Brevet FR3036607A1 — publié le 20161202

Dispositif de détection d'un état de la cornée de l'oeil et procédé associé La présente invention concerne un dispositif de détection d'un état de la cornée de l'oeil et un procédé associé. Lors de l'examen de l'oeil chez un ophtalmologiste, ce dernier examine généralement par une simple analyse de visu la cornée, par l'intermédiaire de la biomicroscopie de la lampe à fente, pour voir si elle est abîmée ou pas. Cette technique ne demande que peu d'entraînement, mais elle ne permet pas une analyse précise de la cornée. En particulier, cet examen de visu ne permet pas de déceler de faibles altérations non visibles à l'oeil nu par l'ophtalmologiste, qui sont par exemple des prémisses d'une complication potentiellement plus grave. Il existe d'autres techniques d'analyse plus sophistiquées et complètes comme par exemple la microscopie spéculaire sans contact. Toutefois, cette technique est complexe, onéreuse et longue. Certes, la microscopie spéculaire permet de recueillir des informations qualitatives (morphologie cellulaire) et quantitatives (densité cellulaire) à partir de l'image endothéliale, mais elle permet seulement un examen d'une petite partie de surface d'environ lmm2 et se résume le plus souvent au comptage de cellules cornéennes par unité de surface. La présente invention vise à proposer un dispositif permettant de déceler de manière fiable une altération de la cornée à un stade précoce. A cet effet, la présente invention propose un dispositif de détection d'un état de la cornée de l'oeil comprenant une unité d'imagerie de contraste à granularité laser (« speckle imaging unit» en anglais), présentant - une source de rayonnement électromagnétique cohérent destiné à éclairer la cornée de l'oeil, 3036607 2 - un détecteur d'au moins une image de chatoiement (speckle en anglais) diffusée par la cornée de l'ceil, - une unité de traitement de l'image de chatoiement (« speckle image » en anglais) configurée pour établir un histogramme 5 normalisé de l'image de chatoiement (« speckle image » en anglais), et pour déterminer l'ordre de la loi Gamma permettant d'extrapoler l'histogramme normalisé. Ainsi, le dispositif de détection d'un état de la cornée de l'ceil selon 10 l'invention permet de distinguer de manière rapide et efficace si une cornée est saine ou si une cornée présente un état altérée. En effet, les inventeurs ont constaté que pour une cornée saine, la lumière diffusée par la cornée provient essentiellement de la surface de la cornée. Dans ce cas, l'ordre de la loi Gamma extrapolant l'histogramme 15 normalisé est N=1. Alors que pour une cornée par exemple mal hydratée ou malade, la cornée révèle une structure plus hétérogène et il s'agit d'une diffusion de volume. Dans ce cas, l'ordre de la loi Gamma extrapolant l'histogramme normalisé est N>1, typiquement N=2 ou N=4. 20 Le dispositif selon l'invention peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison : La source de rayonnement cohérent comprend par exemple un laser. Selon un aspect, la source de rayonnement est quasi monochromatique. 25 Selon un autre aspect, la source de rayonnement cohérent est monochromatique, notamment dans l'ultraviolet, le visible ou dans l'infrarouge. Le dispositif peut en outre comprendre une fibre optique pour acheminer le rayonnement de la source de rayonnement vers la cornée. 3036607 3 Ledit détecteur d'au moins une image de chatoiement (« speckle image » en anglais) comprend par exemple une caméra CCD. Selon encore un autre aspect, le dispositif comprend une tête de mesure intégrant ledit détecteur d'au moins une image de chatoiement 5 et au moins une partie de la fibre optique, la sortie de la fibre optique et ledit détecteur étant maintenus dans une position de mesure l'un par rapport à l'autre. L'invention concerne également un procédé de détection d'un état de la cornée de l'ceil à l'aide d'une unité d'imagerie de contraste à granularité 10 laser (« speckle imaging unit» en anglais), dans lequel - on soumet la cornée de l'ceil à observer à un rayonnement électromagnétique cohérent, - on détecte au moins une image de chatoiement (speckle en anglais) diffusée par la cornée de l'oeil, 15 - on exploite l'image de chatoiement (speckle en anglais) en établissant un histogramme normalisé, - on extrapole l'histogramme par une loi Gamma, l'état de la cornée étant associé à un