CN103932682A - 一种用于oct设备成像性能评价的三维分辨率板及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于医疗器械领域，具体公开了一种用于光学相干层析(OCT)设备成像性能评价的三维分辨率板的设计及制作方法，该分辨率板包括两部分图案：一部分是用于OCT横向分辨率的评价，每组图案的高度相同，在二维平面上由水平与垂直方向各三条短线组成，短线的尺寸从大到小；另一部分是用于OCT轴向分辨率的评价，每组图案在二维平面上都是长宽相同的正方形，但是高度从大到小不同。分辨率板的制作方法采用3D打印或者微纳加工技术，使用的材料为掺杂聚合物微纳散射颗粒的透明树脂。本发明依据OCT设备的成像原理设计并制作而成，通过对分辨率板进行测量成像从而能评价OCT设备的三维分辨率性能。

Description

一种用于OCT设备成像性能评价的三维分辨率板及其使用方法

技术领域

本发明属于医疗器械领域，具体涉及一种用于OCT设备成像性能评价的三维分辨率板及其使用方法。

背景技术

光学相干层析(OCT)成像是20世纪90年代初期研究提出的一种无创三维成像诊断技术。与传统的核磁，X射线和超声等成像技术相比，OCT具有更高的分辨率，可至微米级，而且由于是近红外光学成像，不用担心任何辐射风险；与离体检测的光学共聚焦显微镜相比，OCT具有更大的穿透深度，而且通过借助光纤技术很容易就能实现小型化与便携式，可以对活体组织进行在线检测。1996年，德国卡尔蔡司公司研发出世界上第一台商业化的OCT设备，2002年首次通过美国食药监局(FDA)的认证。1997年，我国中山大学中山眼科中心从国外引进国内第一台OCT仪器，并用于临床检查和临床研究。近年来，OCT作为一种新的成像技术获得了突飞猛进的发展，传统的OCT设备已经在眼科领域获得了广泛的临床诊断应用。不仅如此，结合光纤与内窥镜技术，研究已开始将OCT成像方法应用于皮肤、牙齿、心血管、食道，脑成像等多个领域。OCT技术的应用范围由对透明生物组织的纵向探测发展到对高散射非透明组织结构样品的探测，从生物组织的探测发展到对非生物材料的检测等工业领域。

因为OCT是一种新兴的成像技术，目前在国际上还没有相应的技术标准。在国际标准化组织ISO/TC172/SC7“眼科光学和仪器”技术委员会2010年年会上，德国代表团提出起草OCT国际标准的申请，目前标准依然在准备阶段，中国计量科学研究院医学与生物研究所作为中国眼科光学的技术代表一直在积极参与ISO工作组对OCT标准的讨论。当前OCT设备的现状是，所有技术参数基本都由厂家自己提供，尤其在中国，没有第三方机构具备能力对厂家给出的参数进行验证或检定。OCT是一种成像技术，而分辨率是评价成像性能很重要的一个指标。像显微镜这样传统的二维光学成像***通常采用分辨率测试板(比如USAF1951分辨率板)对分辨率进行测试。这种分辨率板通常是以石英玻璃作为基片，表面图案采用蒸镀或沉积一层纳米级厚度的金属镍或者铬而形成。而OCT设备的成像分辨率不仅包括传统的X轴、Y轴横向分辨率，还需要评价其在探测深度方向上的分辨率及轴向分辨率。由于OCT技术最大的优势就是能提供深度方向的断层图像，因此评价其轴向分辨率显得尤为重要。根据调研，大部分OCT厂家标称自家OCT设备成像分辨率的方法是：采用传统光学分辨率板测试得到OCT设备的横向分辨率，将平面反射镜作为样品测量并间接得到OCT设备的轴向分辨率。横向分辨率的测试方法比较简单直接，但由于传统分辨率板的金属图像层很薄，所以测试仅能得到某一个平面上的横向分辨率。轴向分辨率的测试方法需要精确调整平面反射镜的俯仰角度与轴向距离，十分繁琐，而且需要获取OCT设备成像中间过程的数据，属于间接测量，厂家在OCT设备出厂前调试可以这么操作，但对于终端用户或第三方机构则很难采用这种方法去得到OCT轴向分辨率。

因此，迫切需要提供一种简单直接的测量方法和标准器具可以同时有效得到OCT设备的横向分辨率与轴向分辨率。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于OCT设备成像性能评价的三维分辨率板及其使用方法。

该三维分辨率板使用掺杂聚合物微纳颗粒的透明树脂制作基板，在该三维分辨率板的基板上采用3D打印或者微纳加工技术制作分辨率测试图案(1)与视野标示方框(2)；

所述视野标示方框(2)由一组同心的正方形方框组成，方框的边长S从小至大，分别为1.5mm，2mm，3mm，6mm与10mm，用于标示OCT图像的视野大小；

所述分辨率测试图案(1)包含横向分辨率测试图案和轴向分辨率测试图案；

所述横向分辨率测试图案包括8组图案，图案的左侧具有代表该图案的序列号的数字；横向分辨率测试图案中的每组图案在X-Y二维平面上由水平与垂直方向各三条短线组成，短线图案的占空比为1:1，短线的宽度(W)尺寸从大到小，最大尺寸为50μm，最小尺寸为1μm；横向分辨率测试图案的高度相同，都是50μm；

