FR2598072A1

FR2598072A1 - Dispositif et procede pour determiner optiquement la topologie d'un oeil

Info

Publication number: FR2598072A1
Application number: FR8706258A
Authority: FR
Inventors: Vladimir Portnoy
Original assignee: Allergan Inc
Current assignee: Allergan Inc
Priority date: 1986-05-05
Filing date: 1987-05-04
Publication date: 1987-11-06
Also published as: DE3714896A1; CA1296804C; JPS62277937A

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF DE TOPOLOGIE OCULAIRE. SELON L'INVENTION, IL COMPREND UN MOYEN OPTIQUE 10 POUR PROJETER, VERS UN OEIL, UNE IMAGE CIBLE FOCALISEE EN UNE SURFACE D'IMAGE DE FAIBLE PROFONDEUR DE CHAMP, LADITE SURFACE ETANT MOBILE VERS ET AU LOIN D'UN OEIL; UN MOYEN DE DETECTION DE POSITION POUR PRODUIRE UN SIGNAL 47 REPRESENTATIF DE LA POSITION DE LA SURFACE D'IMAGE; UN MOYEN FORMANT CAMERA 14, 15 POUR DETECTER LES REFLEXIONS DE L'IMAGE CIBLE PAR REFLEXION DES SURFACES DE L'OEIL TANDIS QUE LA SURFACE D'IMAGE EST DEPLACEE A TRAVERS L'OEIL; UN MOYEN D'ECRETAGE 23 POUR LAISSER, DES REFLEXIONS DE L'IMAGE CIBLE, LES PARTIES D'IMAGE QUI NE SONT PAS NETTEMENT AU POINT; ET UN MOYEN ORDINATEUR 45 RELIE AU MOYEN DE DETECTION DE POSITION ET AU MOYEN D'ECRETAGE POUR STOCKER LES COORDONNEES DES PARTIES NON ABANDONNEES DE L'IMAGE PAR RAPPORT A UN POINT DE REFERENCE RELATIVEMENT A DES POSITIONS SUCCESSIVES DE LA SURFACE DE L'IMAGE ET POUR EN PRODUIRE UNE INFORMATION REPRESENTATIVE DE LA TOPOLOGIE DE L'OEIL. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT A LA CHIRURGIE DE LA CORNEE POUR LA CORRECTION DE LA VISION.

Description

La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif pour

mesurer avec précision la topographie d'une cornée, et plus particulièrement à un procédé dans lequel on obtient une information topographique en déplaçant la position d'image d'une cible projetée vers la cornée et en détectant les portions au point de l'image

tandis que sa position est déplacée.

Dans la préparation de la chirurgie de la cornée telle qu'elle est couramment utilisée pour la correction 10 de la vision, il est nécessaire que le chirurgien possède une information très précise concernant la forme et l'épaisseur de la cornée, sur toute sa surface. Il était conventionnel, dans le passé, de mesurer le contour et l'épaisseur de la cornée en examinant, optiquement ou par 15 ultrasons, la cornée en un certain nombre de points distincts à sa surface. Le problème avec cette tentative réside dans le fait que, comme la cornée est souvent de forme et d'épaisseur assez irrégulières, des variations non appréciées des paramètres mesurés peuvent se produire 20 entre les emplacements de mesure, et il est en conséquence possible qu'une dégradation de la cornée puisse se produire en chirurgie du fait de coupures d'une profondeur excessive ou insuffisante. Un autre problème est posé par le fait que la cornée peut se déplacer pendant l'examen, et il est par conséquent difficile de mettre les divers emplacements en corrélation, auxquels des mesures sont prises

en séquence.

Il est par conséquent souhaitable d'obtenir un procédé par lequel le contour et l'épaisseur de la cornée 30 puissent être mesurés sur une base sensiblement continue et d'une manière dans laquelle le mouvement de l'oeil

pendant le processus de mesure n'a peu ou pas de conséquence.