premier état si la loi Gamma extrapolé est d'ordre N=1 et l'état de la cornée étant associé à un second 20 état si la loi Gamma extrapolé est d'ordre N>1. Le rayonnement électromagnétique cohérent provient en particulier d'un laser. L'image de chatoiement peut être prise par un appareil de prise de vue présentant un capteur CCD. 25 D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description de l'invention, ainsi que des figures suivantes sur lesquelles : 3036607 4 la figure 1 montre un schéma d'un dispositif de détection d'un état de la cornée de l'oeil selon un mode de réalisation de l'invention, la figure 2 montre un exemple d'une image de chatoiement 5 mesurée, - la figure 3 montre un exemple de histogramme normalisé et extrapolé, et - la figure 4 montre un organigramme des différentes étapes du procédé selon l'invention. 10 Sur les figures, les éléments identiques sont identifiés par les mêmes références. Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de 15 réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres réalisations. Dans la description, on peut indexer certains éléments ou paramètres, 20 comme par exemple premier élément ou second élément ainsi que premier paramètre et second paramètre ou encore premier critère et second critère etc. Dans ce cas, il s'agit d'un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments ou paramètres ou critères proches mais non identiques. Cette indexation n'implique pas une priorité d'un élément, 25 paramètre ou critère par rapport à un autre et on peut aisément interchanger de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. La figure 1 présente un exemple d'un dispositif 1 de détection d'un état de la cornée 3 de l'ceil 5. Sur ce schéma, l'ceil 5 est représenté partiellement 30 et schématiquement avec en outre l'iris 7 et le cristallin 9. 3036607 Ce dispositif comprend une unité 11 d'imagerie de contraste à granularité laser (« speckle imaging unit » en anglais). Cette unité 11 d'imagerie de contraste à granularité laser comprend une source 13 d'un rayonnement cohérent électromagnétique destiné à 5 éclairer la cornée 3 de l'ceil 5. Cette source 13 de rayonnement cohérent peut être un laser, voire toute autre source de pureté spectrale donnant lieu à la présence d'images de chatoiement (« speckle images » en anglais). De façon classique la source est continue, mais elle peut aussi être pulsée à condition que la durée du pulse n'altère pas significativement la pureté 10 spectrale, conformément à la relation temps fréquence. A noter que pour un laser HeNe standard, la largeur de raie de la source de rayonnement 13 est de l'ordre du picomètre. Enfin, la longueur d'onde d'émission sera généralement comprise entre l'utraviolet et l'infra-rouge, et on pourra utiliser une émission autour des sources à bas coût (He-Ne, diodes...). 15 En effet, il est important que la puissance du rayonnement incident ne soit pas trop importante pour ne pas causer des dommages à l'ceil 5 lors de la mesure. Pour cela on pourra se baser sur les normes en vigueur dans le domaine de la protection optique de l'ceil. A noter que l'on peut réduire considérablement la puissance incidente, dans la mesure où l'on 20 peut augmenter parallèlement le temps d'intégration de la matrice CCD. Comme on le voit sur la figure 1, la source de rayonnement électromagnétique cohérent 13 n'est pas placée directement devant l'ceil 5 pour la mesure, mais une fibre optique 14 est interposée entre la source de rayonnement cohérent 13 et l'oeil 5 pour guider et acheminer la lumière 25 émise par la source 13 vers l'ceil 5. Toutefois, en variante l'éclairage peut aussi avoir lieu directement, sans fibre. L'unité 11 d'imagerie de contraste à granularité laser comprend de plus un détecteur 15 d'au moins une image de chatoiement diffusée par la cornée de l'ceil. Le détecteur 15 est par exemple un appareil de prise de 3036607 6 vue équipé d'un capteur CCD (pour « Charge coupled device » en anglais), comme une caméra CCD. Le cas échéant, ce détecteur matriciel peut être linéaire (enregistrement par lignes de pixels), ou remplacé par tout système de détection matriciel ou linéaire. 