一種全眼頻域光學相干層析成像系統及其方法
2023-12-11 17:37:17 1
專利名稱：一種全眼頻域光學相干層析成像系統及其方法
技術領域：
本發明涉及醫療儀器技術領域，具體涉及一種基於雙通道和光程快速切換方法實現對人眼前節和視網膜的同時成像的全眼頻域光學相干層析成像系統及其方法。
背景技術：
光學相干層析成像(optical coherence tomography, OCT)是一種基於低相干光學幹涉原理的新型成像技術，具有高解析度、快速掃描成像、非接觸性和無損探測等特點，廣泛應用於醫學成像領域。譜域OCT利用光譜儀探測系統獲取幹涉光譜信號，經傅立葉變換的方法獲取深度信息，從而進一步提高了成像速度和成像靈敏度。譜域OCT是一種重要的眼科光學成像技術。目前眼科成像OCT根據成像對象的不同分為眼前節OCT和眼底0CT。眼前節OCT的成像範圍包括角膜、前房、虹膜和晶狀體，由於受到成像深度和信噪比衰減的限制，一般眼前節OCT無法對整個眼前節範圍成像。眼底OCT主要針對視網膜和脈絡膜成像。OCT的成像位置和範圍受到探測光束聚焦位置和焦深大小的影響。由於眼睛是一個屈光系統，單光路探測光束無法同時聚焦於眼前節和眼底，因此目前商用OCT儀器必須通過增減探測臂上的成像物鏡的方法進行眼前節和眼底的單獨成像，而不能做到同時成像。全眼範圍的OCT成像，即同時精確測量眼前節和眼底的形態在眼科臨床和研究領域具有重要價值。比如眼睛屈光手術需要測量角膜和眼軸長度，一些眼科疾病同時涉及前節和視網膜的形態、功能病變。根據文獻報導，實現全眼成像的方法主要是兩種類型的雙通道技術。一是耦合兩個OCT系統的探測光路，分別聚焦於眼前節和眼底，同時得到兩幅OCT圖像。這種方法採用兩套OCT系統，存在結構複雜而且造價較高的缺點。二是通過多個光纖耦合器和偏振分光稜鏡，將入射光束分成兩部分，分別形成不同光程的探測光路和參考光路，並通過設置快門或光纖切 換設備分別對眼前節和眼底成像。這種方法雖然採用一個光源和光譜儀系統，但是使用多個光纖耦合器進行分光，結構較複雜，同時能量利用率較低，降低了圖像的信噪比。本發明採用結構更為簡單的雙通道OCT技術，僅分光一次，並利用反射振鏡對參考臂光程進行切換，分別獲取兩幅眼前段圖像和一幅眼底圖像，從而實現了全眼的OCT成像。
發明內容
根據現有技術的不足，本發明提供全眼頻域光學相干層析成像系統及其方法。該方法精確測量眼前節和眼底的形態，並實現了眼前節和眼底的同時成像。根據現有技術的不足，本發明提供的技術方案為:一種全眼頻域光學相干層析成像系統，其特徵在於:包括
光源，用於輸出光束；
樣品臂，所述樣品臂中設置電動雙反射鏡翻轉裝置，用於調整光束進入人眼的光路設
置；參考臂，所述參考臂中設置光程切換裝置，用於調整樣品臂中的等光程面；
光譜儀，用於將由樣品臂的反射光和參考臂的反射光相干涉形成的幹涉光譜進行分光、探測成像。所述光源前方設置光纖耦合器，光纖耦合器同時與樣品臂和參考臂相連接，所述樣品臂中設置二維掃描鏡、電動雙反射鏡翻轉裝置和熱鏡,二維掃描鏡將光源射出的光束轉折，轉折的光束與熱鏡呈45°角布置，經熱鏡反射的光束正射入人眼；
所述電動雙反射鏡翻轉裝置包含相對稱設置的第一反射鏡和第四反射鏡，第一反射鏡和第四反射鏡分別與二維掃描鏡轉折的光速方向呈45°角布置；
所述電動雙反射鏡翻轉裝置的側方設置有第二反射鏡和第三反射鏡，所述第二反射鏡與第三反射鏡相對稱設置；