La présente invention permet de résoudre le problème 35 indiqué ci-dessus en projetant, sur la cornée, une image cible qui est focalisée dans un plan d'image (ou,plus généralement,une surface d'image d'une courbure connue)

15 20 25 30 35

avec une très faible profondeur de champ. La réflexion de l'image cible par la cornée est observée par une caméra vidéo à autocollimation, dont la sensibilité est ajustée de manière à correspondre uniquement aux parties de l'image cible qui sont nettement au point.

Tandis que le plan de l'image du dispositif selon l'invention est déplacé vers la cornée, une image d'une tache apparaît au centre de l'écran dès que le plan de l'image contacte l'épithélium de la cornée. Tandis que le plan de l'image avance plus vers l'oeil, il apparaît, sur l'écran, un anneau se déplaçant graduellement vers l'extérieur d'imagesde taches. Eventuellement, tandis que le plan de l'image atteint l'endothélium de la cornée, une nouvelle image de tache apparaît sur l'écran et un second groupe d'images de taches se déplaçant vers l'extérieur apparaît lors d'un plus ample mouvement du plan de l'image.

En mettant la position du plan de l'image en

corrélation avec la distance des images de taches à partir du centre de l'écran sur une base continue, on peut produire une expression mathématique qui définit exactement les contours de l'épithélium et de l'endothélium de la cornée, ainsi que l'épaisseur de la cornée elle-même. Il faut noter que, dans ce processus, un mouvement de la cornée produira un déplacement simultané de toutes les images de tachesdans la direction du mouvement. Ce déplacement simultané peut être facilement compensé par des techniques matérielles/logicielles électroniques bien connues.

En plus de mesurer le contour et l'épaisseur de la cornée, le procédé selon l'invention peut être utilisé pour calculer une représentation tridimensionnelle de la chambre antérieure de l'oeil en continuant à déplacer le plan focal de l'image cible jusqu'à atteindre l'iris.

La présente invention a par conséquent pour objet un procédé optique pour mesurer continuellement et simultanément la topographie d'une cornée à travers toute

sa surface.

La présente invention a pour autre objet d'atteindre le résultat cidessus en suivant les réflexions d'une image cible tandis que le plan d'image de l'image cible est déplacé à travers la cornée. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci

apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins 10 schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans

lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique du dispositif selon l'invention; - la figure 2 illustre un type possible de cible que l'on peut utiliser dans le mode de réalisation préféré de l'invention; la figure 3a est une représentation schématique de l'appareil de cette invention à la position du premier 20 contact du plan focal avec l'épithélium de la cornée; - la figure 3b illustre l'image d'une tache vue sur l'écran de télévision lorsque le plan focal est à la position de la figure 3a; - la figure 4a illustre le déplacement de l'image 25 tandis que le plan focal se déplace vers l'intérieur de l'oeil; - la figure 4b illustre le déplacement des images circulaires de taches tandis que le plan d'image est déplacé entre les positions montrées sur la figure 4a; 30 - la figure 5a illustre la réflexion par l'endothélium lorsque le centre du plan focal a atteint la surface intérieure de la cornée; - la figure 5b illustre l'image de tache vue sur l'écran de télévision lorsque le plan focal est à la 35 position de la figure Sa; et - la figure 6 montre la représentation calculée de la cornée et de la chambre antérieure lorsqu'un ensemble

complet de mesures a été pris.

La figure 1 montre un système optique 10 comprenant

un objectif de focalisation 12, un diviseur de faisceau 13 et une caméra vidéo 14 pourvue d'un objectif approprié 15.

