CN210871522U - 多功能眼科测量系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多功能眼科测量系统，包括：主体模块和样品臂；所述主体模块用于输出测量光并将所述测量光入射到样品臂，对样品臂散射回来的光进行干涉并采集干涉后的光；所述样品臂包括眼前节样品臂单元和眼后节样品臂单元，所述眼前节样品臂单元和所述眼后节样品臂单元共用第一分光镜；所述测量光被所述第一分光镜分成两束不同波段的光并分别入射到所述眼前节样品臂单元和所述眼后节样品臂单元后再散射回主体模块。该系统能实现眼前节和眼后节完全同时扫描成像，且眼前节和眼后节采用不同的光路探测，能够让光束分别聚焦于眼前节和眼后节的探测区域，提高探测信噪比以及分辨率。
Description
技术领域
本实用新型涉及光电子领域，尤其涉及一种多功能眼科测量系统。
背景技术
如今患白内障眼病的老年人越来越多，移植人工晶体是目前广泛使用的治疗白内障的有效方案。但人工晶体的计算所需要的参数要求较多，如角膜前后表面曲率、角膜厚度、前房深度、晶状体厚度、晶状体前后表面曲率、眼轴长、白到白距离、瞳孔直径等。测量的参数较多，但往往需要多种医疗设备检测后，才能获得上述完整数据。因而若能实现一台设备，便得到上述数据的医疗设备，对于患者的检测来说，不仅能提高测量的方便性，还能提高测量的准确性。
光学相干层析成像(OCT，Optical Coherence Tomography)是一种新兴的光学成像技术，相对于传统的临床成像手段来说，具有分辨率高、成像速度快、无辐射损伤、价格适中、结构紧凑等优点，是基础医学研究和临床诊断应用的重要潜在工具。当前，在多种使用光学仪器的眼科设备中，用于眼科检查和治疗的 OCT装置已经成为眼科疾病诊断不可或缺的眼科设备。
现有技术中测轴长往往采用时域的断层扫描技术，速度慢，测量精度不高。如：专利文献CN200710020707.9公开了一种利用OCT测量眼轴长的测量方法。该方法虽然可以实现人眼和各种动物活体的眼轴长度的测量，但是该方法存在以下两个缺点：1.采用步进电机的移动探头，来实现光程的调节，从而实现角膜和眼底的成像；而电机发生前后移动需要一定的时间，无法实现前后节快速切换并实时成像，加上被测对象的眼睛会抖动，使得测量眼轴长度不准确，误差较大。 2.由于角膜及眼底结构不同，采用同一个探头无法在这两个位置都聚焦，导致成像质量差，此为该方法无法避免的缺陷。
另外有现有专利文献CN201290000031.1、CN201410135999.0、 CN201410243150.5都需采用多个切换机构，仪器成本较高，且前后节光路无法实现完全同时成像。
现有专利文献CN201410214827.2引入角膜位置对准技术，但无前节测量功能及角膜曲率测量功能，测量角膜需额外再操作一次，无法实现患者的快速诊断。
现有专利文献CN201420377987.X通过两套OCT系统，耦合起来测量前后节。即需要两个OCT光源、两套探测装置来分别实现前后节OCT的成像；另外，样品臂光路也通过更多的镜子的折转来实现，整体结构复杂，仪器成本高。
实用新型内容
本实用新型为解决上述问题中的一个或多个，提出一种多功能眼科测量系统。
本实用新型提供的多功能眼科测量系统包括：主体模块和样品臂；所述主体模块用于输出测量光并将所述测量光入射到样品臂，并对样品臂散射回来的光进行干涉并采集干涉后的光；所述样品臂包括眼前节样品臂单元和眼后节样品臂单元，所述眼前节样品臂单元和所述眼后节样品臂单元共用第一分光镜；所述测量光被所述第一分光镜分成两束不同波段的光并分别入射到所述眼前节样品臂单元和所述眼后节样品臂单元后再散射回主体模块。
在一些实施例中，所述主体模块包括一个OCT光源、光纤耦合器、一套参考臂和一套探测单元；所述OCT光源输出的测量光经光纤耦合器分别进入到所述样品臂和所述参考臂；所述光纤耦合器再分别接收所述眼前节样品臂单元和所述眼后节样品臂单元散射回来的不同波段的光，并与所述参考臂反射回来的光发生干涉；所述探测单元用于探测干涉光。
在一些实施例中，所述主体模块输出的测量光为近红外光，所述近红外光被所述第一分光镜分成长波波段和短波波段的光，且所述长波波段的光入射到所述眼后节样品臂单元，所述短波波段的光入射到所述眼前节样品臂单元。
