CN103314270A

CN103314270A - 使用光学相干断层摄影术的扫描和处理

Info

Publication number: CN103314270A
Application number: CN2011800582327A
Authority: CN
Inventors: 魏励志; 迈克尔·熙; 戴维·黄; 周茜渊; 赵勇华; 章本魁; 托尼·科
Original assignee: Optovue Inc
Current assignee: Optovue Inc
Priority date: 2010-12-03
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2031-12-02
Also published as: WO2012075467A1; CA2818252A1; EP2646768B1; US20120140174A1; EP2646768A4; EP2646768A1; US8770753B2; JP2014500096A; CN103314270B

Abstract

根据一些实施例，一种眼睛检查的方法包括：利用以眼角膜为中心的扫描图案获取OCT数据，所述扫描图案包括重复r次的n个径向扫描、重复r次的c个圆形扫描、以及n*次光栅扫描，其中将所述扫描图案重复m次，其中每一个扫描包括a次A型扫描，并且其中n是大于等于0的整数，r是大于等于1的整数，c是大于等于0的整数，n*是大于等于0的整数，m是大于等于1的整数，以及a是大于1的整数，选择n、r、c、n*和m的值以提供用于目标测量的OCT数据；以及处理所述OCT数据以获得目标测量。

Description

使用光学相干断层摄影术的扫描和处理

相关申请

该申请要求2010年12月3日递交的美国临时申请No.61/419,800和2011年12月3日递交的美国非临时申请No.13/310,626的优先权，将其全部内容合并在此作为参考。

技术领域

本文描述的实施例总体上涉及针对疾病或任何其他生理情况的诊断和治疗的眼科学中用于收集和处理图像的方法和***。

背景技术

光学相干断层摄影术(OTC)是一种光学信号成像和处理技术，其捕获具有微米分辨率的三维(3D)数据集合。在过去的十五年里，这种OCT成像模态(modality)已经常用于感兴趣对象(例如人眼的视网膜)的非侵入式成像。作为OCT扫描结果的横截面视网膜图像允许用户和临床医生评估眼科领域中的各种视觉病状。然而，由于基于时域技术(TD-OCT)的成像设备的扫描速度限制，只能获得非常有限个数的截面图像用于整个视网膜的评估和检查。新一代的OCT技术，傅里叶域或者光谱域光学相干断层摄影术(FD/SD-OCT)相比TD-OCT显著地改进，减小了OCT的许多限制，例如数据扫描速度和分辨率。现在通过具有约17000至40000次A-型扫描每秒(A-scans per second)的典型扫描速率的FD-OCT可以实现密集光栅扫描或重复横截面扫描的3D数据集合。更新一代的FD-OCT技术将可能进一步将扫描速度增加至约70000至100000次A-型扫描每秒。

因此，需要一种更好且更加***化的***来收集和分析OCT数据。

发明内容

根据一些实施例，一种眼睛检查的方法包括：利用以眼角膜为中心的扫描图案获取OCT数据，所述扫描图案包括重复r次的n个径向扫描、重复r次的c个圆形扫描、以及n*次光栅扫描，其中将所述扫描图案重复m次，其中每一个扫描包括a个A-型扫描(轴向扫描)，并且其中n是大于等于0的整数，r是大于等于1的整数，c是大于等于0的整数，n*是大于等于0的整数，m是大于等于1的整数，以及a是大于1的整数，选择n、r、c、n*和m的值以提供用于目标测量的OCT数据，并且处理所述OCT数据以获得目标测量。

在一些实施例中，OCT成像***包括：OCT成像仪，所述OCT成像仪利用以眼角膜为中心的扫描图案获取OCT数据，所述扫描图案包括重复r次的n个径向扫描、重复r次的c个圆形扫描、以及n*次光栅扫描，其中将所述扫描图案重复m次，其中每一个扫描包括a个A型扫描，并且其中n是大于等于0的整数，r是大于等于1的整数，c是大于等于0的整数，n*是大于等于0的整数，m是大于等于1的整数，以及a是大于1的整数，选择n、r、c、n*和m的值以提供用于目标测量的OCT数据；以及计算机，所述计算机处理所述OCT数据以获得目标测量。

附图说明

图1示出了适用于pachymetry和形貌(topography)的示例扫描配置。

图2示出了适用于角膜屈光力(cornea power)测量的示例扫描配置。

图3a是说明了根据本发明一些实施例的获取pachymetry图像的流程图。

图3b是通过图3a所示的步骤获得的pachymetry图的示例。

图4示出了横截面角膜图像的示例。

图5是说明了根据本发明一些实施例的获取净角膜屈光力的流程图。

图6a说明了OCT成像仪的示例。

图6b说明了OCT成像仪与另一种光学成像模态(modality)的组合。

图7是利用根据一些实施例的角膜形貌成像的视频图像的示例。

图8a、8b和8c示出了针对轴向长度扫描图案同时获取的示例角膜和视网膜图像。

图9a和9b示出了定位视网膜RPE的位置的示例。

图10a和10b示出了定位针对高密度白内障患者的视网膜的RPE的位置的示例。

图11示出了体积轴向长度扫描图案的示例视频图像。

图12示出了作为解剖标志的瞳孔中心和异组织边缘的视频图像，用于本发明一些实施例中的数据配准和运动校正。

图13是说明了根据本发明一些实施例的获取后角膜屈光力和总角膜屈光力图的流程图。

图14示出了根据角-角扫描图案计算的测量ACD和ACW的示例。

图15示出了根据角-角扫描图案计算的测量AOD500、AOD750、TISA500和TISA750的另一个示例。

图16是示出了根据晶状体扫描图案计算的晶状体厚度测量的示例。

图17示出了检测角膜顶点的示例。

图18示出了添加了来自图16的晶状体厚度强度曲线的情况下对强度曲线的轴向长度测量加以表示的示例。

图19示出了适合于青光眼和视网膜的示例性扫描配置。

具体实施方式

光学相干层析摄影术(OCT)技术已经常用于医学工业以在三维(3D)数据集合中获得富含信息的内容。OCT可以用于在外科诊疗期间向导管探针提供成像。在牙齿工业中，OCT已经用于指导牙齿处置。在眼科领域，OCT能够产生精确且高分辨率的3D数据集合，可以用于检测和监测角膜和视网膜中的不同眼病。已经研发了不同的扫描配置用于不同的工业和不同的临床应用。例如，扫描配置已经设计用于获取神经节细胞联合体(GCC)中的信息(参见美国专利申请公开2008/0309881)。已经证明了GCC用于提供对于青光眼疾病的临床诊断有用的精确信息(参见Tan O.等人的[Ophthalmology，116：2305-2314(2009)])。也已经公开了其他有用的扫描配置和方法(例如，参见美国专利No.7,744,221)。