Une image d'une cible 16 éclairée par un dispositif d'éclairage 17 est projetée vers l'oeill9 à travers un circuit optique de collimation, le diviseur de faisceau 13 et l'objectif de focalisation 12. L'objectif de focalisation 12 produit une image fortement focalisée de la cible 10 16 dans le plan 18 de l'image. Les éléments du système optique 10 sont choisis, selon des principes optiques connus, de façon à donner un plan d'image 18 ayant une très faible profondeur de champ. Par suite, l'image de la

cible 16 est nette dans le plan de l'image 18 mais se 15 brouille sensiblement,même à une très faible distance, devant et derrière le plan 18 de l'image.

Les réflexions de l'image cible par l'oeil 19 sont transmises, par l'objectif de focalisation 12 et le diviseur

de faisceau 13, à l'objectif 15 de la caméra vidéo 14.

Ainsi, la caméra 14 voit la réflexion de la cible 16 dans l'oeil 19.

Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, l'objectif de focalisation 12 est mobile dans une direction horizontale sur la figure 1, vers et au loin de l'oeil 19, 25 par un moteur pas à pas 25. La position du moteur 25 est codée numériquement par un moyen conventionnel en un signal de position 47 qui est trasmis à l'ordinateur 45 dans un but qui sera décrit ci-dessous. Alternativement,

l'objectif de focalisation 12 peut être fixe et la cible 16 30 peut être mobile.

Dans chaque cas, à la position du plan de l'image 18 montrée à la figure 1, la réflexion de la cible 16 par l'oeil 19 sera brouillée. Selon l'invention, la sortie vidéo de la caméra 14 est électroniquement écrêtée par un 35 circuit conventionnel d'écrêtage 23 afin que seules les parties de l'image cible réfléchie qui sont nettement au point (et qui par conséquent ont la plus forte intensité) soient transmises par l'écrêteur 23. En conséquence, à la position du plan 18 de l'image que l'on peut voir à

la figure 1, il n'y a pas de sortie vidéo de l'écrêteur 23.

Lorsque l'actionnement du moteur 25 déplace le plan d'image 18 vers l'oeil 19 sur la figure 1, le plan d'image 18 contacte éventuellement l'oeil 19 et au moins une portion de la cible 16 se trouve réfléchie en étant nettement au point. Cette réflexion est vue par la camera 14, passe par l'écrêteur 23 et est appliquée en 10 tant qu'image par un convertisseur analogique-numérique conventionnel 27 de l'image en tant qu'entrée d'image de l'ordinateur 45 dans des buts de mise en carte du contour. Comme on peut le voir sur la figure 2, la cible 16 15 peut de préférence se composer de lignes 24 rayonnant dans toutes les directions, d'un point central 26; cependant, d'autres configurations de cible peuvent être utilisées pour tenir compte de divers algorithmes que l'on peut

utiliser pour interpréter les images de taches en 20 déplacement que l'on décrira ci-après.

En se référant maintenant aux figures 3a et 3b, on peut voir que lorsque l'appareil de cette invention est placé devant la surface courbée d'une cornée et est déplacé vers l'intérieur de l'oeil, le plan d'image 18 25 contacte d'abord l'épithélium 26 de la cornée 28 en un point central 30. Du fait de la courbure de l'épithélium 26, aucune partie de l'image de la cible, à l'exception de la partie réfléchie par le point 30,ne sera au point, et par conséquent elles seront écrêtées par l'écrêteur 23. 30 Par suite, l'image vue par l'ordinateur 45 et par le moniteur 22 ressemblera à ce qui est représenté à la figure 3b lorsque l'appareil est à la position de la figure 3a. La tache 32 vue sur le moniteur 22,dans cette position est une représentation du centre 26 de la cible 16. 35 Tandis que le plan d'image 18 est déplacé vers l'intérieur de l'oeil, le point 30 ne se trouve plus au point, et un anneau d'emplacementscomprenant les points 34 : VE :: :: i 0:: 0

::::: \:::;:

:: D: J S::0 l:

: 0::

: -a: ::

::::::

:::: 0 A:: :: : : 1 0 : :: : :.:

0 ' 0 15

::::: .

