CN106963337B - 一种实现大景深眼前节分析*** - Google Patents

一种实现大景深眼前节分析*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种实现大景深眼前节分析***，该***包括宽带光源、分光模块、振镜模块、样品臂模块、高分辨率光谱仪及参考臂，其中宽带光源所发出的入射光经过分光模块后分为两束，其中一束经振镜模块、样品臂模块到达被检测眼球后返回，构成采集眼部信息的样品臂，所述振镜模块中每一维度的扫描振镜均采用离轴扫描振镜，每一维度离轴扫描振镜旋转轴c偏离入射光中心为t的距离，形成离轴结构，即在样品臂一路引入调制源。本发明的调制源设置在样品臂，避免了其他方案中调制源与扫描同步的问题，降低了***复杂度；本发明不存在图像拼接，避免了深度方向的测量误差。

Description

一种实现大景深眼前节分析***
技术领域
本发明属于眼科医疗设备技术领域，涉及的是一种实现大景深眼前节分析***。
背景技术
眼睛是人体最重要的感觉器官，人们所接收的外界信息约80％以上是通过眼睛获得的。医学眼解剖概念范畴中，眼前节包括角膜至晶状体的眼组织部分。近年来，光学相干层析(OCT)技术发展迅速，以其快速、非侵入等优点广泛用于医疗研究当中。在对角膜、巩膜、虹膜、房角的诊断方面优势明显，同时在对青光眼、白内障以及屈光视力问题的诊断中，晶体病变情况也是尤为重要的。传统OCT图像存在共轭伪像，因此其成像深度仅为***相干长度的一半。而角膜前表面到晶体的距离在10mm左右，到晶体后表面的距离还要更大，远远大于频域OCT的成像深度范围，因此传统OCT无法适用于眼前节的全景成像。
为了扩大频域OCT的成像范围，一些研究小组使用了超窄线宽的扫频激光器代替宽带光源，但其***的轴向分辨率普遍低于普通宽带光源***，且相位稳定性不好，非常依赖于激光器性能，同时造价昂贵，在目前的发展水平下不利于广泛推广。另一方面，使用的比较多的扩展成像范围的技术大致可以分为两类：多参考面拼接技术和相位调制技术。
专利CN102670172描述了一种基于多参考面的频域OCT成像***。该***中设置了两个参考面，分别置于角膜前表面之前和晶体后表面之后，在此结构下可以分别获得两幅无伪像干扰的OCT图像，然后经计算机处理拼接得到一副完整的眼前节图像。这类装置的缺点是需要精确标定两参考面之间的距离差异，标定精度应高于***的轴向分辨率，否则会引入较大的深度测量误差，造成诊断风险，其准确性和重复性无法保证，不适合工业规模生产。
专利WO2010011656描述了一种基于外加调制源的成像方法，该装置在参考臂中引入调制源，对获得的信号进行分析处理可以去除OCT伪像，而此方法虽然可以进行扩展范围内同时成像，但需要样品臂与调制源之间进行同步匹配，受硬件情况影响较大，同时增加了***复杂程度，不便于装调。
本发明旨在研制一种结构简单，可对眼角膜至晶体全范围同时成像的眼前节分析***。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种实现大景深眼前节分析***。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种实现大景深眼前节分析***，该***包括宽带光源、分光模块、振镜模块、样品臂模块、高分辨率光谱仪及参考臂，其中宽带光源所发出的入射光经过分光模块后分为两束能量成一定比例的光，其中一束经振镜模块、样品臂模块到达被检测眼球后返回，构成采集眼部信息的样品臂，所述振镜模块中每一维度的扫描振镜均采用离轴扫描振镜，每一维度离轴扫描振镜旋转轴c偏离入射光中心为t的距离，形成离轴结构，即在样品臂一路引入调制源，其中t满足t＝Nλ/8a，N为扫描范围内的采样点数，λ为宽带光源中心波长，a为光束旋转角度。
而且，所述高分辨率光谱仪的光谱分辨率为大于或等于25皮米，对应相干长度大于14毫米。
