EP2405798B1

System and method for characterizing a cornea

Abstract

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EP2405798B1, drawing sheet 1
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Expires 4 March 2030.

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10 claims: 10 independent, 0 dependent

  1. 1
    A method for generating a map of a cornea (14,56,732) of an eye, the cornea (14,56,732) having an anterior surface (12), a posterior surface (16), and an interior region (13) between the anterior (12) and posterior surfaces (16), the method comprising the steps of:a) illuminating a portion of the cornea (14,56,732) by scanning focused infrared light (40,720) in a plurality of different planes within said portion of the cornea (14,56,732) that are substantially perpendicular to an optical axis of the eye, said plurality of different planes intersecting the anterior surface (12), the posterior surface (16), and/or the interior region (13), wherein the infrared light (40,720) is of a wavelength that generates fluorescent light from the portion of the cornea (14,56,732) illuminated;b) detecting the fluorescent light and detecting and evaluating a Two Photon Excited Fluorescence imaging, TPEFi, signal, and a Second Harmonic Generation imaging, SHGi, signal, generated by nonlinear optical processes from the portion of the cornea (14,56,732) illuminated;c) determining the shape of the cornea and, using the TPEFi signal, determining a spatially resolved thickness measurement of the portion of the (14,56,732) illuminated from the detected fluorescent light;d) determining from the SHGi signal the three dimensional layered structure of corneal stroma tissue in the portion of the cornea (14,56,732) illuminated;e) deriving, from the detected signals, a spatial distribution of the refractive index n(x,y) inside the cornea and optical path lengths (76) for the portion of the cornea (14,56,732) illuminated;f) using the derived optical path lengths (76) to generate a map of the anterior surface (12), posterior surface (16) and the interior region (13) for the portion of the cornea (14,56,732) illuminated. Ein Verfahren für die Erstellung einer Karte einer Hornhaut (14,56,732) eines Auges, die Hornhaut (14,56,732) hat dabei eine Vorderfläche (12), eine Hinterfläche (16) und einen Innenbereich (13) zwischen der Vorder- (12) und der Hinterfläche (16), das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: a) die Beleuchtung eines Teils der Hornhaut (14,56,732) durch Scannen eines gebündelten Infrarotlichts (40,720) in einer Vielzahl verschiedener Ebenen innerhalb des besagten Teils der Hornhaut (14,56,732), die im Wesentlichen rechtwinklig zu einer Sehachse des Auges liegen, diese Vielzahl verschiedener Ebenen durchschneidet dabei die Vorderfläche (12), die Hinterfläche (16) und/oder den Innenbereich (13), wobei das Infrarotlicht (40,720) eine Wellenlänge hat, die fluoreszierendes Licht aus dem Teil der beleuchteten Hornhaut (14,56,732) erzeugt;b) die Erkennung des fluoreszierenden Lichts und die Erkennung und Beurteilung eines Zwei-Photonen-Anregungs-Fluoreszenz-Bildgebungs-TPEFi-Signals und eines Frequenzverdopplungs-Bildgebungs-SHGi-Signals, die durch nichtlineare optische Prozesse aus dem Teil der beleuchteten Hornhaut (14,56,732) erzeugt werden;c) die Bestimmung der Form der Hornhaut und, unter Verwendung des TPEFi-Signals, die Bestimmung einer räumlich aufgelösten Dickenmessung des Teils der beleuchteten [Hornhaut] (14,56,732) aus dem erfassten fluoreszierenden Licht;d) die Bestimmung aus dem SHGi-Signal der dreidimensionalen geschichteten Struktur des Hornhaut-Stromagewebes im Teil der beleuchteten Hornhaut (14,56,732);e) die Ableitung, aus den erfassten Signalen, einer räumlichen Verteilung des Brechungsindex n(x,y) innerhalb der Hornhaut und der optischen Pfadlängen (76) für den Teil der beleuchteten Hornhaut (14,56,732);f) die Verwendung der abgeleiteten optischen Pfadlängen (76), um eine Karte der Vorderfläche (12), der Hinterfläche (16) und des Innenbereichs (13) für den Teil der beleuchteten Hornhaut (14,56,732) zu erzeugen. Un procédé de génération d'une cartographie d'une cornée (14, 56, 732) d'un oeil, la cornée (14, 56, 732) possédant une surface antérieure (12), une surface postérieure (16) et une zone intérieure (13) entre les surfaces antérieure (12) et postérieure (16), le procédé comprenant les opérations suivantes : a) l'éclairage d'une partie de la cornée (14, 56, 732) par le balayage d'une lumière infrarouge focalisée (40, 720) dans une pluralité de plans différents à l'intérieur de ladite partie de la cornée (14, 56, 732) qui sont