CN102551654A - 光学相干生物测量仪及进行眼睛生物测量的方法 - Google Patents

Abstract

一种光学相干生物测量仪，它利用光学相干测量技术一次测量中得到眼睛的角膜厚度、前房深度、晶体厚度、视轴长度的参数。所述光学相干生物测量仪包括：利用平衡探测的短相干干涉系统、视网膜裂像对焦系统、双固视灯视轴对准系统、可变光程系统、眼睛定位系统、辅助对焦系统。用眼睛定位系统对角膜表面成像及眼睛定位，用双固视灯视轴对准系统，使系统光轴和眼睛的视轴吻合，通过光程及焦点联动装置使探测光分别聚焦于视网膜、玻璃体、角膜，与此同时，进行参考光的光程补偿，用可变光程系统实现对视网膜、玻璃体、角膜回光信号的扫描测量，通过平衡光电探测器的输出信号，计算出视轴长度、玻璃体厚度、前房深度、角膜厚度。

Description

光学相干生物测量仪及进行眼睛生物测量的方法

技术领域

本发明涉及眼睛生物检测技术领域，特别涉及一种光学相干生物测量仪及进行眼睛生物测量的方法。 

背景技术

白内障是世界首位致盲眼病，随着超声乳化仪及手术方法的改进和新型人工晶体的出现，白内障手术已经从过去单纯的复明手术转变为现在的屈光手术，随之而来的术后屈光状态也越来越受到人们的重视，因此术前进行准确的生物学测量获得准确的人工晶体度数显得尤为重要，与人工晶体度数计算有关的生物因素主要有眼轴长度、前房深度和角膜曲率等。 

为了测量和人工晶体度数有关的参数，Haag-Streit AG公示了一种具有双参考光及短相干长度的迈克尔逊干涉仪，用于进行物体几何值测量的方法和装置，参见美国专利公开号US2009/0268209 A1，发明名称为Method and apparatus for determination of geometric values on an object，这种方法使用双参考光，对样品不同的层进行测量。卡尔蔡司医疗技术股份有限公司公开了一种短相干干涉仪，用于测量样品轴向间隔设置的多个区域，参见中国专利申请号200880118045.1，发明名称为短相干干涉仪。这两种方法都是利用短相干光干涉的方法对眼睛的各层位置进行测量，但是在测量的灵敏度及准确性方面还存在如下问题：(1)对于和计算人工晶体度数有关的参数的测量，必须保证测量是沿眼睛的视轴方向进行的，但是这两种方法使用的单固视灯，无法保证探测光和视轴吻合；(2)探测视网膜的反射光和参考光干涉，确定视网膜的位置是眼睛参数测量的关键，但是由于缺乏视网膜对焦系统，导致从视网膜反射的光较弱，使测量的灵敏度较低，无法应用于白内障程度较深的病人；(3)缺乏参考光部分高速扫描系统，使测量过程较长，测量结果容易受病人和环境的影响。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种光学相干生物测量仪及进行眼睛生物测量的方法，它利用光学相干测量技术一次测量中得到角膜厚度、前房深度、晶体厚度、视轴长度的眼睛参数。 

本发明所提出的技术解决方案是这样的： 

一种光学相干生物测量仪，该光学相干生物测量仪包括： 

——利用平衡探测的短相干干涉系统1，用于提高系统灵敏度； 

——视网膜裂像对焦系统2，用于探测光聚焦于视网膜表面，增强视网膜表面反射光强度，提高系统灵敏度；

——双固视灯视轴对准系统3，用于使系统光轴和眼睛的视轴吻合； 

——可变光程系统4，用于对视网膜、玻璃体、角膜回光信号的快速扫描测量； 

——眼睛定位系统5，用于对角膜表面成像及眼睛定位； 

——辅助对焦系统6，用于对屈光不正常的患者，通过调节透镜的位置，使探测光聚焦到视网膜表面。

所述利用平衡探测的短相干干涉系统1由短相干光源7、光纤耦合器8、第一光纤准直器9、第二光纤准直器10、平衡光电探测器11组成，短相干光源7输出的短相干光用光纤输出至光纤耦合器8，光纤耦合器8输出端分别与第一、第二光纤准直器9、10输入端连接，第一、第二光纤准直器9、10输出的光为平行光。 

所述第一光纤准直器9输出的光为探测光，通过光程及焦点联动装置37、第一中空反射镜38、第二中空反射镜39进入眼睛。第二光纤准直器10输出的光为参考光，通过光程及焦点联动装置37、全反镜40进入可变光程系统4。可变光程系统4由第一全反镜28、第二全反镜29、回光反射器30和可旋转棱镜31组成，所述参考光通过全反镜40、第一全反镜28反射到可旋转棱镜31，再依次经过第二全反镜29、可旋转棱镜31、回光发射器30、可旋转棱镜31、第一全反镜28的反射，原路返回。 