所述第一反射 鏡與第二反射鏡相平行，第三反射鏡與第四反射鏡相平行。所述光程切換裝置包括一個一維掃描鏡、第五反射鏡、第六反射鏡和第七反射鏡，參考臂的光束經一維掃描鏡反射，分別正射第五反射鏡、第六反射鏡和第七反射鏡。所述經光纖耦合器分光的光束到第五反射鏡的距離與到人眼角膜的距離相同。所述經光纖耦合器分光的光束到第六反射鏡的距離與到人眼晶狀體後表面的距離相同。所述經光纖耦合器分光的光束到第七反射鏡的距離與到人眼視網膜的距離相同。一種全眼頻域光學相干層析成像方法，包括以下步驟:
a樣品臂中設置電動雙反射鏡翻轉裝置，雙反射鏡處於光路中時實現對眼前節的成像，雙反射鏡移出光路時，實現對眼底視網膜的成像；
b參考臂中設置光程切換裝置，將入射光束分為三個光程，三個光程分別對應人眼中角膜、晶狀體後表面和視網膜位置，光路原路返回與樣品臂的反射光幹涉，形成幹涉光譜，經光纖耦合器輸出到光譜儀依次得到兩幅的眼前節圖像和一幅眼底圖像；
c電動雙反射鏡翻轉裝置和光程切換裝置的觸發信號控制同步運行，電動雙反射鏡翻轉裝置處於樣品臂光路中時，光程切換裝置切換一次，得到兩幅眼前節OCT圖像；隨後電動雙反射鏡翻轉裝置和光程切換裝置同時觸發切換，得到一幅眼底OCT圖像。為了確定眼前節和眼底圖像的相對位置，需要嚴格測量光程切換裝置中三塊反射鏡的相對距離差。本發明的有益效果是:本發明是在譜域OCT的基礎上，對樣品臂和參考臂進行快速光路切換，對眼前節和眼底依次掃描成像，再經電腦圖像處理實現全眼OCT成像。該方法精確測量眼前節和眼底的形態，並實現了眼前節和眼底的同時成像。
附圖1為本發明角膜成像的工作原理圖。附圖2為本發明晶狀體成像的工作原理圖。附圖3為本發明視網膜成像的工作原理圖。1-電動雙反射鏡翻轉裝置，2-光程切換裝置，3-近紅外光源 ，4_光譜儀，5-光纖稱合器，6- 二維掃描鏡,7-第一透鏡,8-第一反射鏡,9-第二反射鏡，10-第二透鏡，11-第三反射鏡，12-第四反射鏡，13-第三透鏡，14-熱鏡，15-人眼，16- 一維掃描鏡，17-第五反射鏡，18-第六反射鏡，19-第七反射鏡。
具體實施例方式下面結合圖1、圖2和圖3具體說明本發明的結構和工作原理。一種全眼頻域光學相干層析成像系統，包括 光源，用於輸出光束；
樣品臂，所述樣品臂中設置電動雙反射鏡翻轉裝置1，用於調整光束進入人眼的光路設
置；
參考臂，所述參考臂中設置光程切換裝置2，用於調整樣品臂中的等光程面；
光譜儀4，用於將由樣品臂的反射光和參考臂的反射光相干涉形成幹涉光譜成像。所述光源前方設置光纖耦合器5，光纖耦合器5同時與樣品臂和參考臂相連接，所述樣品臂設置二維掃描鏡6、電動雙反射鏡翻轉裝置I和熱鏡14，二維掃描鏡6將光源射出的光束轉折，轉折的光束與熱鏡14呈45°角布置，經熱鏡14反射的光束正射入人眼15 ；
所述電動雙反射鏡翻轉裝置I包含第一反射鏡8和第四反射鏡12，第一反射鏡8和第四反射鏡12分別與二維掃描鏡6轉折的光速方向呈45°角布置；
所述電動雙反射鏡翻轉裝置I的側方設置有第二反射鏡9和第三反射鏡11，所述第二反射鏡9與第三反射鏡11相對 稱設置；