0:::0::

:: f:

:\::::0: 0

\ 020

: \:::

:::: *. À; f : :: 0 f X 25

0: A-:

:. -::::::

-: à: :: X 30 :: A: :

:0-;00 35

: à::: : ::::: S;

et 36 se trouve mis au point. A la sortie de l'écrêteur 23, cela se transforme en un anneau de taches représentant des parties des lignes 24 de la cible. La position des taches dans l'anneau comprenant les points 34 et 36 est une indication de la position de l'épithélium 26 lorsque le plan d'image est à la position la plus à droite sue la figure 4a. Si la cornée n'est pas sphérique (comme dans le cas de l'astigmatisme), le lieu des taches sera ovale plutôt que circulaire.

Tandis que le plan d'image 18 se déplace vers la position la plus à gauche de la figure 4a, les points 34 et 36 ne se trouvent plus au point et les points 38 et 40 se trouvent au point. L'image de tache 43 appliquée à l'ordinateur 45 et produite sur le moniteur 22 est de nouveau un cercle de taches, mais plus loin vers l'extérieur du centre de l'écran que cela n'était le cas au préalable.

Tandis que le plan 18 de l'image s'éloigne vers la gauche, il peut éventuellement frapper l'endothélium comme le montre la figure 5a. Cette seconde réflexion apparaîtra, comme le montre la figure 5b, sous forme d'une seconde tache central 44 au centre de l'anneau de taches existant encore à partir des points 46, 48. Un mouvement continu du plan de l'image 18 vers la gauche produira alors un autre anneau de taches rayonnant vers l'extérieur de la tache centrale 44 tandis que celui-ci disparaît.

La position des taches dans l'exploration d'images de taches sous forme numérique par l'ordinateur 45 peut être analysée dans celui-ci par des techniques conventionnelles et peut être mise en corrélation par l'entrée de position 47 avec la position du plan d'image 18 qui les a produites, pour former l'entrée d'un générateur conventionnel de graphiques 49 (figure 1). En connaissant les coordonnées des taches dans l'image de taches43 et la position correspondante du plan de l'image 18, l'ordinateur 45 et le générateur de graphiques 49 peuvent transformer les données d'image en des positions successives de plan d'image en une représentation tridimensionnelle ou en coupe de la cornée 28 en un format approprié à une utilisation par le chirurgien. La sortie de l'ordinateur 45 peut, par exemple, être utilisée pour produire une représentation telle que celle de la figure 6 sur une imprimante 51 pour tout plan donné de coupe correspondant à l'une des lignes 24 de la cible 16. Dans une telle représentation, les lignes en trait plein 50, 52 représen10 tant la cornée et 54 représentant l'iris peuvent être des mesures réelles tandis que les lignes en pointillé 56, 58 et 60 peuvent être extrapolées des lignes mesurées

, 52 et 54.

Le mouvement de l'oeil pendant la mise en carte de la cornée n'interfère pas avec la précision des mesures dans l'appareil selon l'invention. Tandis que le déplacement progressif du plan 18 de l'image force les coordonnées des taches de l'image à augmenter radialement vers l'extérieur à partir d'un point central, le mouvement 20 de l'oeil force toutes les coordonnées des taches à se déplacer dans la même direction. Cette distinction est facilement reconnue par l'ordinateur 45 et permet de négliger tout déplacement d'une tache provoqué par un

mouvement de l'oeil.