所述轴向分辨率测试图案也包括8组图案，图案的左侧具有代表该图案的序列号的数字；轴向分辨率测试图案中的每组图在X-Y二维平面上都是边长(a)为100μm的正方形；轴向分辨率测试图案的每组图案的高度(H)不同，从小至大，最小尺寸为1μm，最大尺寸为50μm。

其中，掺杂的聚合物微纳颗粒包括聚苯乙烯微球。

其中，3D打印技术包括熔融沉积快速成型(FDM)和光固化成型(SLA)。

其中，微纳加工技术包括采用光刻技术进行图案转移或直接使用电子束刻蚀方法得到图案；以及腐蚀技术包括化学液体湿法腐蚀和各种等离子体干法腐蚀。

本发明还公开了一种使用上述的三维分辨率板的方法，其包括：

将该三维分辨率板作为目标物进行检测，得到其OCT三维图像；

OCT的横向分辨率与轴向分辨率是通过分析其C-Scan图，即X-Y平面扫描图与B-Scan图，即X-Z平面扫描图分别得到的；

C-Scan图中能看清的最小的那组图案所对应的短线宽度尺寸即代表OCT设备的横向分辨率，B-Scan图中能看清的最小那组图案所对应的高度尺寸即可用来表征所用OCT设备的轴向分辨率；C-Scan图像中所能看到的完整的最大视野标示方框用于判断判断本次OCT检测的视野大小。

本发明的有益效果是：

与传统的光学分辨率测试板相比，本发明所提出的三维分辨率板舍弃金属薄膜图案，而采用更适合OCT成像机制的高散射材料制作三维图案，得到的OCT图像质量更高，设计的分辨率图案既包含横向分辨率图案又包含轴向分辨率图案，不仅可用于二维分辨，也同时用于评价OCT设备在深度方向上的轴向分辨率。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明的三维分辨率测试板整体图。

图2是本发明的分辨率图案整体图。

图3是本发明的横向分辨率测试图案。

图4是本发明的横向分辨率测试图案的解析图。

图5是本发明的轴向分辨率测试图案的俯视整体图。

图6是本发明的轴向分辨率测试图案的剖视整体图。

图中，1-分辨率测试图案，2-视野标示方框，S-视野标示方框边长，W-横向分辨率图案短线宽度，a-轴向分辨率图案边长，H-轴向分辨率图案高度。

具体实施方式

在本发明的实施方式中，使用三维分辨率板可以对OCT设备成像性能进行评价。不同于一般的光学显微成像，OCT技术是基于探测样品不同深度的背向散射光进而通过一系列信号处理重构出被探测区域的三维图像。正因为于此，OCT图像往往在散射系数或反射率差异大的界面会有较高的对比度。但如果样品的某个界面反射率太大，比如反射镜面，又会造成OCT信号过强反而会淹没掉其他有效信息。考虑到OCT这样的成像机理，本发明提出的三维分辨率板所用材料为掺杂聚合物微纳颗粒的透明树脂，树脂的良好透光性避免了光信号的急速衰减从而保障了OCT的探测深度，掺杂的聚合物微纳颗粒(例如聚苯乙烯微球)因为与基质树脂的折射率存在差异从而可以显著提高材料的散射系数。采用这种材料制作三维分辨率板，很好地仿真了OCT成像的理想环境，从而能有效的评价其成像性能。

附图1是本发明的三维分辨率测试板的整体图，包括分辨率测试图案1与视野标示方框2，附图2是分辨率测试图案的整体图，视野标示方框由一组同心的正方形方框组成，方框的边长S从小至大，分别为1.5mm，2mm，3mm，6mm与10mm，用于标示OCT图像的视野大小。

本发明采用高散射系数的材料制作该三维分辨率板，得到的OCT图像质量更高。此外，所设计的分辨率测试图案既包含横向分辨率测试图案，又包含轴向分辨率测试图案。附图3是横向分辨率测试图案的整体图，包括8组图案，图案的左侧的数字代表该图案的序列号。附图4是横向分辨率测试图案的解析图，横向分辨率测试图案中的每组图案都如附图4所示，在X-Y二维平面上由水平与垂直方向各三条短线组成，短线图案的占空比为1:1，短线的宽度(W)尺寸从大到小，最大尺寸为50μm，最小尺寸为1μm，涵盖了目前OCT设备横向分辨率配置的可能范围。横向分辨率测试图案的高度相同，都是50μm。附图5是轴向分辨率测试图案的俯视整体图，也包括8组图案，图案的左侧的数字代表该图案的序列号。轴向分辨率测试图案中的每组图案如附图5所示，在X-Y二维平面上都是边长(a)为100μm的正方形。附图6是轴向分辨率测试图案的剖视整体图。如附图6所示，轴向分辨率测试图案的每组图案的高度(H)不同，从小至大，最小尺寸为1μm，最大尺寸为50μm，涵盖了目前OCT设备分辨率可能达到的最大范围。