所述回光反射器30由互相垂直的反射面组成。 

所述双固视灯视轴对准系统3由第一光源19、第一透镜20、第二透镜21、第三透镜48、第一半透半反镜22、第二半透半反镜23、十字屏24、环形屏25、第三全反镜26、第四全反镜27组成，第一光源19发出的光经过第一透镜20准直，经第一半透半反镜22分成两路，一路依次经过十字屏24、第三透镜48，产生十字图像50，另一路依次经过第三全反镜26和第四全反镜27、环形屏25、第二透镜21，产生环形图像49。 

所述视网膜裂像对焦系统2由第二光源12、第四透镜13、第五透镜14、相光楔15、狭缝16、第三半透半反镜17、第一CCD18组成，第二光源12发出的光，依次经过第四透镜13、双光楔15、狭缝16、第三半透半反镜17、第四半透半反镜51、第一中空反射镜38、辅助对焦系统6、第二中空反射镜39，在视网膜上形成第一双裂像52和第二双裂像53。 

所述眼睛定位系统5由第二CCD32、第六透镜33组成，第二CCD32通过第六透镜33和第二中空反射镜39对角膜表面成像，进行眼睛定位。 

所述辅助对焦系统6由第七透镜34和第八透镜35组成，调节第七透镜34和第八透镜35的位置，使探测光聚焦到视网膜表面。 

用权利要求1所述的光学相干生物测量仪进行眼睛生物测量的方法，用眼睛定位系统5对角膜表面成像及眼睛定位，用双固视灯视轴对准系统3，使系统光轴36和眼睛的视轴吻合，通过光程及焦点联动装置37使探测光分别聚焦于视网膜、玻璃体、角膜，与此同时，进行参考光光程补偿，用可变光程系统4实现对视网膜、玻璃体、角膜回光信号的扫描测量，通过 平衡光电探测器11的输出信号，计算出视轴长度、玻璃体厚度、前房深度、角膜厚度。 

与现有技术相比，本发明具有如下显著效果： 

(1)本发明由于使用了平衡探测法和视网膜对焦系统，提高了系统灵敏度。 

(2)本发明由于采用了双固视等视轴对准系统，使系统光轴和眼睛的视轴吻合。 

(3)本发明由于使用了高速可变光程系统，提高了探测速度。 

附图说明

图1是本发明一个实施例的一种光学相干生物测量仪的结构示意图。 

图2是图1所示光程及焦点联动装置37的主视图。 

图3是图1所示可变光程系统4的结构示意图，图3(a)表示使用多面棱镜的结构，图3(b)表示使用单反射镜的结构。 

图4是图1所示双固视灯视轴对准系统3的成像情况示意图。 

图5是图1所述视网膜裂像对焦系统2的成像情况示意图。 

具体实施方式

通过下面实施例对本发明作进一步详细阐述。 

参见图1-图5所示，一种光学相干生物测量仪由利用平衡探测的短相干干涉系统1、视网膜裂像对焦系统2、双固视灯视轴对准系统3、可变光程系统4、眼睛定位系统5、辅助对焦系统6组成。 

利用平衡探测的短相干干涉系统1由短相干光源7、光纤耦合器8、第一光纤准直器9、第二光纤准直器10、平衡光电探测器11组成。 

视网膜裂像对焦系统2由第二光源12、第四透镜13、第五透镜14、双光楔15、狭缝16、第三半透半反镜17、第一CCD18组成。 

双固视灯视轴对准系统3由光源19、第一透镜20、第二透镜21、第三透镜48、第一半透半反镜22、第二半透半反镜23、十字屏24、环形屏25、第三全反镜26、第四全反镜27组成。 

可变光程系统4由第一全反镜28、第二全反镜29、回光反射器30、可旋转棱镜31组成。 

眼睛定位系统5由第二CCD32和第六透镜33组成。 

辅助对焦系统6第七由透镜34和第八35组成。 

如图1所示，短相干光源7输出的短相干光用光纤输出至光纤耦合器8，其输出端分别连接第一光纤准直器9、第二光纤准直器10，使输出的光成为平行光。由第一光纤准直器9输出的光为探测光，通过光程及焦点联动装置37、第一中空反射镜38、第二中空反射镜39进入眼睛。由第二光纤准直器10输出的光为参考光，通过光程及焦点联动装置37、全反镜 40进入可变光程系统4。由眼睛反射回来的反射光进入第一光纤准直器9，由可变光程系统4反射回来的反射光进入第二光纤准直器10；进入第一光纤准直器9和第二光纤准直器10的探测光和参考光由光纤耦合器8进入平衡光电探测器11的两个输入端，其差分输出信号为 