à 1 -

Claims

R E V E N D I C A T I 0 N S

15 ::: 1 25 35 1.- Dispositif de topologie oculaire,caractérisé en ce qu'il comprend: a) un moyen optique pour projeter, vers un oeil, une image cible focalisée dans une surface d'image de faible profondeur de champ, ladite surface d'image étant mobile vers et au loin d'un oeil; b) un moyen de détection de position pour produire un signal (47) représentatif de la position de ladite surface d'image; c) un moyen formant caméra (14, 15) pour détecter les réflexions de ladite image cible par réflexion des surfaces dudit oeil tandis que ladite surface d'image est déplacée à travers ledit oeil; d) un moyen d'écrêtage (23) pour laisser, desdites réflexions de l'image cible, les parties de l'image qui ne sont pas nettement au point; et

e) un moyen calculateur (45) connecté audit moyen de détection de position et audit moyen d'écrêtage pour stocker les coordonnées des portions non abandonnées de l'image par rapport à un point de référence relativement à des positions successives de ladite surface d'image et pour en produire une information représentative de la topologie de l'oeil.

2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus:

f) un moyen (25) de sélection du mouvement associé audit moyen de calcul pour déplacer ledit point de référence pour compenser un mouvement de l'oeil à chaque fois que la totalité des parties non abandonnées de l'image se déplacent dans la même direction.

3.- Dispositif selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que l'image cible se compose de lignes (24) rayonnant vers l'extérieur d'un point central.

4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le point central est le point de

référence (26).

5.- Dispositif selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend de plus:

g) un moyen de visualisation (22) associé audit moyen ordinateur pour visualiser une représentation de la topologie de l'oeil calculée par ledit moyen ordinateur à partir des coordonnées et des positions de

la surface de l'image.

6.- Dispositif selon la revendication 5,

caractérisé en ce que la représentation est une représentation tomographique.

7.- Dispositif de topologie oculaire, caractérisé en ce qu'il comprend: a) un moyen optique (10) pour projeter, vers un oeil, une image cible focalisée dans un plan plat, ledit plan étant mobile vers et au loin dudit oeil; b) un moyen de détection de position pour produire un signal représentatif de la position dudit plan; c) un moyen formant caméra (1415) pour détecter les réflexions de ladite image cible par réflexion des surfaces dudit oeil tandis que ledit plan est déplacé à 25 travers ledit oeil; d) un moyen d'écrêtage (23) pour modifier les parties de l'image qui ne sont pas nettement au point; et e) un moyen de visualisation (22) pour visualiser

les réflexions de l'image cible.

8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la modification est un abandon et le moyen de visualisation (22) ne présente que les parties

non abandonnées des réflexions de l'image cible.

9.- Procédé pour déterminer optiquement la topologie d'un oeil, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: a) projeter, vers l'oeil, une image cible : i: :: :: l: :

: X:{: 0:::

:: E:: 0:.:

:::: S:

:: ::::: ::::: f f :: : f s

::::::

::: :: : 10 ::: :::: : f: : 0:: :: ::: :::: :

E:: 15

: : ::: : f 0::: R:: g ::0::i:20 :::: =: \: : u: :: 0 g:, : :

0:::E:

::: 25

:: :

0 > D:: S

: : :: L: f

: \ 0 0 X X

::: \.. \ : ::: : \: f 0 :

:::::: D

:: fortement focalisée dans une surface d'image; b) déplacer relativement la surface de l'image et l'oeil de manière que ladite surface de l'image se déplace au moins à travers une partie dudit oeil; c) détecter la réflexion de ladite image cible par ledit oeil; et

d) produire une représentation de l'emplacement des parties au point de ladite réflexion de ladite image cible par rapport à un point de référence pour un certain nombre de positions relatives de la surface d'image et de l'oeil.

10.- Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend de plus les étapes de: e) surveiller les directions du mouvement des parties au point tandis que la surface d'image de l'oeil sont déplacés relativement l'un à l'autre; et

f) négliger, afin de produire ladite représentation, tout mouvement des parties au point o la totalité desdites parties au point se déplacent dans la même direction.

11.- Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend de plus l'étape de:

g) utiliser ladite représentation pour produire des données topologiques pour ledit oeil.

12.- Procédé selon la revendication 11,

caractérisé en ce que les données topologiques précitées sont une représentation tomographique de l'oeil.