特定的扫描配置可以用于特定的临床应用。在下文中也公开了不同扫描配置的一些实施例。这些扫描配置还将OCT技术扩展用于不同的临床应用，并且还增强了通过OCT技术获得的3D数据集合的质量和信息富裕度。

数据收集***的技术进步能够按照不断增长的速率产生大量的数据。作为这些发展的结果，可以采用多种扫描图案捕获不同方向和方位的感兴趣的不同区域。公开了一种扫描图案设计的***，所述***更加***化地捕获3D数据集合，并且针对不同的临床需求设计标准和一致的扫描图案预期。在一些实施例中，扫描图案实质上覆盖了角膜区域。在一些实施例中，扫描图案包括多个径向线条和至少一个圆，其中所述径向线条在圆心处交叉。在本发明中也公开了用于处理这些3D数据集合的***和方法。在一些实施例中，对OCT图像进行处理，并且确定角膜区域的至少一个特征。

图6a说明了根据本发明一些实施例的OCT成像仪600的示例，所述OCT成像仪可以用于增强OCT数据集合。所述OCT成像仪600包括：光源601，向耦合器603供应光，所述耦合器将光通过采样臂导引至XY扫描604、并且通过参考臂导引至光学延迟605。XY扫描604在对象609(所述对象可以是眼睛)上扫描光，并且收集来自对象609的反射光。从对象609反射的光在XY扫描604中被捕获，并在耦合器603中将其与从光学延迟605反射的光进行组合以产生干涉信号。将干涉信号耦合进入检测器602中。OCT成像仪600可以是时域OCT成像仪，在这种情况下通过对光学延迟605进行扫描获得了深度(或者A型扫描)，或者可以是傅里叶域成像仪，在这种情况下检测器602是捕获随波长变化的干涉信号的光谱仪。在任一种情况下，通过计算机608捕获OCT A-型扫描。将沿XY图案进行的A型扫描的集合在计算机608中用于产生3D OCT数据集合。根据本发明的一些实施例，计算机606也可以用于将3-D OCT数据集合处理成2-D图像。计算机608可以是能够处理数据的任意设备，并且可以包括具有相关联数据存储器(例如存储器、固定存储介质)并支持电路的任意个数的处理器或微控制器。

图6b说明了其中将OCT成像仪600与另一个光学成像仪622相结合的***。例如，光学成像仪622可以是角膜形貌成像仪、视频成像仪、视网膜适配器或者其他光学设备。例如，可以利用分束器620将来自光学成像仪622和OCT600的光束进行组合并且导引至对象609。两个光学成像仪622和OCT600都是可控的，并且在计算机608中获得和处理从光学成像仪622和OCT600的每一个获得的图像。计算机608可以是任意标准的计算机，并且可以包括用户接口，例如键盘、触摸屏、指点设备、视频屏幕和音频设备。计算机608可以包括存储器和固定数据存储设备以便存储和处理图像以及存储和执行用于数据分析和成像仪控制的程序。

A部分.扫描图案的设计

图1说明了根据本发明一些实施例的可以用于图6所示的OCT成像仪600中的示例扫描配置100。扫描配置100满足***化扫描图案设计，适用于获得针对角膜和前段测量的不同测量和应用的OCT数据，例如角膜pachymetry和形貌测量。

如图1所示，扫描配置100包括径向B型扫描(说明了径向扫描101至112)、圆形B型扫描(说明了扫描114-116)以及水平光栅B型扫描(说明了扫描120-134)。通常，在扫描配置100中可以存在任意个数的径向扫描、任意个数的圆形扫描和任意个数的水平扫描。沿着扫描配置100，获得了A型扫描数据。附加地，也可以包括扫描方向(例如垂直扫描)。通常，利用图1所示的通用扫描图案可以设计针对具体分析类型的扫描图案。

扫描图案100由参数表征，即：

●a表示每个B型扫描的A型扫描的个数；

●r表示重复的径向(经线)扫描101-112的个数，其中r＝1，2，3，...，R；

●n表示径向(经线)扫描101-112的个数，其中n＝0，1，2，3，...，N；

●n*表示光栅(水平线)扫描120-134的个数，其中，n*＝0，1，2，3，...，N；

●c表示圆形扫描114-116的个数，其中c＝0，1，2，3，...，C；

●m表示重复的扫描图案100的个数，其中m＝1，2，3，...，M；以及

●t表示总的扫描时间。

这些参数可以根据应用和所需的信息数据进行调节以产生最佳的扫描特征。例如，增加每个B型扫描的A型扫描的个数通常将产生更好质量的图像，但是由于增加了A型扫描的个数可能花费更长的时间t来扫描。增加每一个扫描图案内的重复经线扫描r的个数将可能增加扫描所需数据的时间；然而，r的增加可以允许捕获重要的信息以便在重复的径向扫描之间检测瞬时眼睛移动。按照同样的方式，利用重复的径向扫描获得的附加数据还可以通过针对所重复的数据执行扫描平均来提高扫描质量和可靠性。因为扫描图案100包括径向扫描和圆形扫描，因此OCT数据在扫描图案的中心附近更密，而在***处不密集。增加径向扫描n或圆形扫描c的个数可以增加***处的扫描密度，从而防止了在粗糙扫描配置的情况下不会被检测到的相关特征。优选地，诸如扫描114之类的圆形扫描是与径向扫描(扫描101-112)的中心同轴，并且这种扫描类型可以用于扫描配准和/或数据倾斜检测，例如角膜倾斜检测。径向扫描101-112的长度和圆形扫描114的直径可以进行设计以适合具体的需要。除了光学相干层析摄影术(OCT)之外，上述扫描图案设计可以应用于其他成像形貌，例如超声技术。