而且，在上述***中进一步安装有屈光调节视标模块，所述屈光调节视标模块通过二向色镜将视标图像经样品臂模块送入被测试眼球中，聚焦在不同位置，诱发被测者屈光调节力。
而且，在上述***中进一步安装有将高分辨率光谱仪送出的光谱信号转换为三维光学相干层析扫描图像的数据处理计算机。
而且，在上述***中进一步安装有与数据处理计算机连接的瞳孔监视模块，瞳孔监视模块所发出光束经二向色镜、样品臂模块照射在被测试眼球上，返回光束携带瞳孔位置信息，数据处理计算机将瞳孔监视模块采集的瞳孔位置信息与高分辨率光谱仪送出的瞳孔位置信息进行比对生成***校正信号，***校正信号用于***微小抖动或偏移的校正。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明的调制源设置在样品臂，避免了其他方案中调制源与扫描同步的问题，降低了***复杂度；
2、本发明的高分辨率光谱仪设计光谱分辨率是25皮米以上，对应***相干长度大于14毫米，配合调制解调算法可实现眼角膜至晶体后表面的全景同时成像；
3、本发明不存在图像拼接，避免了深度方向的测量误差。
4、本发明送出的三维光学相干层析扫描图像为3D重建算法建模，获得角膜地形图，晶体前后表面地形图，眼前节三维形态提供数据基础。
5、本发明对被测者眼前节进行竖直方向扫描成像，获取泪河高度测量信息，可用于评价干眼病程度。
附图说明
图1是本发明***结构示意图；
图2是本发明***中一个维度的离轴扫描振镜结构示意图；
图3是本发明调制解调方法示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施做进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种实现大景深眼前节分析***，如图1所示，该***包括宽带光源3、分光模块5、振镜模块7、样品臂模块6、高分辨率光谱仪4及参考臂8，其中宽带光源所发出的光信号经过分光模块后分为两束能量成一定比例的光，其中一束经振镜模块、样品臂模块到达被检测眼球9后返回，构成采集眼部信息的样品臂，本发明的创新点是，如图2所示，所述振镜模块中每一维度的扫描振镜均采用离轴扫描振镜，每一维度离轴扫描振镜旋转轴c偏离入射光中心为t的距离，形成离轴结构，其中t满足t＝Nλ/8a，N为扫描范围内的采样点数，λ为宽带光源中心波长，a为光束旋转角度，即在样品臂一路引入调制源。
以一个维度的扫描原理为例，扫描振镜沿旋转轴旋转将入射光以不同反射角度射出，光束旋转角度为a，旋转轴与入射光轴在x扫描方向上的偏移量为t，由于扫描振镜的旋转角度较小，根据小角度弧长公式，因扫描振镜在不同角度而形成的光程差b可以近似认为b＝at，即在任意扫描位置，入射光在样品臂所走过的光程都不同于相邻扫描位置处所走过的光程，且入射光光程随扫描振镜旋转角度改变，呈单调性。
由光程差相位公式Φ＝4πz/λ可得，δΦ＝4πat/Nλ，其中N为扫描范围内的采样点数，λ为宽带光源中心波长，因此，当扫描光线沿x方向对样品进行采样时，离轴扫描振镜在相邻的扫描点引入近似固定的光程差，产生时域多普勒效应，即沿x方向加入了一个调制频率。当相邻采样点之间的相位差满足δΦ＝π/2时，即t＝Nλ/8a，由解调算法得到的OCT图像中的伪像可以得到抑制，实现大景深眼前节分析。对于两个维度的扫描，其原理相同，在各个维度上均采用离轴扫描振镜结构即实现相应维度扫描均加入了调制频率。
如图3所示，光学相干层析图像是以波数(波长的倒数*2π)和x扫描方向位置作为坐标系的二维数组。由于沿x方向扫描同时加入了调制，样品组织的频率分布从0附***移至调制频率附近，因此对x方向数据做傅里叶滤波，可以得到复数域采样信息，从而消除了在实数域做傅里叶变换造成的伪像重叠问题，滤波后的数据在复数域进行OCT解调，即可得到在全部相干长度内无伪像影响的图像，从而实现对眼前节部分从角膜前表面至晶体后表面的全景实时成像。