5 L'unité 11 d'imagerie comprend en outre une unité 17 de traitement de l'image de chatoiement reliée au détecteur 15 qui lui transmet les prises d'image sous forme de données. Cette unité de traitement 17 est configurée pour établir un histogramme normalisé de l'image de chatoiement, et pour déterminer l'ordre de la loi Gamma, également appelé 10 distribution Gamma dans la théorie des probabilités, permettant d'extrapoler l'histogramme normalisé. Selon le mode de réalisation de la figure 1, le dispositif 1 comprend une tête de mesure 19 intégrant ledit détecteur 15 d'au moins une image de chatoiement et au moins une partie de la fibre optique 14. La sortie de 15 la fibre optique 14 et ledit détecteur 15 sont maintenus dans une position de mesure l'un par rapport à l'autre. La valeur de l'angle de détection peut être choisie quasi-arbitrairement dans la plage angulaire, de même que l'angle d'éclairage. De façon générale pour des raisons pratiques l'éclairage pourra être en incidence quasi-normale, et la détection se fera dans une 20 direction prise entre 15° et 45° On note que dans le cas d'une source de rayonnement 13 ayant une largeur de raie plus importante, on peut placer un filtre interférentiel à bande étroite en sortie de la source de rayonnement 13 ou devant le détecteur 15. 25 La figure 2 présente un exemple d'une image de chatoiement enregistrée d'une dimension d'environ 13mm x 13mm par un appareil de prise de vue à capteur CCD. On distingue clairement le caractère « granuleux » de l'image qui est une caractéristique de l'image de 3036607 7 chatoiement. On peut ainsi prendre en compte une grande partie de la cornée 3, voir la totalité de la surface de la cornée 3. A partir d'une telle image de chatoiement, on établit un histogramme, c'est-à-dire que l'on évalue, pour chaque niveau d'intensité 5 mesuré I, le nombre de points N(1) pour lesquels ce niveau est obtenu et en normalisant, on peut transformer l'histogramme en loi de densité de probabilité (pdf - « propability density function » en anglais), ce qui est montré sur la figure 3. Les mesures peuvent alors être extrapolées par une loi Gamma : NNi1e (I) - 10 où N est l'ordre de la loi Gamma. En extrapolant les points de mesure de l'histogramme normalisé, on peut donc déterminer l'ordre de la loi Gamma. Sur la figure 3, on a tracé un premier histogramme normalisé de 15 mesures 50 qui peut être extrapolé par une loi Gamma d'ordre N=1 et un second histogramme de mesures 52 qui peut être extrapolé par une loi Gamma d'ordre N=2. Bien entendu, lorsque l'on réalise les mesures, on ne détecte qu'un seul histogramme de mesure. 20 De plus, les étapes de traitement de l'image de chatoiement, notamment pour établir l'histogramme normalisé et pour extrapoler l'histogramme normalisé sont réalisées par l'unité 17 de traitement qui 3036607 8 comprend à cet effet des moyens de calcul et de traitement, notamment un microprocesseur et des mémoires chargées d'un logiciel à cet effet. Les inventeurs ont constaté que lorsque l'ordre de la loi Gamma est N=1 (courbe 50), la diffusion détectée est une diffusion de surface provenant 5 de la surface de la cornée 3. Dans ce cas, il s'agit d'une cornée saine et bien hydratée. Lorsque l'ordre de la loi Gamma est N>1, par exemple N=2, 4, la diffusion détectée est une diffusion provenant du volume de la cornée 3 et plus particulièrement de ses hétérogénéités. 10 En d'autres termes, la loi Gamma fournit une information sur l'origine de la lumière diffusée, tout en quantifiant le niveau d'hétérogénéité, qui est caractéristique de la microstructure de la cornée 3. Ainsi, en soumettant la cornée 3 de l'oeil 5 à un dispositif 1 selon l'invention, on peut déterminer assez facilement toute altération de ladite 15 cornée 3, ceci avant même que les examens connus permettent de voir des dommages de cornée déjà plus importants. Ceci permet à un médecin de prescrire des traitements préventifs pour stabiliser voir améliorer l'état de la cornée 3. On peut donc diminuer par une détection précoce et un traitement adapté la nécessité de recourir à des 20 interventions plus lourdes par exemple du type chirurgicale. Un examen avec le dispositif 1 selon l'invention permettrait également de détecter l'effet d'une lentille corrective de vue sur l'ceil. En effet, on peut rapidement détecter si la lentille corrective ne permet pas une hydratation suffisante de la cornée 3, ce qui permettra à l'ophtalmologiste de choisir un 25 modèle de lentille plus adapté à l'ceil du patient, avant que des dommages irréversibles ne soient produits. 