在一些实施例中，所述眼前节样品臂单元和所述眼后节样品臂单元包括共有的依次设置的偏振控制器、准直镜、扫描装置、所述第一分光镜、第二分光镜、第三分光镜以及接目物镜。另外，所述眼前节样品臂单元还包括设置于所述第一分光镜与所述第二分光镜之间的光路中继元件。
所述眼后节样品臂单元还包括设置于所述第一分光镜与所述第二分光镜之间的第一反射镜、第四分光镜、屈光调节装置；所述第一反射镜与所述第一分光镜组成调光程组件并整体平动以实现光程调节。
在一些实施例中，还包括固视光学模块，所述固视光学模块包括依次设置的固视光源、第四透镜、所述第四分光镜、所述屈光调节装置、所述第二分光镜、所述第三分光镜、所述接目物镜。所述固视光源包括单点LED屏、LCD屏、 OLED屏、LED阵列屏中的一种。
在一些实施例中，还包括虹膜摄像模块，所述虹膜摄像模块包括照明光源，依次设置的摄像单元、第五透镜、所述第三分光镜、所述接目物镜。其中，所述照明光源为近红外LED或可见光LED。
本实用新型的有益效果：
1、采用频域或者扫频光学相干断层扫描技术，相比时域系统而言，扫描成像速度快，成像分辨率高。
2、利用第一分光镜将入射到样品臂的测量光分成两束不同波段的光并分别入射到眼前节样品臂单元和眼后节样品臂单元，实现眼前节和眼后节完全同时扫描成像，避免了光路切换，进而避免人眼抖动所造成的眼轴长测量不准确。另外，其扫描速度快，可避免人眼无规则运动的影响。
3、眼前节和眼后节采用不同的光路探测，能够让光束分别聚焦于眼前节和眼后节的探测区域，提高探测信噪比以及分辨率。
附图说明
图1为本实用新型实施例中多功能眼科测量系统的结构图。
图2为本实用新型实施例中眼前节OCT成像光路系统。
图3为本实用新型实施例中眼后节OCT成像光路系统。
图4为本实用新型实施例中固视光路系统。
图5为本实用新型实施例中虹膜成像光路系统。
图6a为本实用新型实施例中OCT光源输出的波形图。
图6b为本实用新型实施例中干涉光谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式并对照附图对本实用新型作进一步详细说明，应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及其应用。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实施例提供一种多功能眼科测量系统，包括主体模块和样品臂。其中，主体模块包括一个OCT光源1101，光纤耦合器1103，一套参考臂和一套探测单元；一套参考臂具有固定长度且包括参考臂光路透镜1121和参考臂反射镜1123；一套探测单元包括探测装置1141和计算机1143。
OCT光源1101为弱相干光源，输出波长为近红外光，其输出的光经过光纤耦合器1103向样品臂和参考臂提供测量光。参考臂通过参考臂反射镜1123将光反射回光纤耦合器中。
样品臂向被测样品(被检人眼E)提供测量光，来自被测样品散射回来的光经过样品臂回到光纤耦合器中，并与参考臂反射回来的光发生干涉，干涉光被探测装置1141探测到，再经过计算机1143处理，最后显示出被测样品的OCT图像。
样品臂包括眼前节样品臂单元和眼后节样品臂单元。
具体地，如图1和图2所示，眼前节样品臂单元包括：偏振控制器1105，准直镜1107，扫描装置1109，第一分光镜1301a(也叫前后节分光镜)，光路中继元件，第二分光镜1307，第三分光镜1309(也叫前置二向色镜)以及接目物镜1311。
其中，所述光路中继元件包括反射镜和透镜，具体为依次设置的第二透镜 1503、第二反射镜1505、第三反射镜1507、第三透镜1509。
如图1和图3所示，眼后节样品臂单元包括：偏振控制器1105、准直镜1107、扫描装置1109、调光程组件1301(包括第一分光镜1301a和第一反射镜1301c)、第四分光镜1303(也叫注视分光镜)、屈光调节装置1305、第二分光镜1307、第三分光镜1309以及接目物镜1311。
从如上的图1-3可以看出，眼前节样品臂单元和眼后节样品臂单元共用的光学元件有：偏振控制器1105、准直镜1107、扫描装置1109、第一分光镜1301a、第二分光镜1307、第三分光镜1309以及接目物镜1311。