所述第一反射鏡8與第二反射鏡9相平行，第三反射鏡11與第四反射鏡12相平行。在需眼節前成像時，可電動快速移動第一反射鏡8和第四反射鏡12的位置，使第一反射鏡和第四反射鏡位於二維掃描鏡反射的光路中，經二維掃描鏡反射的光速依次經過第一反射鏡8、第二反射鏡9、第三反射鏡11、第四反射鏡12和熱鏡14反射進入人眼。在需眼底成像時，可電動快速移動第一反射鏡8和第四反射鏡12的位置，使第一反射鏡8和第四反射鏡12移出二維掃描鏡反射的光路，使二維掃描鏡6反射的光束直接經熱鏡14反射進入人眼。所述光程切換裝置2包括一個一維掃描鏡16、第五反射鏡17、第六反射鏡18和第七反射鏡19,參考臂的光束經一維掃描鏡16,分別正射入第五反射鏡17、第六反射鏡18和第七反射鏡19。通過調整一維掃描鏡的位置，改變光束入射一維掃描鏡的角度，使經一維掃描鏡反射的光束分別正射第五反射鏡、第六反射鏡和第七反射鏡。一種全眼頻域光學相干層析成像方法，包括以下步驟:
a樣品臂中設置電動雙反射鏡翻轉裝置1，雙反射鏡處於光路中時實現對眼前節的成像，雙反射鏡移出光路時，實現對眼底視網膜的成像；
b參考臂中設置光程切換裝置2，將入射光束分為三個光程，三個光程分別對應人眼15中角膜、晶狀體後表面和視網膜位置，光路原路返回與樣品臂的反射光幹涉，形成幹涉光譜，經光纖耦合器5輸出到光譜儀4依次得到兩幅的眼前節圖像和一幅眼底圖像；
c電動雙反射鏡翻轉裝置I和光程切換裝置2的觸發信號控制同步運行，電動雙反射鏡翻轉裝置I處於樣品臂光路中時，光程切換裝置2切換一次，得到兩幅眼前節OCT圖像；隨後電動雙反射鏡翻轉裝置I和光程切換裝置2同時觸發切換，得到一幅眼底OCT圖像。眼節前角膜成像:
近紅外光源3發出的光束經光纖耦合器5分光，電動雙反射鏡翻轉裝置，使第一反射鏡和第四反射鏡位於二維掃描鏡6反射的光路中，使經光纖耦合器5分光到樣品臂的光束經二維掃描鏡6、第一透鏡7，入射電動雙反射鏡翻轉裝置I中的第一反射鏡8，並經第二反射鏡9、第二透鏡10和第三反射鏡11，再次由電動雙反射鏡翻轉裝置I中的第四反射鏡12進行反射，光束經第三透鏡13和熱鏡14反射，入射人眼15。第一透鏡7的後焦點和第二透鏡10的前焦點重合，第二透鏡10的後焦點和第三透鏡13的前焦點重合,人眼15的節點位於第三透鏡13的後焦點處；同時設置第五反射鏡17的位置，使經光纖耦合器5分光的光束到第五反射鏡17的距離與到人眼角膜的距離相同，即樣品臂中的等光程面位於人眼角膜處。光束原路返回並與樣品臂中的樣品反射光幹涉，幹涉光譜由光纖耦合器5的一端輸出，並有光譜儀4實現分光和探測，得到一幅角膜清晰的OCT圖像(圖1)。眼節前晶狀體成像:
近紅外光源3發出的光束經光纖耦合器5分光，電動雙反射鏡翻轉裝置I與眼節前角膜成像的設置保持不變。同時設置第六反射鏡18的位置，使經光纖耦合器5分光的光束到第六反射鏡18的距離與到人眼晶狀體後表面的距離相同，即樣品臂中的等光程面位於人眼晶狀體後表面處。光束原路返回並與樣品臂中的樣品反射光幹涉，幹涉光譜由光纖耦合器5的一端輸出，並有光譜儀4實現分光和探測，得到一幅晶狀體清晰的OCT圖像(圖2)。眼底成像:
近紅外光源3發出的光束經光纖耦合器5分光，電動雙反射鏡翻轉裝置I發生翻轉，第一反射鏡8和第4反射鏡13移出樣品臂光路,使經光纖稱合器5分光到樣品臂光束直接通過第一透鏡7和第三透鏡13，經熱鏡14反射，入射人眼15，且第一透鏡7的後焦點和第三透鏡13的前焦點重合；同時設置第七反射鏡19的位置，使經光纖耦合器5分光的光束到第七反射鏡19的距離與到人眼視網膜的距離相同，即樣品臂中的等光程面位於人眼視網膜處。此時將得到一幅視網膜清晰的OCT圖像(圖3)。為了確定眼前節和眼底圖像的相對位置，需要嚴格測量光程切換裝置2中三塊反射鏡的相對距離差。由電腦 處理兩幅眼前節圖像，疊加組成一幅清晰角膜和晶狀體都清晰的眼前節OCT圖像；再結合眼底圖像，將得到完整的全眼OCT圖像。眼前節圖像和眼底圖像之間的相對距離，可測量第五反射鏡、第六反射鏡和第七反射鏡之間的光程差獲取。