3036607 9 L'invention a également trait à un procédé de détection d'un état de la cornée de l'oeil à l'aide d'une unité d'imagerie de contraste à granularité laser dont les étapes sont illustrées sur le figure 4. Selon une première étape 100, on soumet la cornée 3 de l'oeil 5 à 5 observer à un rayonnement cohérent. Puis selon une étape 102, on détecte au moins une image de chatoiement diffusée par la cornée 3 de l'oeil 5. Lors d'une étape 104, on exploite l'image de chatoiement en établissant 10 d'un histogramme normalisé. Enfin, lors d'une étape 106, on extrapole l'histogramme normalisé par une loi Gamma pour déterminer l'ordre la loi Gamma. On associe l'état de la cornée à un premier état si la loi Gamma extrapolé est d'ordre N=1 et l'on associe l'état de la cornée à un second état si 15 la loi Gamma extrapolé est d'ordre N>1. On comprend donc que le dispositif selon l'invention donne à un médecin un outil de détection préventif précieux permettant de détecter facilement une altération, même faible de la cornée 3. De plus, la détection peut être réalisée de façon non-intrusive et rapide 20 directement sur un patient sans que celui-ci soit gêné. Enfin, on peut élargir l'application du dispositif de détection et du procédé associé à des tissus biologiques autres que la cornée, comme par exemple des tissus d'animaux ou végétaux. Ainsi, on peut appliquer le dispositif ou le procédé pour analyser de la 25 matière végétale (feuilles, plantes, racines, tiges...) sur des échantillons prélevés ou bien en temps réel (dans les champs/récoltes). La loi Gamma régissant l'histogramme d'image de chatoiement sera pilotée par la structure 3036607 10 de ce tissu biologique, structure qui dépend de sa nature, de son état de stress, de son environnement, et du niveau de maturation. REVENDICATIONS1. Dispositif (1) de détection d'un état de la cornée (3) de l'oeil (5) comprenant une unité (11) d'imagerie de contraste à granularité laser, présentant - une source (13) de rayonnement électromagnétique cohérent destiné à éclairer la cornée (3) de l'oeil (5), - un détecteur (15) d'au moins une image de chatoiement diffusée par la cornée (3) de l'oeil (5), - une unité (17) de traitement de l'image de chatoiement configurée pour établir un histogramme normalisé de l'image de chatoiement, et pour déterminer l'ordre de la loi Gamma permettant d'extrapoler l'histogramme normalisé. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source (13) de rayonnement cohérent comprend un laser. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la source (13) de rayonnement est quasi monochromatique. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la source (13) de rayonnement cohérent est monochromatique, notamment dans l'ultraviolet, le visible ou dans l'infrarouge. 5. Dispositif selon la quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une fibre optique (14) pour acheminer le rayonnement de la source (13) de rayonnement vers la cornée (3). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit détecteur (15) d'au moins une image de chatoiement comprend une caméra CCD. 7. Dispositif selon la revendication 5 prise ensemble avec l'une quelconque des revendications 1 à 4, ou 6, caractérisé en ce qu'il 3036607 12 comprend une tête de mesure (19) intégrant ledit détecteur (15) d'au moins une image de chatoiement et au moins une partie de la fibre optique (14), la sortie de la fibre optique (14) et ledit détecteur (15) étant maintenus dans une position de mesure l'un par rapport à 5 l'autre. 8. Procédé de détection d'un état de la cornée de l'ceil à l'aide d'une unité d'imagerie de contraste à granularité laser, dans lequel - on soumet la cornée de l'ceil à observer à un rayonnement 10 électromagnétique cohérent (100), - on détecte au moins une image de chatoiement diffusée par la cornée de l'ceil (102), - on exploite l'image de chatoiement en établissant un histogramme normalisé (104), 15 - on extrapole l'histogramme par une loi Gamma (106), l'état de la cornée étant associé à un premier état si la loi Gamma extrapolé est d'ordre N=1 et l'état de la cornée étant associé à un second état si la loi Gamma extrapolé est d'ordre N>1. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le 20 rayonnement électromagnétique cohérent provient d'un laser. 10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que l'image de chatoiement est prise par un appareil (15) de prise de vue présentant un capteur CCD. 25