sensiblement perpendiculaires à un axe optique de l'oeil, ladite pluralité de plans différents intersectant la surface antérieure (12), la surface postérieure (16) et/ou la zone intérieure (13), où la lumière infrarouge (40, 720) est d'une longueur d'onde qui génère une lumière fluorescente à partir de la partie de la cornée (14, 56, 732) éclairée, b) la détection de la lumière fluorescente et la détection et l'évaluation d'un signal d'imagerie de fluorescence excitée à deux photons, TPEFi, et un signal d'imagerie de génération de deuxième harmonique, SHGi, générés par des procédés optiques non linéaires à partir de la partie de la cornée (14, 56, 732) éclairée,c) la détermination de la forme de la cornée et, au moyen du signal TPEFi, la détermination d'une mesure d'épaisseur spatialement résolue de la partie de la cornée (14, 56, 732) éclairée à partir de la lumière fluorescente détectée,d) la détermination à partir du signal SHGi de la structure en couches tridimensionnelle du tissu de stroma cornéen dans la partie de la cornée (14, 56, 732) éclairée,e) la dérivation, à partir des signaux détectés, d'une distribution spatiale de l'indice de réfraction n(x,y) à l'intérieur de la cornée et de longueurs de trajets optiques (76) pour la partie de la cornée (14, 56, 732) éclairée,f) l'utilisation des longueurs de trajets optiques dérivées (76) de façon à générer une cartographie de la surface antérieure (12), de la surface postérieure (16) et de la zone intérieure (13) pour la partie de la cornée (14, 56, 732) éclairée.
  2. 2
    Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Erfassungsschritt die Erfassung jedes erzeugten grünen Lichts aufweist, wobei das Vorhandensein von grünem Licht die Vorder-(12) oder Hinterfläche (16) der Hornhaut (14,56,732) anzeigt. Le procédé selon la Revendication 1 où l'opération de détection comprend la détection de toute lumière verte générée, où la présence de lumière verte indique les surfaces antérieure (12) ou postérieure (16) de la cornée (14, 56, 732). The method of claim 1 wherein the detecting step comprises detecting any generated green light, wherein the presence of green light indicates the anterior (12) or posterior (16) surfaces of the cornea (14,56,732).
  3. 3
    Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt zur Bestimmung der optischen Pfadlänge die Erfassung jedes erzeugten blauen Lichts aufweist, wobei das Vorhandensein von blauem Licht Kollagenlamellen in der Hornhaut (14,56,732) anzeigt. Le procédé selon la Revendication 1 où l'opération de détermination de la longueur de trajet optique comprend la détection de toute lumière bleue générée, où la présence de lumière bleue indique la présence de lamelles de collagène dans la cornée (14, 56, 732). The method of claim 1 wherein the step of determining the optical path length comprises detecting any generated blue light, wherein the presence of blue light indicates the presence of collagen lamellae in the cornea (14,56,732).
  4. 4
    Das Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei das blaue Licht eine Wellenlänge von ungefähr 390 Nanometern hat. Le procédé selon la Revendication 3 où la lumière bleue possède une longueur d'onde d'environ 390 nanomètres. The method of claim 3 wherein the blue light has a wavelength of about 390 nanometers.
  5. 5
    Das Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei das grüne Licht eine Wellenlänge von ungefähr 530 Nanometern und das Infrarotlicht eine Wellenlänge von ungefähr 780 Nanometern hat. Le procédé selon la Revendication 2 où la lumière verte possède une longueur d'onde d'environ 530 nanomètres et la lumière infrarouge possède une longueur d'onde d'environ 780 nanomètres. The method of claim 2 wherein the green light has a wavelength of about 530 nanometers and the infrared light has a wavelength of about 780 nanometers.
  6. 6
    Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt f) darüberhinaus die Bestimmung einer dreidimensionalen Verteilung des Brechungsindex im Teil der beleuchteten Hornhaut aus den abgeleiteten optischen Pfadlängen in dem Teil der beleuchteten Hornhaut einschließt. Le procédé selon la Revendication 1 où l'opération f) comprend en outre la détermination d'une distribution tridimensionnelle d'un indice de réfraction dans la partie de la cornée éclairée à partir des longueurs de trajets optiques dérivées dans la partie de la cornée éclairée. The method of claim 1 wherein step f) further includes determining a three dimensional distribution of refractive index in the portion of the cornea illuminated from the derived optical path lengths in the portion of the cornea illuminated.