总扫描时间t是扫描图案设计时的一个主要关注点。在眼科领域，人眼产生每秒几十次的微颤动运动，并且当总扫描次数增加时通常可以观察到运动伪像。由上述参数[a，r，(n+c)，m]支配的针对整个扫描图案的总扫描时间t由以下公式计算：

t＝(a×r×(n+c)×m)/S，

其中S是所使用的成像***的扫描速度。对于仅进行光栅扫描，总扫描时间变成：

t＝(a×r×n*×m)/S。

应该注意的是扫描段(径向和圆形扫描)的扫描方向和扫描顺序可以布置为将一个扫描段的一个终点与另一个扫描段的起点之间的行进距离最小化。各自包含一组径向和圆形段的扫描图案的多个重复次数m可以提供有价值的信息来增强另外的数据处理的扫描质量和可靠性。在一组n个径向扫描中，可以获得关于主视眼(subject eye)609的瞳孔的x-y位置的信息以及辅视眼(object eye)609的角膜的三维方位(在x-z和y-z平面内的倾斜角)。通过将随后的OCT扫描集合的瞳孔位置和角膜倾角进行比较，可以检测眼睛的移动并且在进一步的数据处理和测量估计中进行补偿，例如用于角膜屈光力计算的测量、pachymetry图和形貌图产生。

作为用于识别具体扫描图案的简捷标志，可以向每一个图案指派[a，r，(n+c+n*)，m]。可以向仅包括径向和圆形扫描的具体扫描指派[a，r，(n+c)，m]。除非另外指定，这种指派中的径向扫描同样角向地分离。圆形扫描是同心的并且以径向扫描的交叉点为中心。水平扫描在扫描之间具有相等的间隔，并且由水平扫描覆盖的块的中心与径向扫描的交叉点和圆形扫描的中心同心。附加地，执行扫描图案的顺序可以设置为对总定时进行优化。例如，图1的径向扫描101-112利用箭头说明了每一个径向扫描的方向，并且布置为使得OCT束的重新定位在不同扫描之间是最小的，减小了使OCT600针对扫描图案100中的每一个单独扫描而设立的时间。

下面提供了几种不同的扫描图案。这些扫描图案专用于具体的数据分析，并且作为用于获得眼睛参数的高质量测量的示例而提供。如果对象609不是眼睛，那么可以根据本发明的各个方面获得其他扫描图案。在每一种情况下，下面说明的扫描图案100提供足够密度的OCT数据以可靠且精确地测量所寻找的具体参数。

A1.pachymetry扫描图案[1024，2，(12+1)，3]

图1中的扫描配置100采用了如上所述的设计方案。[1024，2，(12+1)，3]扫描图案对于pachymetry扫描特别有用。在这种扫描配置中，在每一个扫描集合中存在12个径向扫描101-112(n＝12)加上一个圆形扫描114(C＝1)，重复两次(r＝2)，并且将这种扫描集合重复3次(m＝3)以产生这种扫描图案。在一些实施例中，径向段101-112的长度可以是约11mm，并且圆形段114的直径可以是约3mm。扫描配置100适合于获得角膜pachymetry和形貌图，以覆盖直径约11mm的感兴趣区域。每一个径向扫描101-112的长度通常范围在约9mm至约12mm。圆形扫描的直径可以根据感兴趣的区域而变化。假设每秒70000次A型扫描的扫描速度，对于a＝1024的扫描图案的近似总扫描时间是t＝(1024×2×(13)×3)/70000＝1.14秒。总扫描时间t将根据OCT扫描仪的扫描速度而变化。

在扫描配置100中的径向段101-112中，每一个段可以沿100中的每一个相应段中的箭头方向重复多次，例如重复两次。如图1所示，扫描配置起始于沿箭头方向的扫描段101，然后沿箭头102的方向在扫描段101的终端处开始对扫描段102进行扫描。这种扫描段用于将连续的扫描段之间的行进距离最小化以减少总扫描时间t。这种扫描结构继续直到完成扫描段112为止，然后获取圆形扫描段114。这完成了一组扫描配置100，并且然后可以重复这种相同的扫描配置集合，例如3次。在本发明的范围内，本领域普通技术人员可以理解不同的扫描顺序布置。例如，圆形扫描114可以是第一扫描段、接着是径向扫描101。在另一个示例中，可以将径向扫描重复少于或多于两次，并且径向扫描可以沿彼此相反的方向以最小化行进时间，而不是遵照图1所示的方向。

A2.角膜屈光力扫描图案[1024，2，(8+1)，3]

图2所示的扫描配置200是使用上述***化设计方法的另一种示例扫描图案100配置。可以将扫描图案200指定为[1024，2，(8+1)，3]。在扫描图案200中，在每一个扫描集合中存在8个径向扫描201-208加上一个圆形扫描210，重复两次(r＝2)。将所述扫描集合重复三次(m＝3)以产生这种扫描图案200。在一些实施例中，径向段201-208的长度是约6mm，并且圆形段210的直径是约3mm。扫描配置200适合于获得针对最高至直径约6mm的感兴趣区域的角膜屈光力测量。假设每秒70000A型扫描的扫描速度，a＝1024，对于扫描图案200的近似总扫描时间是t＝(1024×2×(9)×3)/70,000＝0.79秒。其他变化和布置可以容易地应用于如图2所述的这种扫描设计。

类似地，如果需要可以在扫描图案200中使用不同个数的径向扫描和圆形扫描。例如，十六个径向扫描可以用于进一步增加扫描图案200的***处的扫描密度，以减小丢失小角膜特征的机会，如在较粗糙扫描中的情况那样。具有约18mm长度扫描图案200的径向扫描可以用于覆盖眼睛的角膜和前巩膜表面。眼睛的这种较大扫描区域可以提供有用的信息，例如辅助隐形眼睛装配和设计。