在本发明的具体实施中，为了与样品臂采集的大景深光信号相匹配，所述高分辨率光谱仪选用消色差透镜，减小光谱仪光路设计中存在的色差，降低光谱畸变，采用高速线阵CCD相机，提高采样频率，降低调制信号的失真，根据光学相干层析原理，相干长度L＝λ2/2δλ，高分辨率光谱仪设计光谱分辨率大于或等于25皮米，对应相干长度大于14毫米，对角膜前表面到晶体后表面范围内的结构同时成像。
在本发明的具体实施中，为观察晶体及瞳孔等眼前节组织变化情况，在上述***中进一步安装有屈光调节视标模块2，所述屈光调节视标模块通过二向色镜将视标图像经样品臂模块送入被测试眼球中，聚焦在不同位置，诱发被测者屈光调节力，在光学相干层析图像中可以观察晶体及瞳孔等眼前节组织变化。
在本发明的具体实施中，宽带光源作为***光源，入射光经分光模块分别进入样品臂和参考臂，样品臂入射光经过离轴扫描振镜模块聚焦在被测者眼睛前节部分，后向散射光携带组织信息和调制相位返回，并与参考臂返回光叠加形成干涉，干涉光进入高分辨率光谱仪经色散器件以光谱形式送出，为处理光谱形式数据，在上述***中进一步安装有数据处理计算机10，数据处理计算机将高分辨率光谱仪送出的光谱信号转换为三维光学相干层析扫描图像，三维光学相干层析扫描图像为3D重建算法建模，获得角膜地形图，晶体前后表面地形图，眼前节三维形态提供数据基础。
在本发明的具体实施中，在上述***中进一步安装有瞳孔监视模块1，瞳孔监视模块与数据处理计算机连接，瞳孔监视模块所发出光束经二向色镜、样品臂模块在被测试眼球上，返回光束携带瞳孔位置信息，数据处理计算机将瞳孔监视模块采集的瞳孔位置信息与高分辨率光谱仪送出的瞳孔位置信息进行比对生成***校正信号，***校正信号用于***微小抖动或偏移的校正。
在本发明的具体实施中，分光模块可以是光纤分束器，或空间分光棱镜，或薄膜分束器等，包括可以实现分光功能的任何种类光学器件，其分光比可以是任何比例；
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于简要的阐述本发明的内容并据以实施，并不能限制本发明的保护范围。凡根据本发明的精神实质所做的等效变化或修饰都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种实现大景深眼前节分析***，该***包括宽带光源、分光模块、振镜模块、样品臂模块、高分辨率光谱仪及参考臂，其中宽带光源所发出的入射光经过分光模块后分为两束能量成一定比例的光，其中一束经振镜模块、样品臂模块到达被检测眼球后返回，构成采集眼部信息的样品臂，其特征在于：所述振镜模块中每一维度的扫描振镜均采用离轴扫描振镜，每一维度离轴扫描振镜旋转轴c偏离入射光中心为t的距离，形成离轴结构，即在样品臂一路引入调制源，其中t满足t＝Nλ/8a，N为扫描范围内的采样点数，λ为宽带光源中心波长，a为光束旋转角度。
2.根据权利要求1所述的实现大景深眼前节分析***，其特征在于：所述高分辨率光谱仪的光谱分辨率为大于或等于25皮米，对应相干长度大于14毫米。
3.根据权利要求1所述的实现大景深眼前节分析***，其特征在于：在上述***中进一步安装有屈光调节视标模块，所述屈光调节视标模块通过二向色镜将视标图像经样品臂模块送入被测试眼球中，聚焦在不同位置，诱发被测者屈光调节力。
4.根据权利要求1所述的实现大景深眼前节分析***，其特征在于：在上述***中进一步安装有将高分辨率光谱仪送出的光谱信号转换为三维光学相干层析扫描图像的数据处理计算机。
5.根据权利要求1或4所述的实现大景深眼前节分析***，其特征在于：在上述***中进一步安装有与数据处理计算机连接的瞳孔监视模块，瞳孔监视模块所发出光束经二向色镜、样品臂模块照射在被测试眼球上，返回光束携带瞳孔位置信息，数据处理计算机将瞳孔监视模块采集的瞳孔位置信息与高分辨率光谱仪送出的瞳孔位置信息进行比对生成***校正信号，***校正信号用于***微小抖动或偏移的校正。
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