les lésions post-chiasmatiques ne produisent pas de RAPD.
Chez les patients traumatisés crâniens, le RAPD peut être le seul signe de lésion traumatique du nerf optique, et est utile pour l’évaluation des patients comateux.
Mesure du retard de dilatation dans le syndrome de Horner
Le retard de dilatation (dilation lag) est un retard de relaxation et de dilatation pupillaire après extinction lumineuse. Dans le syndrome de Horner, la dilatation peut prendre 15 à 20 secondes (normalement environ 5 secondes). Une prolongation marquée du T₅ est caractéristique. Dans le syndrome de Horner bilatéral (où l’anisocorie est peu nette), la mesure du retard de dilatation peut être la seule méthode diagnostique fiable.
L’évaluation de l’anisocorie nécessite des mesures en conditions claire et obscure. La myosis du côté atteint est plus évidente à l’obscurité, tandis que la mydriase du côté atteint est plus évidente à la lumière. Environ 20 % des personnes normales présentent une anisocorie physiologique (différence ≤ 1 mm, pas de variation selon la lumière, réflexe photomoteur normal). Il faut noter que les lésions afférentes (neuropathies optiques) entraînent des anomalies du réflexe photomoteur mais en principe pas d’anisocorie.
Tonie pupillaire (syndrome d’Adie) : dissociation lumière-proximité. L’instillation de pilocarpine diluée (0,05–0,1 %) provoque un myosis, ce qui a une valeur diagnostique.
Dissociation lumière-proximité : absence du réflexe photomoteur mais préservation du réflexe de convergence. Observée dans les lésions mésencéphaliques dorsales (syndrome de Parinaud, pupille d’Argyll Robertson) et le syndrome d’Adie.
Immobilité pupillaire absolue : disparition des réflexes photomoteur et de convergence. Due à un traumatisme, une atrophie irienne (iritis), une paralysie du nerf oculomoteur, un glaucome aigu par fermeture de l’angle, ou l’atropine.
Évaluation de l’aptitude à la chirurgie réfractive et aux implants intraoculaires
La mesure du diamètre pupillaire en basse luminosité permet de déterminer la zone de traitement optimale pour le LASIK. Si la zone de traitement est plus petite que le diamètre pupillaire sous dilatation, il existe un risque de halos nocturnes. Cette mesure est également utilisée pour évaluer l’aptitude aux implants multifocaux et à la chirurgie réfractive.
Évaluation fonctionnelle des maladies rétiniennes héréditaires
Le réflexe photomoteur (PLR) permet d’évaluer séparément les voies des bâtonnets, des cônes et de la mélanopsine. Dans une famille atteinte du syndrome de Jalili (mutation CNNM4), le PLR médié par les cônes était enregistrable malgré un électrorétinogramme photopique non détectable 1). En conditions scotopiques, les patients CNNM4 présentaient un PLR important, tandis qu’en conditions photopiques, il était proche de la limite inférieure de la normale ou légèrement réduit 1).
Neuropsychiatrie : La dilatation pupillaire est corrélée au niveau d’éveil et à l’activité du locus coeruleus. Elle peut être un indicateur sensible des maladies neurodégénératives (Alzheimer, Parkinson), des dysautonomies et de l’abus de drogues/alcool. Elle est également utilisée pour évaluer la somnolence, la schizophrénie et la dépression.
Pharmacologie : Test des effets autonomes des médicaments (cholinergiques/adrénergiques). Évaluation de l’effet en fonction de la taille de la réponse pupillaire, appliquée à l’étude de la sédation.
Hypersensibilité chimique : On observe un état de prédominance parasympathique, avec un diamètre pupillaire initial (D₁) réduit et une diminution du taux de myosis (CR).
Syndrome de vision informatique : Un myosis persistant même lors du regard au loin, et une dissociation de la réponse de proximité (le myosis précède la convergence).
QÀ quelles maladies la pupillographie peut-elle aider au diagnostic ?
A
Les utilisations typiques incluent la différenciation entre neuropathie optique et rétinopathie par évaluation du RAPD, le diagnostic du syndrome de Horner par mesure du retard de dilatation, et l’évaluation du syndrome d’Adie en combinaison avec le test à la pilocarpine diluée. Elle est également utilisée pour l’évaluation objective des maladies neurodégénératives et des troubles autonomes.
6. Mécanismes physiologiques de la réponse pupillaire
Le réflexe pupillaire à la lumière est contrôlé par l’intégration des trois voies suivantes.