A3.利用角膜拓扑成像的厚度扫描图案[2048，4，(16+2)，1]

在临床实践中使用的角膜形貌仪器通常是基于平面反射图像分析(Placido-based reflective image analysis)。如图6b所示，光学成像仪622可以是角膜形貌仪器。角膜形貌成像使用在角膜的前表面上投影的多个同心环710的反射图像的分析，如图7所示。在电荷耦合器件(CCD)摄像机上捕获反射的图像。计算机608中的计算机软件然后分析数据并且显示结果，例如轴向曲率图、切向曲率图、仰角图、折射屈光力图以及高阶像差图。

使用角膜形貌成像的优势之一是几乎同时获取数据，因此可以最小化运动伪像。另一个优势是在2D x-y平面中获取的数据的个数比来自OCT成像的数据的个数多得多(更加精细)。然而，不能对角膜后表面成像的限制是个较大的缺点。利用一些类型的数学模型估计了与后表面相关的所有图和测量，导致了非优化的结果。因此，本发明的一些实施例结合了图6b所示的角膜形貌成像和OCT成像，以产生更加可靠的测量和结果。

在一些实施例中，[2048，4，(16+2)，1]扫描配置可以用于产生这种扫描图案用于pachymetry测量，其中在每一个扫描集合100中具有十六个径向扫描(n＝16)加上两个圆形扫描(c＝2)，重复4次(r＝4)，所述扫描集合不重复(m＝1)。

可以基于所需的临床应用来确定径向段和圆形段的长度。在一些实施例中，径向段的长度可以是约11mm，并且圆形段的直径可以是分别是约3mm和5mm。所述扫描配置适合于与角膜形貌成像一起获得角膜pachymetry图，以覆盖直径约11mm的感兴趣区域。每一个径向扫描的长度通常范围是约9至约11mm，并且圆形扫描的直径可以根据感兴趣的区域而变化。假设每秒70000次A型扫描的扫描速度，a＝2048，对于所得到的扫描图案100的近似总扫描时间是t＝(2048×4×(18)×1)/70,000＝2.11秒。总扫描时间t将根据OCT扫描仪的扫描速度而变化。

扫描顺序的细节与以上部分A1中描述的扫描顺序类似。在本发明的范围内，本领域普通技术人员可以理解扫描参数的不同变化。例如，可以将扫描图案设计为是[2048，1，(16+2)，4]，其中径向扫描没有重复，但是每一个扫描集合重复了4次(m＝4)。

获取更多数据的动机之一是为了将OCT数据与来自角膜形貌成像的结果更好地结合。尽管扫描时间长于在不使用角膜形貌成像(部分A1)的情况下的扫描图案，但是可以通过用角膜形貌数据替换并且后处理OCT前表面数据/后表面数据来消除所引起的运动效果。在本发明中可以使用诸如运动校正和图像配准之类的后处理方法。

A4.角度至角度(ATA)扫描图案[2048，4，(16+2)，1]

在一些实施例中，在每一个扫描集合中具有十六个径向扫描加上两个圆形扫描、重复4次(r＝4)的扫描配置(扫描图案指定为[2048，4，(16+2)，1])可以用于产生用于角度至角度测量的扫描图案，每一个扫描集合不进行重复(m＝1)。可以基于所需的临床应用来确定径向和圆形段的长度。在一些实施例中，径向段的长度是约16mm，并且圆形段的直径是约3mm和约5mm。所述扫描配置适用于获得前室宽度(ACW)、前室深度(ACD)和各种角度测量，例如角度开口距离(AOD)和小梁网-虹膜空间面积(TISA)，如图14所示。每一个径向扫描的长度通常范围是约11mm至约16mm，并且圆形扫描的直径可以根据感兴趣的区域而变化。假设每秒70000次A型扫描的扫描速度，针对扫描图案的近似总扫描时间是t＝(2048×4×(18)×1)/70,000＝2.11秒。总扫描时间根据OCT扫描仪的扫描速度而变化。

扫描顺序的细节与部分A1中描述的扫描顺序类似。在本发明的范围内，本领域普通技术人员可以理解扫描参数的不同变化。例如，可以将扫描图案指定为[2048，1，(16+2)，4]，其中径向扫描没有重复而将每一个扫描集合重复4次(m＝4)。这种扫描图案允许收集更多的数据以更好地评估沿不同径向方向的不同测量、并且更好地集合数据用于3D展现。

A5.晶状体扫描图案[2048，4，(0+4)，1]

在一些实施例中，在每一个扫描集合中具有重复4次(r＝4)的4个径向扫描、并且这种扫描集合不重复(m＝1)的配置用于产生这种扫描图案用于晶状体测量。可以基于所需的临床应用来确定径向段的长度。在一些实施例中，径向段的长度是11mm。扫描配置适合于获得不同径向方向的晶状体厚度。每一个径向扫描的长度通常范围是约9mm至约11mm，并且可以根据感兴趣的区域而变化。假设每秒70000次A型扫描的扫描速度，针对扫描图案的近似总扫描时间是t＝(2048×4×4×1)/70,000＝0.46秒。总扫描时间t根据OCT扫描仪的扫描速度而变化。

扫描顺序的细节与在部分A1中描述的那些扫描顺序类似。在本发明的范围内，本领域普通技术人员可以理解扫描参数的各种变化。例如，可以将扫描图案指定为[2048，1，(0+4)，4]，其中径向扫描没有重复而将每一个扫描集合重复4次(m＝4)。用于获得多次重复的数据的一种动机是执行扫描平均，使得可以自动且更加可靠地检测晶状体的顶部和底部表面。

A6.轴向长度扫描图案[512，1，1*，5]