其中，扫描装置1109可采用一维扫描机构，亦可采用二维扫描机构；通过扫描装置1109对样品进行扫描，实现OCT的断层成像。
当进行眼前节OCT成像时，从准直镜1107发射出的光束经扫描装置1109 (扫描装置1109由计算机1143控制)的反射后，部分光束(称为第一光束)相继经过第一分光镜1301a、第二透镜1503的透射，第二反射镜1505、第三反射镜1507的反射，然后经第三透镜1509、第二分光镜1307的透射后，再经过第三分光镜1309(前置二向色镜)反射到接目物镜1311，最后经过人眼E会聚到人眼前节。眼前节OCT成像光路系统的探测光束满足扫描光束中心线平行光路系统出射主光轴L1入射人眼，而任意时刻OCT光束聚焦于人眼前节。
测角膜及晶状体前后表面时，OCT光束聚焦于眼前节中部区域，能有效提高角膜、晶状体前后表面测量时OCT图像的信噪比及横向分辨率。同时扫描光束中心线平行光路系统出射主光轴L1入射人眼，有利于角膜及晶状体前后表面的折射校正，从而得到准确的角膜及晶状体前后表面曲率。
当进行眼后节OCT成像时，从准直镜1107发射出的光束，经扫描装置1109 (扫描装置1109由计算机1143控制)的反射后，另一部分的光束(称为第二光束)相继经过第一分光镜1301a、第一反射镜1301c、第四分光镜1303的反射，穿过屈光调节装置1305，然后经第二分光镜1307的反射，再经过第三分光镜1309 反射到接目物镜1311，最后经过人眼E会聚到人眼眼底Er。眼后节OCT成像光路系统的探测光束满足扫描光束中心线汇聚于人眼瞳孔附近，而任意时刻(即扫描装置1109不同的时刻)OCT光束聚焦于人眼眼底Er(扫描光束中心线，对应振镜在那扫描时的情况)。
针对不同人眼存在屈光度不同的情形，通过调节眼底OCT成像光路中的屈光调节装置1305，可以使得OCT光束都能汇聚于不同人眼的眼底Er。即光束聚焦于视网膜上，这样能有效提高视网膜测量时，OCT图像的信噪比及横向分辨率。
第一分光镜1301a将入射的光束分成两段不同波段的光束(如上的第一光束和第二光束)，并通过反射和透射的方式分别入射到眼前节样品臂单元和眼后节样品臂单元中，从而实现眼前节和眼后节完全同时扫描成像，避免了光路切换，进而避免人眼抖动所造成的眼轴长测量不准确。另外，其扫描速度快，可避免人眼无规则运动的影响。可以理解的是：如上的反射和透射，其可以为光束的长波波段被第一分光镜1301a反射，而光束的短波波段被第一分光镜1301a透射；或者光束的短波波段被第一分光镜1301a反射，而光束的长波波段被第一分光镜 1301a透射。优选地，第一分光镜1301a将入射的光束分成长波波段和短波波段的光，且所述长波波段的光入射到所述眼后节样品臂单元，所述短波波段的光入射到所述眼前节样品臂单元。而眼前节和眼后节采用不同的光路探测，能够让光束分别聚焦于眼前节和眼后节的探测区域，提高探测信噪比以及分辨率。
眼后节光路中，第一分光镜1301a和第一反射镜1301c组成调光程组件1301, 通过调光程模块1301整体的平动，来实现光程调节。该调光程组件的结构简单，不需要太多的元件，最终使得整体系统的结构简单。通常，第一分光镜1301a 为平板玻璃；由于平板玻璃本身的特性，其并不会改变光束的会聚或者发散状态；故在眼后节OCT光路调光程(第一反射镜和第一分光镜整体平动)时，并不会影响眼前节OCT光路信号。
如图1和图4所示，本实施例的多功能眼科测量系统，还包括固视光学模块，具体地，固视光学模块包括依次设置的固视光源1701、第四透镜1703，以及与眼后节样品臂单元共用的第四分光镜1303(注视分光镜)、屈光调节装置1305、第二分光镜1307、第三分光镜1309(前置二向色镜)、接目物镜1311。固视光源的波长与OCT光源的波长不同，如：可为550nm。
其中，第四分光镜1303对来自固视光学模块中固视光源1701发出的固视光进行透射，同时对眼后节样品臂单元中第一分光镜1301a反射过来的光进行反射。第二分光镜1307对来自固视光学模块中固视光源1701发出的固视光以及眼后节样品臂单元中入射过来的光进行反射，同时对眼前节样品臂单元中入射过来的光进行透射。