Voie
Photorécepteur
Caractéristique
Voie des bâtonnets
Rhodopsine
Haute sensibilité en conditions de faible luminosité et d’obscurité
Voie des cônes
Opsine
Haute luminosité et conditions photopiques. Latence courte et vitesse de constriction rapide
Voie ipRGC
Mélanopsine
Longue latence et vitesse lente. Persiste après le stimulus (PIPR)
L’entrée des cônes contrôle la constriction soutenue en réponse aux variations de contraste du stimulus, tandis que l’entrée de la mélanopsine définit le diamètre pupillaire photopique lors d’une exposition lumineuse prolongée. Cette intégration des signaux de la rétine externe et interne permet un réglage précis de la réponse pupillaire.
Se projettent vers la région prétectale (en particulier le noyau prétectal olivaire)
Reçoivent également des entrées des bâtonnets et des cônes, et intègrent ces entrées rétiniennes externes en plus de leur propre réponse mélanopsinergique
Moins redondantes que les cellules ganglionnaires conventionnelles
Participent également aux circuits non-imageurs dépendants de la lumière pour le rythme circadien et l’humeur
Le contrôle du gain de la voie de régulation pupillaire se situe au niveau du noyau d’Edinger-Westphal. En ce qui concerne les entrées corticales, même en cas d’infarctus ischémique localisé du cortex insulaire ou du champ oculaire frontal, le diamètre pupillaire et la vitesse de constriction restent dans les limites physiologiques normales, ce qui suggère que l’absence d’entrée corticale n’affecte pas directement le diamètre pupillaire ni la vitesse de constriction.
Les changements pupillaires induits par des événements cognitifs ou émotionnels sont de moindre ampleur que le réflexe photomoteur (généralement moins de 0,5 mm) et sont étroitement corrélés à l’activité du locus coeruleus.
7. Recherches récentes et perspectives futures (rapports en phase de recherche)
Il s’agit d’une technique visant à séparer les réponses de la rétine externe (médiée par les bâtonnets et les cônes) et de la rétine interne (médiée par la mélanopsine) en une seule mesure non invasive. L’optimisation technique devrait permettre son développement en tant que biomarqueur clinique très sensible et précis.
Application aux maladies rétiniennes héréditaires (étude sur le syndrome de Jalili)
Hyde et al. (2022) ont comparé trois sœurs atteintes du syndrome de Jalili (mutation CNNM4, âgées de 5, 14 et 15 ans) à 10 témoins sains. Ils ont réalisé des mesures de la voie des bâtonnets après adaptation à l’obscurité (465 nm, 1 s) et de la voie des cônes après adaptation à la lumière (642 nm, 1 s, champ d’étouffement des bâtonnets bleus à 6 cd/m²), et ont calculé le Pmax (réponse PLR maximale saturée) et le s (constante de demi-saturation de la PLR) à l’aide de la fonction de Naka-Rushton 1). Bien que l’électrorétinogramme photopique soit indétectable, la PLR médiée par les cônes était enregistrable, ce qui suggère que la PLR pourrait être un outil utile pour évaluer la fonction des cônes 1).
La première version de la norme internationale élaborée lors du 32e Colloque international sur la pupille contient des recommandations sur l’ensemble minimal de variables nécessaires à la collecte, au traitement et à la communication des données. Elle vise à améliorer la comparabilité entre les études et devrait servir de base aux futures études cliniques et multicentriques.
Intégration avec l’IA et développement en tant que biomarqueur des maladies neurodégénératives
L’intégration de l’IA et des dispositifs devrait améliorer les performances et la quantification objective. Les principaux axes de recherche comprennent la détection et le suivi de la progression des maladies neurodégénératives (maladie d’Alzheimer, maladie de Parkinson), l’évaluation objective de l’activité du système nerveux autonome dans les essais cliniques, et l’évaluation de la fonction des cellules ganglionnaires rétiniennes à mélanopsine chez les patients souffrant de troubles du sommeil et du rythme circadien.
Hyde RA, Park JC, Kratunova E, McAnany JJ. Cone pathway dysfunction in Jalili syndrome due to a novel familial variant of CNNM4 revealed by pupillometry and electrophysiologic investigations. Ophthalmic Genet. 2022.
Kelbsch C, Strasser T, Chen Y, Feigl B, Gamlin PD, Kardon R, et al. Standards in Pupillography. Front Neurol. 2019;10:129. PMID: 30853933.
Karlsen RL. [Pupillography]. Tidsskr Nor Laegeforen. 1980;100(5):286. PMID: 7385153.
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