在本发明的一些实施例中，通过[512，1，1*，5]轴向长度扫描图案可以同时获取角膜和视网膜的B型扫描图像，其中1*表示单次水平扫描120。可以通过将视网膜适配器安装到常用前段OCT扫描仪来实现这种方法。如图6b所示，光学成像仪622可以是视网膜适配器。然后，用户将扫描图案的中心瞄准角膜顶点810，如图8a的视频图像中所示，以及在前角膜表面的预先确定的小盒子区域820中限制的最亮反射点，如图8b的OCTB型扫描图像中所示。对于后段(视网膜)，可以调用自动方法来执行自动-Z(沿Z方向的自动对准)功能以确保在显示窗口处呈现视网膜信号，如图8c所示。

在一些实施例中，将在每一个扫描集合中具有一个水平光栅扫描(没有重复，r＝1)的扫描、并且将这种扫描集合重复5次(m＝5)的扫描配置用于产生这种扫描用于轴向长度测量。可以基于所需临床应用来确定光栅段的长度。在一些实施例中，光栅段的长度在视网膜中是约1mm，并且在角膜中是约2mm。所述扫描配置适合于获得轴向长度测量。如图9a所示，视网膜RPE在1mm的范围内是相对平坦的，因此通过沿x-(垂直)方向对强度值进行求和，强度曲线的峰值将表示沿z-(水平)方向的视网膜RPE位置zr*，如图9b所示。光栅扫描的长度范围通常在视网膜中是约0.5mm至约2.0mm，而在角膜中是约1.0mm至约4.0mm，并且可以根据感兴趣的区域而变化。假设每秒70000次A型扫描的扫描速度，对于扫描图案的近似总扫描时间是t＝(512×1×1×5)/70,000＝0.04秒。总扫描时间t根据OCT扫描仪的扫描速度而变化。

使用扫描图案相对于一些其他的当前方法(例如IOL主控)的一个优势是从多次A型扫描获取数据用于更加精确的测量的数据，而不是从简单的一个单次A型扫描获取数据。对于高密度白内障患者，这里公开的扫描图案的实施例提供了更好的机会来定位视网膜RPE的位置，如图10a(视网膜横截面B型扫描)和图10b(横截面区域的强度曲线)所示。

A7.体积轴向长度扫描图案[512，1，9*，5]

将以上的一个水平光栅扫描图案(在一个y位置进行扫描)扩展至多个水平光栅扫描(在多个y位置进行扫描)，可以利用指定为[512，1，9*，5]的扫描图案进行512*9个网格的A型扫描(总共4608次A型扫描)，以覆盖1*1mm中心视网膜区域(即9个B型扫描，每一个是512个像素宽度)。在图11的视频图像中说明了这种图案。

在[512，1，9*，5]扫描配置中，在每一个扫描集合中存在9个水平光栅扫描1110(没有重复，r＝1)，并且这种扫描集合重复5次(m＝5)以产生这种扫描图案。可以基于所需临床应用来确定光栅段的长度；优选地，光栅段的长度在视网膜中是约1mm，而在角膜中是约2mm。所述扫描配置适合于获得轴向长度测量，如图11所示。视网膜RPE在1mm的范围内是相对平坦的，因此通过沿x-(垂直)方向对强度值求和，强度曲线的峰值表示了沿z-(水平)方向的视网膜RPE位置，与图9b所示的类似。光栅扫描的长度范围在视网膜中是约0.5mm至约2.0mm，而在角膜中是约1.0mm至约4.0mm，并且可以根据感兴趣的区域而变化。假设每秒70000次A型扫描的扫描速度，针对扫描图案的总扫描时间是t＝(512×1×9×5)/70,000＝0.36秒。总扫描时间t将根据OCT扫描仪的扫描速度而变化。

使用扫描图像相比于其他目前的方法(例如，IOL主控)和图8中讨论的扫描图案的一个优势是：其按照2D(x-y)网格获取了A型扫描数据。对于高密度白内障患者，体积扫描图案提供更好的机会来定位视网膜RPE的位置。

A8.青光眼和视网膜扫描图案

图19是可以在图6a中讨论的OCT设备中实现的全面扫描配置的示例。这种扫描配置使用设计方法来增强单次扫描配置的效用和功能。在普通实践中，通过对单次扫描配置进行修改以评价具体病理学的一个单个感兴趣区域。在本发明的一些实施例中，扫描配置1900设计为能够仅利用一个单次扫描来评价至少两种病理，具体地视网膜和青光眼。在图19中的示例扫描配置中，包括：一个(1)水平扫描线1910至小凹1920；均匀间隔开的17个垂直扫描线1930；以小凹1920为中心或者在小凹周围多次平均的七个(7)水平扫描线1940；以及以小凹1920为中心平均多次的一个(1)垂直扫描线1950。在一些实施例中，垂直扫描线1930按照500微米间隔开，覆盖8*7毫米的区域，将水平扫描线1940和垂直扫描线1950平均5次以增强图像质量。这种示例扫描配置包括总共58个扫描线，并且使用每秒近似26000次A型扫描的扫描速度、使用图6所讨论的类似设备花费近似2.3秒来完成；利用每秒70000次A型扫描的扫描速率可以实现更高的扫描速度。通常要求固定图案以导引主视眼的方向，以便将扫描配置定位于感兴趣的区域。在扫描配置1900中，优选地将固定图案定位于针对感兴趣的具体区域暂时略微偏离中心。

这种扫描设计允许用户利用一个单次扫描获取至少两个(2)区域的重要数据。为了使用这种配置1900评价视网膜的健康，与感兴趣的视网膜区域1960交叠的扫描线可以用于产生数据和图像表示以进行分析。为了使用扫描配置700检查青光眼疾病，与感兴趣的神经节细胞联合体(GCC)区域1970交叠的扫描线可以用于产生数据和图像表示以进行分析。

部分A1-A8中讨论的扫描配置可以提供有用的高分辨率OCT数据，以进一步理解感兴趣对象。以下说明书描述了用于这些OCT数据的各种处理方法，可以用于产生感兴趣的对象的有用图像表示和定量评价。