来自固视光源1701的光通过第四透镜1703，穿过第四分光镜1303，经屈光调节装置1305调节屈光度，再经第二分光镜1307、第三分光镜1309的反射后，进入接目物镜1311最后入射到被检人眼E。内部固视标被投影到被检人眼E的眼底Er。
固视光源1701可采用单点LED屏、LCD屏、OLED屏、LED阵列屏中的任一种。
当进行眼底OCT成像时，不同人眼观察固视点时，固视点的清晰程度不同，这给被测者固视时造成不舒适，不便于被测眼的固视及固定。由于眼底OCT光路经过屈光调节装置1305调屈后，能聚焦于眼底视网膜Er上，即人眼能看清晰扫描线。由于眼后节OCT光路与固视光路，共用屈光调节装置1305，便能实现不同人眼都能看清固视标。
如图1和图5所示，本实施例的多功能眼科测量系统，还包括虹膜成像模块，具体的，虹膜成像模块包括：包括依次设置的摄像单元1911、第五透镜1905，以及与眼后节样品臂单元共用的第三分光镜1309、接目物镜1311，还包括照明光源1901。照明光源1901为近红外LED或可见光LED，其波长与OCT光源1101 的波长、以及固视光源1701的波长都不同，如：波长可为940nm。
照明光源1901发出的光照射到被检人眼E的眼前房，经眼前房组织反射，反射光依次穿过接目物镜1311、第三分光镜1309和第五透镜1905，最后被摄像装置1911拍摄到。
第三分光镜1309对光源1101发出的信号光以及固视光源1701发出的固视光进行反射，同时对照明光源1901发出的照明光进行透射。
检测者使用下颚托装置(未图示)使被测者头部固定，并让被测者固视系统的固视标，以使得被测者眼固定。之后，检测者一边通过观察计算机1143的显示屏，一边通过操作杆控制下颚托装置以及探头等的移动，以使被检眼E的虹膜进入摄像装置1911中，进而虹膜像呈现在计算机1143的显示屏中。
对于整个系统，其分光谱的实现具体如下：OCT光源输出的波形图如图6a 所示；经样品散射返回的光，与参考臂单元返回的光于光纤耦合器1103处发生干涉，该干涉信号又传输至探测装置1141，干涉光谱图如图6b所示。计算机1143 将干涉光谱分为长短两波段，得到图6b中左半部分干涉光谱，及右半部分干涉光谱，并对这两段干涉光谱信号，分别进行傅里叶等运算，从而得到前后节两张 OCT图像。
若探测装置1141为光谱仪，其接收光纤耦合器1103传输来的干涉光谱，并传输给计算机1143。计算机1143通过运算处理，将干涉光谱分为长短两波段，并对这长短两段干涉光谱信号，分别进行傅里叶等运算，从而得到前后节两张 OCT图像。
若系统采用扫频OCT系统，此时光源1101为扫频光源，而探测装置1141为探测器。此时探测装置1141接收的扫频光谱，经光电转换后，得到前后节光谱信号。探测装置1141将前后节光谱信号输给计算机1143。计算机1143通过运算处理，将干涉光谱分为长短两波段，并对这长短两段干涉光谱信号，分别进行傅里叶等运算，从而得到前后节两张OCT图像。
从而无论是频域OCT系统，还是扫频OCT系统，均能通过分光谱，并结合前后节OCT样品臂光路，从而得到完全实时同步的前后节OCT图像，通过该前后节 OCT图像，结合前后节OCT样品臂光路的光程差，便可得到人眼轴长的数据。
利用如图1所示的整个系统，可测量获得的数据如下：通过眼后节样品臂单元，能够获得视网膜厚度等人眼结构重要参数；通过眼前节样品臂单元，能获得角膜、晶状体前后表面的OCT图像，从而能获得角膜前后表面曲率、角膜厚度、前房深度、晶状体厚度、晶状体前后表面曲率等人眼结构重要参数；通过眼后节样品臂单元和眼前节样品臂单元，能获得眼轴长等人眼结构重要参数；通过虹膜摄像模块，可以获得白到白距离、瞳孔直径等人眼结构重要参数。
本实用新型提供的结合分光谱探测技术的多功能眼科测量系统，一方面实现了对被检测样品不同深度的测量，提高了OCT系统的探测范围(前后节成像)；另一方面能实现光束在不同位置分别聚焦，可针对不同视力的人眼实现高质量的不同部位的OCT成像，具有较高的横向分辨率。前后节成像OCT系统结合分光谱探测技术能够获得人眼众多参数数据，如角膜曲率、角膜厚度、前房深度、晶状体厚度、晶状体表面曲率、眼轴长、白到白距离、瞳孔直径等。