權利要求
1.一種全眼頻域光學相干層析成像方法，其特徵在於包括 光源，用於輸出光束； 樣品臂，所述樣品臂中設置電動雙反射鏡翻轉裝置，用於調整光束進入人眼的光路設置； 參考臂，所述參考臂中設置光程切換裝置，用於調整樣品臂中的等光程面； 光譜儀，用於將由樣品臂的反射光和參考臂的反射光相干涉形成的幹涉光譜進行分光、探測。
2.如權利要求I所述一種全眼頻域光學相干層析成像系統，其特徵在於所述光源前方設置光纖耦合器，光纖耦合器同時與樣品臂和參考臂相連接，所述樣品臂設置二維掃描鏡、電動雙反射鏡翻轉裝置和熱鏡，二維掃描鏡將光源射出的光束轉折，轉折的光束與熱鏡呈45°角布置，經熱鏡反射的光束正射入人眼； 所述電動雙反射鏡翻轉裝置包含相對稱設置的第一反射鏡和第四反射鏡，第一反射鏡和第四反射鏡分別與二維掃描鏡轉折的光速方向呈45°角布置； 所述電動雙反射鏡翻轉裝置的側方設置有第二反射鏡和第三反射鏡，所述第二反射鏡與第三反射鏡相對稱設置； 所述第一反射鏡與第二反射鏡相平行，第三反射鏡與第四反射鏡相平行。
3.如權利要求I或2所述一種全眼頻域光學相干層析成像系統，其特徵在於所述參考臂內的光程切換裝置包括一個一維掃描鏡、第五反射鏡、第六反射鏡和第七反射鏡，參考臂的光束經一維掃描鏡反射，分別正射第五反射鏡、第六反射鏡和第七反射鏡。
4.如權利要求2所述一種全眼頻域光學相干層析成像系統，其特徵在於所述經光纖耦合器分光的光束到第五反射鏡的距離與到人眼角膜的距離相同。
5.如權利要求2所述一種全眼頻域光學相干層析成像系統，其特徵在於所述經光纖耦合器分光的光束到第六反射鏡的距離與到人眼晶狀體後表面的距離相同。
6.如權利要求2所述一種全眼頻域光學相干層析成像系統，其特徵在於所述經光纖耦合器分光的光束到第七反射鏡的距離與到人眼視網膜的距離相同。
7.—種全眼頻域光學相干層析成像方法，其特徵在於包括以下步驟 a樣品臂中設置電動雙反射鏡翻轉裝置，雙反射鏡處於光路中時實現對眼前節的成像，雙反射鏡移出光路時，實現對眼底視網膜的成像； b參考臂中設置光程切換裝置，將入射光束分為三個光程，三個光程分別對應人眼中角膜、晶狀體後表面和視網膜位置，光路原路返回與樣品臂的反射光幹涉，形成幹涉光譜，經光纖耦合器輸出到光譜儀依次得到兩幅的眼前節圖像和一幅眼底圖像； c電動雙反射鏡翻轉裝置和光程切換裝置的觸發信號控制同步運行，電動雙反射鏡翻轉裝置處於樣品臂光路中時，光程切換裝置切換一次，得到兩幅眼前節OCT圖像；隨後電動雙反射鏡翻轉裝置和光程切換裝置同時觸發切換，得到一幅眼底OCT圖像。
全文摘要
本發明涉及一種全眼頻域光學相干層析成像系統及其方法。一種全眼頻域光學相干層析成像方法a樣品臂中設置電動雙反射鏡翻轉裝置，雙反射鏡處於光路中時實現對眼前節的成像，雙反射鏡移出光路時，實現對眼底視網膜的成像；b參考臂中設置光程切換裝置，將入射光束分為三個光程，光路原路返回與樣品臂的反射光幹涉，形成幹涉光譜，經光纖耦合器輸出到光譜儀依次得到兩幅的眼前節圖像和一幅眼底圖像；c電動雙反射鏡翻轉裝置和光程切換裝置的觸發信號控制同步運行。該方法精確測量眼前節和眼底的形態，並實現了眼前節和眼底的同時成像。
文檔編號A61B3/10GK103251382SQ20131013347
公開日2013年8月21日 申請日期2013年4月17日 優先權日2013年4月17日
發明者朱德喜, 沈梅曉, 袁一民, 邵一磊 申請人:溫州醫學院