B部分.OCT数据处理

B1.pachymetry图

图3a说明了可以用于产生能够进行pachymetry分析的OCT数据的2D表示的示例流程图。图3a中的流程图可以在计算机608上实现。用于pachymetry应用的这种2D表示在眼科领域常称作pachymetry图。使用如图1所述的扫描配置如在图6中所公开的OCT***600是一种非接触方法，并且可以用于产生针对角膜的pachymetry信息。使用如图1所述的扫描图案100的厚度映射可以提供角膜的重要特性，例如厚度、表面曲率和连续性。这种信息可以用于估计主视眼的角膜健康以及其他眼病，例如青光眼。角膜pachymetry在LASIK过程之前也是特别重要的，以确保足够的角膜厚度来防止角膜的异常鼓起。

如图3a所示，用于产生厚度测量图的第一步骤是在步骤310中使用来自扫描配置的OCT数据来检测角膜表面的前边界。例如，在步骤310中利用的扫描图案100可以是在部分A1中的上述[1024，2，(12+1)，3]扫描图案。通常在OCT数据中执行表面和层分割以估计感兴趣的不同层和区域。不同的算法可以用于层分割，例如Sobel或Canny算子的边缘检测。在步骤310中已经检测了前边界之后，下一个步骤，步骤320是解翘曲(de-warp)图像。由于在空气、角膜和水介质中的光速差异，通过在空气-角膜和角膜-水界面处的折射使得未处理的OCT图像失真。不同介质的折射率差异影响了光在介质中传播的速度。因为已知这些介质的高精度折射率，因此可以精确地执行高精度图像处理以去除由不同介质的折射率中差异引起的失真。在步骤320中去除了失真之后，然后可以在步骤330中检测后表面边界。在步骤310中用于执行层分割的类似算法可以在步骤330中用于检测后边界。一旦检测到角膜的感兴趣的这两个重要层，就可以获得角膜的不同特征。

感兴趣的普通测量是角膜的厚度。可以在步骤340中计算角膜的厚度。可以将角膜厚度定义为前边界和后边界之间的距离。用于产生pachymetry图的最后一个步骤是在步骤350中执行插值。针对每一个径向扫描101-112计算两个边界之间的距离。然后可以执行插值以估计径向扫描没有捕获的厚度值。可以利用插值方法使用一维或多维插值执行这种插值，例如在本领域中常用的双线性插值、双立方插值或样条插值。可以将灰度级或彩色图应用于插值的数据以产生pachymetry图。图3b是与在相邻彩色条370中表示的值相对应的厚度值360的pachymetry图。具有最亮颜色的像素表示较高厚度值的位置，而较暗的像素表示较低的厚度值。

B2.角膜屈光力的计算

图4示出了横截面角膜图像的示例。角膜屈光力是角膜照射光并且将对象聚焦到视网膜上的能力。由于不同介质的折射率差异，角膜屈光力在前表面410和后表面420是不同的。如图4的示例所示，当对象的光线进入眼睛时，在所述光到达视网膜之前，所述光通过空气介质430(具有n₀＝1的折射率)、然后至角膜介质440(具有n₁＝1.376的折射率)，然后至水介质(具有n₂＝1.336的折射率)。也可以使用其他参数(例如，水介质450可以具有不同的折射率)。

在图5中示出了可以在计算机608上实现以计算净角膜屈光力的示例流程图。例如，可以利用如在部分A2中如上所述的扫描图案[1024，2，(8+1)，3]来获得OCT数据。第一步骤510是针对每一个经线执行前边界和后边界检测。经线是从图2中的扫描线201-208的每一个获得的OCT数据。在图3中的厚度映射图的产生中讨论的类似边界检测方法可以用于这一步骤中。可以将以如上所述的角膜的角膜顶点460为中心的3mm区域选择用于确定针对中心区域的角膜屈光力。通过图4中的垂直虚线462区分中心3mm区域，距角膜顶点460，1.5mm的相等距离。下一个步骤520是使用3mm区域内的最佳拟合来确定针对每一个经线的前曲率和后曲率。将前曲率和后曲率的示例分别示出为加亮的曲线415和425。下一个步骤是在步骤530中针对每一个经线确定前折射屈光力和后折射屈光力。可以使用以下等式计算前折射屈光力：

K＝(n_after-n_before)/R，

其中K是表面的折射屈光力，n_after是表面后面的介质的折射率，n_before是表面前面的介质的折射率，以及R是表面的曲率半径。对于前折射屈光力，将所述折射屈光力指定为Ka、n_after＝n₁、n_before＝n₀以及R＝Ra前表面的曲率半径，如图4所示。类似地，对于后折射屈光力，所述折射屈光力是K_p，n_after＝n₂，n_before＝n₁以及R＝R_p，前表面的曲率半径。

然后，对针对来自图2中的扫描201-208的每一个经线的K_a和K_p进行计算和平均，以获得针对每一个扫描540的前屈光力和后屈光力。在确定了针对每一个扫描的前屈光力和后屈光力之后，可以使用厚晶状体公式计算针对每一个扫描550的角膜屈光力：

K = {\overset{&OverBar;}{K}}_{a} + {\overset{&OverBar;}{K}}_{p} - \frac{\overset{&OverBar;}{D}}{n_{1}} \times {\overset{&OverBar;}{K}}_{a} \times {\overset{&OverBar;}{K}}_{p},

其中K是针对每一个扫描的角膜屈光力，

是每一个经线的平均前屈光力，是每一个经线的平均后屈光力，n₁是角膜的折射率，以及是前拟合边界415和后拟合边界425之间的平均厚度。

然后可以针对每一个所需的重复扫描重复步骤510至550，以改进屈光力计算的可靠性和精度。用于估计净角膜屈光力560的最后一个步骤是从彼此具有最小差异的三个重复扫描获得角膜屈光力的中值。

B3.利用其它成像模态的已处理数据对准

诸如上述pachymetry图之类的已处理OCT数据能够提供临床使用的有用信息。当与其他成像模态相结合时可以进一步增强所获取的OCT数据的效用。根据本发明的一些实施例，可以将OCT数据与通过角膜形貌***获取的图像对准以同时一起提供形貌和断层摄影信息用于更好的临床功能。