为参考光和探测光之间的位相差。当参考光和探测光为等光程时， 

信号有极大值，所以，根据信号极大值的位置及可变光程系统4的光程值，就可以知道眼睛反射面的深度位置。 

参见图2所示，光程及焦点联动装置37为一可旋转圆盘，其中三个透镜41、42和43，使由第一光纤准直器9输出的探测光分别在眼睛上的视网膜、晶状体和角膜产生聚焦。三个固定的光程补偿器44、45、46对由第二光纤准直器10输出的参考光产生不同的光程补偿。当探测光通过透镜41，探测光聚焦于视网膜，同时参考光通过光程补偿器44，从视网膜反射回来进入第一光纤准直器9的探测光的光程接近由可变光程系统4反射回来进入第二光纤准直器10的参考光的光程。由可变光程系统4改变参考光的光程，进行扫描测量。利用同样的方法，对晶状体和角膜进行扫描测量，当探测光通过透镜42，探测光聚焦于晶状体，同时参考光通过光程补偿器45，当探测光通过透镜43，探测光聚焦于晶状体，同时参考光通过光程补偿器46。 

可变光程系统4，如图3(a)所示，互相垂直的反射面组成回光反射器30，穿过光程及焦点联动装置37的参考光，通过全反镜40、第一全反镜28反射到可旋转棱镜31，由可旋转棱镜31反射到回光反射器30，再被回光反射器30反射到可旋转棱镜31，再依次经过第二全反镜29、可旋转棱镜31、回光反射器30、可旋转棱镜31、第一全反镜28的反射，原路返回。在图3(a)中是用一个五面棱镜来表示可旋转反射面，这里不限定于五面棱镜，可旋转反射面可使用其他形式，如一个反射面，如图3(b)中所示的全反镜47，也包括其他多面棱镜。在图3(a)和图3(b)中，用短横线表示的多面棱镜和全反镜表示多面棱镜和全反镜的另一旋转位置，用点线表示相应的反射光线。 

所示的双固视灯视轴对准系统3中，光源19发出的光，经过第1透镜20准直，经第1半透半反镜22分成两路，一路依次经过十字屏24、第3透镜48，另一路依次经过第3全反镜26和第4全反镜27、环形屏25、第2透镜21。两路光分别产生环形图像49和十字图像50，分别如图4(a)、图4(b)所示。分别调整这两路光路，使环形图像49和十字图像50的中心和系统光轴36重合。当眼睛的视轴和系统光轴36不重合时，则眼睛看到的环形图像49和十字图像50不重合，如图4(c)所示；当眼睛的视轴和系统光轴36重合时，则眼睛看到的环形图像49和十字图像50重合，如图4(d)所示，这里对图像49和50的具体形状不做限制，包括其他形状。 

在图1所示的视网膜裂像对焦系统2中，光源12发出的光，依次经过第4准直透镜13、双光楔15、狭缝16、第3半透半反镜17和第四半透半反镜51、第1中空反射镜38、辅助对焦系统6、第二中空反射镜39，在视网膜上形成第1双裂像52和第2双裂像53，当系统不聚焦于视网膜表面时，在视网膜上形成的双裂像错位，如图5(a)所示，当系统聚焦于视网膜表面时，在视网膜上形成的双裂像对齐，如图5(b)所示。从视网膜反射回来的双裂像通过第五透镜14成像于第一CCD18，通过第一、第二双裂像52和53的位置，对系统是否聚焦于视网膜进行调整，直至双裂像对齐，如图5(b)所示。 

所述眼睛定位系统5，是利用第二CCD32和第六透镜33通过第2中空反射镜39对角膜表面成像，进行眼睛的定位。 

所述辅助对焦系统6，是对于屈光不正常的患者，通过调节第七透镜34和第8透镜35的位置，使探测光可以聚焦到视网膜表面。 

用本光学相干生物测量仪进行眼睛生物测量的方法步骤： 

(1)由眼睛定位系统5对角膜进行成像，使瞳孔中心和系统光轴36吻合。 

(2)以双固视灯视轴对准系统3中的环形图像49和十字图像50为依据，调整眼睛的位置，使系统光轴36和眼睛的视轴吻合。 

(3)调节辅助对焦系统6，使视网膜裂像对焦系统2产生的双裂像对齐。 

(4)转动光程及焦点联动装置37使探测光分别聚焦于视网膜、玻璃体、角膜，与此同时，用可变光程系统4实现对视网膜、玻璃体、角膜回光信号的扫描测量，通过平衡光电探测器11输出信号，计算出视轴长度、玻璃体厚度、前房深度、角膜厚度。 

Claims (11)