分辨率板的制作方法采用3D打印或者微纳加工技术。3D打印技术中的熔融沉积快速成型(FDM)或者光固化成型(SLA)方法都可以作为选择。熔融沉积又叫熔丝沉积，它是将丝状热熔性材料如ABS或PLA塑料加热融化，通过带有一个微细喷嘴的喷头挤喷出来。热熔材料融化后从喷嘴喷出，沉积在制作面板或者前一层已固化的材料上，温度低于固化温度后开始固化，通过材料的层层堆积形成最终成品。光固化成型技术主要使用光敏树脂为材料，通过紫外光或者其他光源照射逐层固化成型。与3D打印技术相比，目前的微纳制造工艺能够提供很高的分辨率，已至纳米级。平面工艺可采用光刻技术进行图案转移或直接使用电子束刻蚀方法得到图案；腐蚀技术包括化学液体湿法腐蚀和各种等离子体干法腐蚀。

与传统的光学分辨率测试板相比，本发明所提出的三维分辨率板舍弃金属薄膜图案，而采用更适合OCT成像机制的高散射材料制作三维图案，得到的OCT图像质量更高，设计的分辨率图案既包含横向分辨率图案又包含轴向分辨率图案，不仅可用于二维分辨，也同时用于评价OCT设备在深度方向上的轴向分辨率。

使用本发明提出的三维分辨率板去评价OCT成像分辨率性能的方法与流程如下：将该三维分辨率板作为目标物进行检测，得到其OCT三维图像。OCT的横向分辨率与轴向分辨率是通过分析其C-Scan图(即X-Y平面扫描图)与B-Scan图(即X-Z平面扫描图)分别得到的。如附图3所示，C-Scan图用于分析横向分辨率测试图案。如附图6所示，B-Scan图用于分析轴向分辨率测试图案。C-Scan中能看清的最小的那组图案所对应的短线宽度尺寸即代表OCT设备的横向分辨率，B-Scan中能看清的最小那组图案所对应的高度尺寸即可用来表征所用OCT设备的轴向分辨率。与此同时，C-Scan图像中所能看到的完整的最大视野标示方框可用于判断判断本次OCT检测的视野大小。

此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。

Claims (5)

1.一种用于OCT设备成像性能评价的三维分辨率板，其特征在于：

三维分辨率板使用掺杂聚合物微纳颗粒的透明树脂制作基板，在该三维分辨率板的基板上采用3D打印或者微纳加工技术制作分辨率测试图案(1)与视野标示方框(2)；

所述视野标示方框(2)由一组同心的正方形方框组成，方框的边长S从小至大，分别为1.5mm，2mm，3mm，6mm与10mm，用于标示OCT图像的视野大小；

所述分辨率测试图案(1)包含横向分辨率测试图案和轴向分辨率测试图案；

所述横向分辨率测试图案包括8组图案，图案的左侧具有代表该图案的序列号的数字；横向分辨率测试图案中的每组图案在X-Y二维平面上由水平与垂直方向各三条短线组成，短线图案的占空比为1:1，短线的宽度(W)尺寸从大到小，最大尺寸为50μm，最小尺寸为1μm；横向分辨率测试图案的高度相同，都是50μm；

所述轴向分辨率测试图案也包括8组图案，图案的左侧具有代表该图案的序列号的数字；轴向分辨率测试图案中的每组图在X-Y二维平面上都是边长(a)为100μm的正方形；轴向分辨率测试图案的每组图案的高度(H)不同，从小至大，最小尺寸为1μm，最大尺寸为50μm。

2.如权利要求1所述的三维分辨率板，其特征在于：掺杂的聚合物微纳颗粒包括聚苯乙烯微球。

3.如权利要求2所述的三维分辨率板，其特征在于：3D打印技术包括熔融沉积快速成型(FDM)和光固化成型(SLA)。

4.如权利要求3所述的三维分辨率板，其特征在于：微纳加工技术包括采用光刻技术进行图案转移或直接使用电子束刻蚀方法得到图案；以及腐蚀技术包括化学液体湿法腐蚀和各种等离子体干法腐蚀。

5.一种使用权利要求1-4任一所述的三维分辨率板的方法，其特征在于包括：

将该三维分辨率板作为目标物进行检测，得到其OCT三维图像；

OCT的横向分辨率与轴向分辨率是通过分析其C-Scan图，即X-Y平面扫描图与B-Scan图，即X-Z平面扫描图分别得到的；

C-Scan图中能看清的最小的那组图案所对应的短线宽度尺寸即代表OCT设备的横向分辨率，B-Scan图中能看清的最小那组图案所对应的高度尺寸即可用来表征所用OCT设备的轴向分辨率；C-Scan图像中所能看到的完整的最大视野标示方框用于判断判断本次OCT检测的视野大小。