可以通过标志的识别将OCT数据与通过其他成像模态获得的图像对准。角膜是通常在x-y平面内的角膜中心处或附近具有顶点的凸起表面。可以通过在每一个OCT径向扫描中找到具有最强反射强度的像素的坐标来检测根据使用图1中的扫描配置获得的OCT数据的角膜顶点，并且所述角膜顶点可以用作对准的有用标志。强度成形直方图可以用于在OCT数据中可靠地检测角膜顶点。例如，可以通过水平OCT(x-z)扫描的x位置和垂直OCT(y-z)扫描的y位置来确定角膜顶点的x和y位置。角膜顶点提供了角膜中心的精确估计，可以有助于将OCT数据与通过其他成像模态产生的角膜形貌图相对准，例如基于Placido的形貌***。

在一些情况下，由于不同的角膜解剖，可以将虹膜中心或瞳孔中心用作定位角膜中心的标志，以便将OCT数据与其他模态进行组合，而不是使用角膜顶点。根据一些实施例，可以与如图1所述的OCT径向和圆形扫描同时地捕获虹膜视频图像的序列。如上所述的基于动态阈值设定和边界检测的图像处理技术可以用于在虹膜视频图像中定位瞳孔中心。图像配准然后可以用于找到OCT数据相对于瞳孔中心的x和y位置。

根据一些实施例，如图12所示，在角膜和巩膜(白眼球)的边界处的角膜异组织边缘1210可以用作用于数据对准和配准的解剖标志。在本发明的一些实施例中，将从OCTpachymetry图得出的前角膜表面的仰角图与根据角膜形貌成像产生的仰角图配准。

B4.角膜屈光力映射图

图13是说明了通过将角膜形貌成像1310和OCTpachymetry扫描1330相结合来产生总角膜屈光力图的示例流程图。存在可以根据上述形貌成像产生的至少五个角膜前屈光力图1320，即轴向曲率图、切线曲率图、仰角图、折射屈光力映射图和高阶像差图。关于OCTpachymetry扫描，可以根据OCTpachymetry扫描产生至少一个pachymetry图1340。在以上的部分B1中描述了用于OCTpachymetry图产生的计算方法。在图配准步骤1350中，将pachymetry图与OCT扫描步骤1330期间获取的视频图像的序列，或者根据在角膜形貌成像步骤1310中获取的数据产生的仰角图配准。在图配准之后，可以通过以下公式容易地获得角膜后表面S_p(x，y)：

S_p(x，y)＝S_a(x，y)+T(x，y)，

其中S_a(x，y)和T(x，y)分别表示空间位置(x，y)处的前表面(z值)和角膜厚度值。一旦确定了后表面Sp(x，y)并且计算了后表面相关联的屈光力图K_p(x，y)，可以通过以下公式容易地获得总角膜屈光力图K(x，y)：

K(x，y)＝K_a(x，y)+K_p(x，y)

其中通过角膜形貌数据的图像分析来计算前屈光力映射K_a(x，y)。

B5.角度至角度(ATA)测量

如图14所示，将前室深度(ACD)解释为角膜的后顶点(点A)和眼睛晶状体的前顶点(点B)之间的距离。前室宽度(ACW)是两个角点C和D之间的水平直径。通过后角膜曲线和前虹膜曲线的外推曲线的交叉点来确定角点。在一些文献中，ACW也已经由虹膜根中的水平直径来定义。

如图15所示，将在虹膜突(点E)之前约500μm(线段CD)的角开口距离(AOD)(AOD500)和在虹膜突(点E)之前约750μm(线段AR)处的AOD(AOD750)定义为从角膜内皮到与沿相距巩膜突(点E)约500μm或750μm处的小梁网绘制的线垂直的前虹膜的距离。相距巩膜突约500μm或750μm处的小梁-虹膜空间区域(TISA)、TISA500(区域CDFE)或TISA750(区域ABFE)定义为由角膜内皮、小梁网以及相距巩膜突(点E)约500μm或750μm距离的前虹膜表面限制的区域。

这些测量对于各种眼科病理的诊断是临床有用的，例如开角型青光眼和闭角型青光眼。在本发明的优选实施例中，自动地计算这些参数。此外，各种计算机辅助用户界面工具可以补充用于手动卡尺，包括角膜薄片厚度工具、角度AOD工具、角度TISA工具、ACW/ACD工具和Phakic IOL工具。

B6.晶状体测量

晶状体厚度在IOL屈光力计算公式中是重要的。这些测量通过使检查工艺流水线化，排除了对于分离的浸没超声程序的需要，并且节省了宝贵的时间。如图16所示，从晶状体的顶部(点A)到底部(点B)测量晶状体厚度。此外，可以评定晶状体的不透明性。在本发明的优选实施例中，自动计算这些参数。多种计算机辅助用户界面工具可以补充用于手动卡尺，包括晶状体厚度工具和晶状体不透明性工具。

B7.轴向长度(AL)测量

轴向长度是沿视线从角膜顶点到视网膜RPE的距离。如图8a所示，已经施加了多次A型扫描(或B型扫描)830以同时获取角膜图像和视网膜图像。通过定位最亮光斑(zc*，x*)来检测角膜顶点位置，其中zc*是沿A型扫描(组织中)方向的角膜顶点z位置，而x*是沿视线的位置，如图17所示。可以通过定位强度曲线的峰值来检测视网膜RPE zr*位置，所述强度曲线对沿x(垂直)方向的所有强度值进行求和或平均，如图9b所示。对于高密度白内障患者，可以阻隔1010视网膜信号部分。然而，通过定位强度曲线的峰值仍然可以检测视网膜RPE zr*位置，如图10b所示。

对于基于体积轴向长度扫描图案的测量，除了沿y方向(即在图8b和8c中进出纸面)的多个B型扫描之外，可以类似地执行角膜顶点检测和视网膜位置确定。通过定位最亮光斑(zc*，x*，y*)来检测角膜顶点位置，其中zc*是沿A型扫描(组织内)方向的角膜顶点z位置，(x*，y*)是沿视线的位置。可以通过定位强度曲线的峰值来检测视网膜RPE zr*位置，所述强度曲线对沿x(垂直)和y(图9或10中进出纸面)方向的所有强度值进行求和或平均。