  7. 7
    Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Wellenlänge des Infrarotlichts bei ungefähr 750-800 nm und wobei die Wellenlänge des Infrarotlichts vorzugsweise bei ungefähr 780 nm liegt. Le procédé selon la Revendication 1 où la longueur d'onde de la lumière infrarouge est d'environ 750 à 800 nm et où la longueur d'onde de la lumière infrarouge est de préférence d'environ 780 nm. The method of claim 1 wherein the wavelength of the infrared light is about 750-800 nm, and wherein the wavelength of the infrared light is preferably about 780 nm.
  8. 8
    Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Infrarotlicht als Impuls mit einer Dauer von ungefähr 50 bis ungefähr 100 Femtosekunden und einem Energieniveau von mindestens 0,2 nJ ausgestrahlt wird. Le procédé selon la Revendication 1 où la lumière infrarouge est émise sous la forme d'impulsions possédant une durée d'environ 50 à environ 100 femtosecondes et un niveau d'énergie d'au moins 0,2 nJ. The method of claim 1 wherein the infrared light is emitted as pulses having a duration of about 50 to about 100 femtoseconds and an energy level of at least 0.2 nJ.
  9. 9
    Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Infrarotlicht ungefähr 50 Millionen Impulse pro Sekunde bei einer Wellenlänge von 780 nm erzeugt, mit einer Impulslänge von ungefähr 50 Femtosekunden und einem Energieniveau von ungefähr 10 nJ. Le procédé selon la Revendication 1 où la lumière infrarouge génère environ 50 millions d'impulsions par seconde à une longueur d'onde de 780 nm possédant une durée d'impulsion d'environ 50 femtosecondes et un niveau d'énergie d'environ 10 nJ. The method of claim 1 wherein the infrared light generates about 50 million pulses per second at a wavelength of 780 nm having a pulse length of about 50 femtoseconds and an energy level of about 10 nJ.
  10. 10
    Apparatus arranged to generate a map of a cornea (14,56,732) of an eye, the cornea (14,56,732) having an anterior surface (12), a posterior surface (16), and an interior region (13) between the anterior (12) and posterior surfaces (16), the apparatus comprising:a) a laser (704) for illuminating a selected portion of the cornea (14,56,732) with infrared light (40,720) of a wavelength that generates fluorescent light from the portion of the cornea (14,56,732) illuminated;b) focusing means (742,744) for focusing the infrared light (40,720) on the selected portion of the cornea (14,56,732);c) a scanning and control unit (706) for scanning the focused infrared light (40,720) in a plurality of different planes within the selected portion of the cornea (14,56,732) that are substantially perpendicular to an optical axis of the eye, said plurality of different planes intersecting the anterior surface (12), the posterior surface (16), and/or the interior region (13),d) a photodetector (786) for detecting the fluorescent light and a Two Photon Excited Fluorescence imaging, TPEFi, signal and a Second Harmonic Generation imaging, SHGi, signal generated by nonlinear optical processes from the portion of the cornea (14,56,732) illuminated;ande) a computerized control unit that 1) evaluates the SHGi and TPEFi signals generated from the portion of the cornea (14,56,732) illuminated;2) determines the shape of the cornea and, using the TPEFi process, determines a spatially resolved thickness measurement of the cornea (14,56,732) illuminated from the detected fluorescent light;3) determines from the SHGi signal the three dimensional layered structure of corneal stroma tissue in the portion of the cornea (14,56,732) illuminated;4) deriving from the detected signals a spatial distribution of the refractive index n(x,y) inside the cornea, optical path lengths (76) for the portion of the cornea (14,56,732) illuminated from the detected fluorescent light and SHGi signal;and5) generates a map of the anterior surface (12), posterior surface (16) and the interior region (13) from the derived optical path lengths (76) for the portion of the cornea (14,56,732) illuminated. Ein Apparat, der so angeordnet ist, dass er eine Karte einer Hornhaut (14,56,732) eines Auges erstellt, die Hornhaut (14,56,732) hat dabei eine Vorderfläche (12), eine Hinterfläche (16) und einen Innenbereich (13) zwischen der Vorder- (12) und der Hinterfläche (16), der Apparat weist Folgendes auf: a) einen Laser (704) für die Beleuchtung eines ausgewählten Teils der Hornhaut (14,56,732) mit Infrarotlicht (40,720) einer Wellenlänge, die fluoreszierendes Licht aus dem Teil der beleuchteten Hornhaut (14,56,732) erzeugt;b) eine Fokussierungsvorrichtung (742,744) für die Fokussierung des Infrarotlichts (40,720) auf dem ausgewählten Teil der Hornhaut (14,56,732);c) eine Scan- und Steuereinheit (706) für das Scannen des gebündelten Infrarotlichts (40,720) in einer Vielzahl von verschiedenen Ebenen innerhalb des ausgewählten Teils der Hornhaut (14,56,732), die im Wesentlichen rechtwinklig zu einer Sehachse des Auges verlaufen, diese Vielzahl verschiedener Ebenen durchschneidet dabei die Vorderfläche (12), die Hinterfläche (16) und/oder den Innenbereich (13),d) einen Fotodetektor (786) für die Erfassung des fluoreszierenden Lichts und eines Zwei-Photonen-Anregungs-Fluoreszenz-Bildgebungs-TPEFi-Signals und eines Frequenzverdopplungs-Bildgebungs-SHGi-Signals, die durch nichtlineare optische Prozesse aus dem Teil der beleuchteten Hornhaut (14,56,732) erzeugt werden;unde) eine rechnergestützte Steuereinheit, die 1) das SHGi- und TPEFi-Signal, die aus dem Teil der beleuchteten Hornhaut (14,56,732) erzeugt werden, bewertet;2) die Form der Hornhaut bestimmt und, unter Verwendung des TPEFi-Prozesses, eine räumlich aufgelöste Dickenmessung der beleuchteten Hornhaut (14,56,732) aus dem erfassten fluoreszierenden Licht bestimmt;3) aus dem SHGi-Signal die dreidimensionale geschichtete Struktur des Hornhaut-Stromagewebes im Teil der beleuchteten Hornhaut (14,56,732) bestimmt;4) aus den erfassten Signalen eine räumliche Verteilung des Brechungsindex n(x,y) innerhalb der Hornhaut, die optischen Pfadlängen (76) für den Teil der beleuchteten Hornhaut (14,56,732) aus dem erfassten fluoreszierenden Licht und das SHGi-Signal ableitet;und5) eine Karte der Vorderfläche (12), der Hinterfläche (16) und des Innenbereichs (13) aus den abgeleiteten optischen Pfadlängen (76) für den Teil der beleuchteten Hornhaut (14,56,732) erzeugt. Un appareil agencé de façon à générer une cartographie d'une cornée (14, 56, 732) d'un oeil, la cornée (14, 56, 732) possédant une surface antérieure (12), une surface postérieure (16) et une zone intérieure (13) entre les surfaces antérieure (12) et postérieure (16), l'appareil comprenant : a) un laser (704) destiné à l'éclairage d'une partie sélectionnée de la cornée (14, 56, 732) avec une lumière infrarouge (40, 720) d'une longueur d'onde qui génère une lumière fluorescente à partir de la partie de la cornée (14, 56, 732) éclairée,b) un moyen de focalisation (742, 744) destiné à la focalisation de la lumière infrarouge (40, 720) sur la partie sélectionnée de la cornée (14, 56, 732),c) une unité de commande et de balayage (706) destinée au balayage de la lumière infrarouge focalisée (40, 720) dans une pluralité de plans différents à l'intérieur de la partie sélectionnée de la cornée (14, 56, 732) qui sont sensiblement perpendiculaires à un axe optique de l'oeil, ladite pluralité de plans différents intersectant la surface antérieure (12), la surface postérieure (16) et/ou la zone intérieure (13),d) un photodétecteur (786) destiné à la détection de la lumière fluorescente et d'un signal d'imagerie de fluorescence excitée à deux photons, TPEFi, et d'un signal d'imagerie de génération de deuxième harmonique, SHGi, générés par des procédés optiques non linéaires à partir de la partie de la cornée (14, 56, 732) éclairée, ete) une unité de commande informatisée qui 1) évalue les signaux SHGi et TPEFi générés provenant de la partie de la cornée (14, 56, 732) éclairée,2) détermine la forme de la cornée et, au moyen du procédé TPEFi, détermine une mesure d'épaisseur spatialement résolue de la cornée (14, 56, 732) éclairée à partir de la lumière fluorescente détectée,3) détermine à partir du signal SHGi la structure en couches tridimensionnelle d'un tissu de stroma cornéen dans la partie de la cornée (14, 56, 732) éclairée,4) la dérivation à partir des signaux détectés d'une distribution spatiale de l'indice de réfraction n(x,y) à l'intérieur de la cornée, de longueurs de trajets optiques (76) pour la partie de la cornée (14, 56, 732) éclairée à partir de la lumière fluorescente détectée et du signal SHGi, et5) génère une cartographie de la surface antérieure (12), de la surface postérieure (16) et de la zone intérieure (13) à partir des longueurs de trajets optiques dérivées (76) pour la partie de la cornée (14, 56, 732) éclairée.