Topographie cornéenne par mesure de front d’onde

Laurent KoechlinObservatoire Midi-Pyrénées Toulouse

Topographie cornéenne mesure de front d’onde appliquée au vivant

La cornée de l’oeil : son principal dioptrre

Principe de la mesure

Contraintes liées au vivant

Asservissements et acquisition

Traitement des données

Mise en forme et présentation des résultats

Historique et spécifications initiales du prototype

Les systèmes de mesure précédents

La cornée : principal dioptrre de l’oeil

Caractéristiques moyennes de l’œil humain :Diamètre du globe oculaire (et focale de l’œil) : 25 mmDiamètre de la cornée : 12 mmRayon de courbure moyen de la cornée : 7.8 mmLe centre de courbure de la cornée se situe approximativement 4 mm en arrière de la face antérieure du cristallin.

Les systèmes de mesure précédents

Exemple : les anneaux de Placido.Mesure géométrique du reflet de la mire sur la cornée

Peu de points de mesure,donne la pente relative de la cornée par rapport à une surface de référence.

Mesure de la cornée par front d’onde réfléchi

Champ : circulaire de 11 mm

Précision en altitude sur la cornée : 10 µm

Echantillonnage : pas de 100 µm en X et Y

Résultats en temps réel

Utilisable en salle d’opération sans que le patient ait à coopérer.

Idée de départ : 1996 (L.Koechlin et N.Schmutz)

Contrat MORIA 1998-2000 (L.Koechlin et E.Gril)

Spécifications initiales

Prototype opérationnel depuis juin 2000.

Financement du prototypeContrat de 675 kF avec MORIA

Schéma optique

collimateur

500 mm

L1

Trou source 200 µm

Condenseur

Lampe halogène50 W

oeilL2

Caméra 1coupe intrafocale

Caméra 2coupe extrafocale

Asservissements X Y Z

Rayons en incidence normale

sur la cornée

Prototype lampetrou source

collimateur

caméras

Asservissement XYZ

Contraintes liées au vivant

Mobilité incontrôlée des surfaces optiques

Fragilité de la rétine à l’éclairement, focalisation du faisceau dans le cristallin

Faible réflectivité de la cornée (du film de larmes qui forme son dioptre)

=> Asservissement du collimateur en position dans les trois dimensions

=> Éclairement halogène de faible puissance

=> Caméras sensibles

Forte convexité de la cornée

Schéma logique

Acquisition

Acquisition

Détermination des supports

Détermination des barycentres supports

Platines X, Y

Platine Z

Pré-filtrage, seuillage

Soustraction des offsets caméras

Détermination des surfaces des supports

images brutes

consignes de centrage

consignes de focalisation

images brutes

MODULE 1 : ASSERVISSEMENT , CENTRAGE , ET ACQUISITION DES DONNÉES

images recentrées

supports recentrés

Module de

pilotage

position de l'objectif collimateur

Normalisation et soustraction

moyenne d'images en RAM

MODULE 2 : CALCUL DU FRONT D'ONDE

Calcul du front d'onde et de la courbure

Affichage des résultats

images recentrées

supports recentrés

position de l'objectif collimateur

Asservissement du faisceau sur la position de l’oeil

A partir du décalage de l’enveloppe du faisceau entre intrafocal et extrafocal

A partir de la différence de surface des enveloppes intrafocales et extrafocales

calcul des consignes d’asservissement X et Y.

calcul de la consigne d’asservissement en Z.

Acquisition des coupes de faisceauet calcul du front d’onde

30 images par seconde pendant un seconde sur les deux coupes en parallèle

Seuillage, fermeture des enveloppes, asservissement du collimateur

Calcul du Laplacien initial par soustraction des coupes

Calcul du front d’onde à partir du Laplacien et des enveloppes

Stockage et moyenne des coupes

Premiers tests sur l’oeil

Calibration avant chaque mesure

Pin Pex

zinzex

P’’in = image de Pin

plan imageplans objet

position « mesure »

La calibration:- donne accès aux défauts propres du système optique de l’appareil,

- permet de mesurer le rayon de courbure moyen de la cornée.

caméra

Position « calibration »

mise en forme des résultatsau standard ophtalmologique

La puissance optique d’un dioptre s’exprime en dioptries par :P = (n-1) / R (rayon de courbure en mètres)R = [1 + (df/dr)2]3/2 / (d2f / dr2)

L’indice de réfraction réel de la cornée est n = 1.376.Pour tenir compte de la puissance optique de la face postérieure, on utilise un indice de réfraction de 1.3375

Le front d’onde doit être exprimé en dioptries  sur une coupe radialepassage en échantillonnage radial par interpolation de Neuville-Aitkencalcul du rayon de courbure sur chaque méridien

Présentation des résultats

Conclusion

Prototype opérationnel, mais :

trop grande sensubilité aux défauts locaux

le maniement du prototype requiert un entraînement

les irrégularités du film de larmes gênent les mesures

les asservissements doivent être plus robustes

Reprise pour l’optique astronomique