可以增加调节因子以将AL测量与超声测量或与视网膜ILM的位置相匹配。可以添加另一个调节因子以将AL测量与视网膜IS/OS层的位置相匹配。

在本发明的一些实施例中，通过如图18所示的强度曲线加上晶状体厚度表示轴向长度测量。

应该理解的是可以在本发明的范围内应用对于本领域普通技术人员而言显而易见的替代和改进。例如，可以从这里公开的特定实施例中改变OCT扫描速度、扫描长度、针对扫描配置设计参数的不同值、重复的经线和扫描的方位和次数。

Claims

1.一种眼睛检查的方法，包括：

利用以眼角膜为中心的扫描图案获取OCT数据，所述扫描图案包括重复r次的n个径向扫描、重复r次的c个圆形扫描、以及n*次光栅扫描，其中将所述扫描图案重复m次，其中每一个扫描包括a个A型扫描，并且其中n是大于等于0的整数，r是大于等于1的整数，c是大于等于0的整数，n*是大于等于0的整数，m是大于等于1的整数，以及a是大于1的整数，选择n、r、c、n*和m的值以提供用于目标测量的OCT数据；以及

处理所述OCT数据以获得目标测量。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述目标测量是pachymetry图，并且所述扫描图案由a＝1024、r＝2、n＝12、c＝1、n*＝0以及m＝1限定。

3.根据权利要求2所述的方法，还包括：获得角膜形貌图像。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述目标测量是角膜屈光力扫描，并且a＝1024、r＝2、n＝8、c＝1、n*＝0以及m＝3。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述目标测量是pachymetry扫描，a＝2048、r＝4、n＝16、c＝2、n*＝0以及m＝1，并且所述方法还包括获得角膜形貌图像。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述目标测量是角度至角度测量，并且a＝2048、r＝4、n＝16、c＝2、n*＝0以及m＝1。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述目标测量是角度至角度测量，并且a＝2048、r＝1、n＝16、c＝2、n*＝0以及m＝4。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述目标测量是晶状体扫描图案测量，并且a＝2048、r＝4、n＝0、c＝4、n*＝0以及m＝1。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述目标测量是轴向长度测量，并且a＝512、r＝4、n＝0、c＝0、n*＝1以及m＝5。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述目标测量是体积轴向长度测量，并且a＝512、r＝1、n＝0、c＝0、n*＝9以及m＝5。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述目标测量是pachymetry扫描，并且处理OCT数据包括：

检测前边界；

从所述OCT数据解翘曲OCT图像；

检测后边界；

计算角膜厚度；以及

构建图。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述目标测量是角膜屈光力，并且处理OCT包括：

针对每一个径向扫描确定前边界和后边界；

针对每一个径向扫描确定前曲率和后曲率；

针对每一个径向扫描确定前屈光力和后屈光力；

针对每一个扫描确定前屈光力和后屈光力；

针对每一个扫描确定角膜屈光力；以及

确定净角膜屈光力。

13.根据权利要求1所述的方法，其中处理OCT包括：将OCT数据与来自另一个成像模态的数据相对准。

14.根据权利要求1所述的方法，还包括：获得角膜形貌图像，并且其中处理OCT数据包括：

从所述OCT数据获取pachymetry图；

从角膜形貌图像获得角膜前屈光力图；

将所述pachymetry图与角膜形貌屈光力图配准；

产生角膜后表面；以及

产生总角膜屈光力图。

15.根据权利要求1所述的方法，其中处理OCT数据包括获得角度至角度测量。

16.根据权利要求1所述的方法，其中处理OCT数据包括获得晶状体测量。

17.根据权利要求1所述的方法，其中处理OCT数据包括获得轴向长度测量。

18.一种OCT成像***，包括：

OCT成像仪，利用以眼角膜为中心的扫描图案获取OCT数据，所述扫描图案包括重复r次的n个径向扫描、重复r次的c个圆形扫描、以及n*次光栅扫描，其中将所述扫描图案重复m次，其中每一个扫描包括a个A型扫描，并且其中n是大于等于0的整数，r是大于等于1的整数，c是大于等于0的整数，n*是大于等于1的整数，m是大于等于1的整数，以及a是大于1的整数，选择n、r、c、n*和m的值以提供用于目标测量的OCT数据；以及

计算机，处理所述OCT数据以获得目标测量。

19.根据权利要求18所述的***，其中所述目标测量是厚度测量图，并且所述扫描图案由a＝1024、r＝2、n＝12、c＝1、n*＝0以及m＝1限定。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括：与所述OCT成像仪耦合的角膜形貌成像仪。

21.根据权利要求18所述的***，其中所述目标测量是角膜屈光力扫描，并且a＝1024、r＝2、n＝8、c＝1、n*＝0以及m＝3。

22.根据权利要求18所述的***，其中所述目标测量是pachymetry扫描，a＝2048、r＝4、n＝16、c＝2、n*＝0以及m＝1，并且还包括获得角膜形貌图像。

23.根据权利要求18所述的***，其中所述目标测量是角度至角度测量，并且a＝2048、r＝4、n＝16、c＝2、n*＝0以及m＝1。

24.根据权利要求18所述的***，其中所述目标测量是角度至角度测量，并且a＝2048、r＝1、n＝16、c＝2、n*＝0以及m＝4。

25.根据权利要求18所述的***，其中所述目标测量是晶状体扫描图案测量，并且a＝2048、r＝4、n＝0、c＝4、n*＝0以及m＝1。

26.根据权利要求18所述的***，其中所述目标测量是轴向长度测量，并且a＝512、r＝4、n＝0、c＝0、n*＝1以及m＝5。

27.根据权利要求18所述的***，其中所述目标测量是体积轴向长度测量，并且a＝512、r＝1、n＝0、c＝0、n*＝9以及m＝5。

28.根据权利要求18所述的***，其中所述目标测量是pachymetry扫描，并且所述计算机通过以下步骤处理OCT数据：