1)实现人眼不同部位的OCT成像，它们所采用的扫描模式和聚焦位置不同，因而测量所采用的光路应有所不同。眼底OCT成像时要求扫描光束中心线汇聚于人眼瞳孔，而任意时刻(即扫描装置1109不同的时刻)的OCT光束要平行入射人眼；而眼前节成像时，要求扫描光束中心线平行入射人眼，而任意时刻的OCT 光束要聚焦于人眼前节。利用本实施例中的系统，有利于角膜、晶状体前后表面 OCT图像的校正。
2)眼底OCT成像时等光程面位于人眼视网膜，而角膜成像时等光程面位于角膜，晶状体前表面成像时等光程面位于晶状体前表面，晶状体后表面成像时等光程面位于晶状体后表面，利用本实施例中的系统，无需通过调节参考臂的光程来实现不同部位的OCT成像。
3)针对不同视力的人眼进行屈光补偿，实现不同屈光人眼成像。
4)实现人眼固视光路，以满足左右眼固视。
5)虹膜成像光路中探头光路设计舍弃了传统眼底成像光路(如彩色眼底相机、LSLO等)并能用于测量瞳孔直径及白到白距离。
6)无需光路切换机构，实现前后节完全同时探测，实现人眼不同部位的快速OCT成像；较少的运动机构，成本低廉。
7)在人眼不同部位的OCT成像的基础上，能实现眼轴长、前房深度、晶状体厚度等的快速准确测量，无需移动参考臂。
8)固视光路与眼后节OCT共用屈光调节装置，减少固视光路的运动件，并实现固视光路与眼后节OCT光路共焦，有利于被测人眼的固视及眼底OCT图像的采集。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种多功能眼科测量系统，包括主体模块和样品臂，其特征在于：
所述主体模块用于输出测量光并将所述测量光入射到样品臂，对样品臂散射回来的光进行干涉并采集干涉后的光；
所述样品臂包括眼前节样品臂单元和眼后节样品臂单元，所述眼前节样品臂单元和所述眼后节样品臂单元共用第一分光镜；
所述测量光被所述第一分光镜分成两束不同波段的光并分别入射到所述眼前节样品臂单元和所述眼后节样品臂单元后再散射回主体模块。
2.如权利要求1所述的多功能眼科测量系统，其特征在于，所述主体模块包括一个OCT光源、光纤耦合器、一套参考臂和一套探测单元；所述OCT光源输出的测量光经光纤耦合器分别进入到所述样品臂和所述参考臂；所述光纤耦合器再分别接收所述眼前节样品臂单元和所述眼后节样品臂单元散射回来的不同波段的光，并与所述参考臂反射回来的光发生干涉；所述探测单元用于探测干涉光。
3.如权利要求1所述的多功能眼科测量系统，其特征在于，所述主体模块输出的测量光为近红外光，所述近红外光被所述第一分光镜分成长波波段和短波波段的光，且所述长波波段的光入射到所述眼后节样品臂单元，所述短波波段的光入射到所述眼前节样品臂单元。
4.如权利要求1所述的多功能眼科测量系统，其特征在于，所述眼前节样品臂单元和所述眼后节样品臂单元包括共有的依次设置的偏振控制器、准直镜、扫描装置、所述第一分光镜、第二分光镜、第三分光镜以及接目物镜。
5.如权利要求4所述的多功能眼科测量系统，其特征在于，所述眼前节样品臂单元还包括设置于所述第一分光镜与所述第二分光镜之间的光路中继元件。
6.如权利要求4所述的多功能眼科测量系统，其特征在于，所述眼后节样品臂单元还包括设置于所述第一分光镜与所述第二分光镜之间的第一反射镜、第四分光镜、屈光调节装置；所述第一反射镜与所述第一分光镜组成调光程组件并整体平动以实现光程调节。
7.如权利要求6所述的多功能眼科测量系统，其特征在于，还包括固视光学模块，所述固视光学模块包括依次设置的固视光源、第四透镜、所述第四分光镜、所述屈光调节装置、所述第二分光镜、所述第三分光镜、所述接目物镜。
8.如权利要求7所述的多功能眼科测量系统，其特征在于，所述固视光源包括单点LED屏、LCD屏、OLED屏、LED阵列屏中的一种。
9.如权利要求4所述的多功能眼科测量系统，其特征在于，还包括虹膜摄像模块，所述虹膜摄像模块包括照明光源，依次设置的摄像单元、第五透镜、所述第三分光镜、所述接目物镜。
10.如权利要求9所述的多功能眼科测量系统，其特征在于，所述照明光源为近红外LED或可见光LED。
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