1.一种光学相干生物测量仪，其特征在于：该光学相干生物测量仪包括：

——利用平衡探测的短相干干涉系统（1），用于提高系统灵敏度；

——视网膜裂像对焦系统（2），用于探测光聚焦于视网膜表面，增强视网膜表面反射光强度，提高系统灵敏度；

——双固视灯视轴对准系统（3），用于使系统光轴和眼睛的视轴吻合；

——可变光程系统（4），用于对视网膜、玻璃体、角膜回光信号的快速扫描测量；

——眼睛定位系统(5),用于对角膜表面成像及眼睛定位；

——辅助对焦系统（6），用于对屈光不正常的患者，通过调节透镜的位置，使探测光聚焦到视网膜表面。

2.根据权利要求1所述的光学相干生物测量仪，其特征在于：所述利用平衡探测的短相干干涉系统（1）由短相干光源（7）、光纤耦合器（8）、第一光纤准直器（9）、第二光纤准直器(10)、平衡光电探测器（11）组成，短相干光源（7）输出的短相干光用光纤输出至光纤耦合器（8），光纤耦合器（8）输出端分别与第一、第二光纤准直器（9、10）输入端连接，第一、第二光纤准直器（9、10）输出的光为平行光。

3.根据权利要求2所述的光学相干生物测量仪，其特征在于：所述第一光纤准直器（9）输出的光为探测光，通过光程及焦点联动装置（37）、第一中空反射镜（38）、第二中空反射镜（39）进入眼睛。

4.根据权利要求2所述的光学相干生物测量仪，其特征在于：所述第二光纤准直器（10）输出的光为参考光，通过光程及焦点联动装置（37）、全反镜（40）进入可变光程系统（4）。

5.根据权利要求一所述的光学相干生物测量仪，其特征在于：所述可变光程系统（4）由第一全反镜（28）、第二全反镜（29）、回光反射器（30）和可旋转棱镜（31）组成，所述参考光通过全反镜（40）、第一全反镜（28）反射到可旋转棱镜（31），再依次经过第二全反镜（29）、可旋转棱镜（31）、回光发射器（30）、可旋转棱镜（31）、第一全反镜（28）的反射，原路返回。

6.根据权利要求5所述的光学相干生物测量仪，其特征在于：所述回光反射器（30）由互相垂直的反射面组成。

7.根据权利要求1所述的光学相干生物测量仪，其特征在于：所述双固视灯视轴对准系统（3）由第一光源（19）、第一透镜（20）、第二透镜（21）、第三透镜（48）、第一半透半反镜（22）、第二半透半反镜（23）、十字屏（24）、环形屏（25）、第三全反镜（26）、第四全反镜（27）组成，第一光源（19）发出的光经过第一透镜（20）准直，经第一半透半反镜（22）分成两路，一路依次经过十字屏（24）、第三透镜（48），产生十字图像（50），另一路依次经过第三全反镜（26）和第四全反镜（27）、环形屏（25）、第二透镜（21），产生环形图像（49）。

8.根据权利要求1所述的光学相干生物测量仪，其特征在于：所述视网膜裂像对焦系统（2）由第二光源（12）、第四透镜（13）、第五透镜（14）、双光楔（15）、狭缝（16）、第三半透半反镜（17）、第一CCD（18）组成，第二光源（12）发出的光，依次经过第四透镜（13）、双光楔（15）、狭缝（16）、第三半透半反镜（17）、第四半透半反镜（51）、第一中空反射镜（38）、辅助对焦系统（6）、第二中空反射镜（39），在视网膜上形成第一裂像（52）和第二裂像（53）。

9.根据权利要求1所述的光学相干生物测量仪，其特征在于：所述眼睛定位系统（5）由第二CCD（32）、第六透镜（33）组成，第二CCD（32）通过第六透镜（33）和第二中空反射镜（39）对角膜表面成像，进行眼睛定位。

10.根据权利要求1所述的光学相干生物测量仪，其特征在于：所述辅助对焦系统（6）由第七透镜（34）和第八透镜（35）组成，调节第七透镜（34）和第八透镜（35）的位置，使探测光聚焦到视网膜表面。

11.用权利要求1所述的光学相干生物测量仪进行眼睛生物测量的方法，其特征在于：用眼睛定位系统（5）对角膜表面成像及眼睛定位，用双固视灯视轴对准系统（3），使系统光轴（36）和眼睛的视轴吻合，通过光程及焦点联动装置（37）使探测光分别聚焦于视网膜、玻璃体、角膜，与此同时，进行参考光的光程补偿，用可变光程系统（4）实现对视网膜、玻璃体、角膜回光信号的扫描测量，通过平衡光电探测器（11）的输出信号，计算出视轴长度、玻璃体厚度、前房深度、角膜厚度。

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