CN101836854B - 眼科光学相干层析成像装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种眼科光学相干层析成像装置及方法，该装置中光学相干层析成像装置采用频域装置，探测模块为光谱仪装置；光源模块为可调光源模块或者在光源模块光路上有控制光强改变的装置，参考臂或样品臂为可变光强臂，计算机处理控制模块接收探测模块的信号并判断其信噪比，当信噪比小于预定的阈值时，控制所述光源模块在保证安全的情况下短时间提高输出功率并控制所述参考臂增大衰减量。本装置和方法采集速率快，可在强光状态下短时间内完成采集；使眼科光学相干层析成像也能用于屈光间质浑浊等情形。

Description

眼科光学相干层析成像装置及方法

技术领域

本发明涉及一种眼科OCT(Optical Coherence Tomography，光学相干层析成像)装置及方法。

背景技术

OCT出现以后，最早的应用之一就是OCT眼科检查仪，它在眼科上的应用充分表现了它的优点，具有非接触、非侵入性等优势，且成像比超声CT清晰。

但眼科OCT在检测屈光间质浑浊(例如白内障，玻璃体混浊)，或者特殊情况的病患时，由于OCT的检测光在传播过程中经历较强的散射，因此到达眼底的检测光被削弱，导致OCT系统的信噪比下降，有时甚至只能得到大致轮廓而无法看清细节。图1是现有技术在遇到屈光间质浑浊、信噪比不够的情况时的检测图像示意图。

为了克服这种困难，需要适当增加光功率以保证一定光强的光照射到眼底的被测视网膜部分。

然而，为了避免对眼睛造成伤害，OCT装置需要符合相关激光安全标准。例如美国就对不同波长、不同照射时间照射到人眼的最大安全光功率进行了规定和限制。其中，对中心波长850nm的近红外光，对眼睛的照射时间10s以上时，其安全光强约为750uW。图2是850nm中心波长下已知安全光强阈值和人眼的照射时间关系曲线图。然而，现有OCT系统，信号的寻找和图像调整往往需要较长时间，如果增加光强，则难以在规定的时间内完成检测。

而且，即使不考虑强光对眼睛的伤害，仪器本身也要求光强不能太强，因为：一、在眼睛屈光质清澈时，增加探测光强会使来自被测样品的光过多，导致自相关信号显著增加；图3是样品臂返回光过强、出现自相关信号假象示意图。二、通常由样品臂返回的光强值有一个最佳值，仪器一般都把参考臂调整到长时间探测的光源模块输出光强下(比如750uW)的最佳值对应的反射率。所以，如果参考臂的反射率不变，增加光源模块输出功率，则参考臂返回光功率也就增加，偏离最佳返回光强值，甚至使探测器饱和而导致系统失效。

因此，现有的眼科OCT装置及方法无法实现在安全光强下对屈光间质浑浊或者特殊情况的患者的检测。

发明内容

本发明的目的就是解决现有技术中的上述问题，提出一眼科光学相干层析成像装置及方法，不但能适用于眼睛屈光质清澈的情形，也能适用于屈光间质浑浊的情形，或其他一些会造成检测光在传播过程中经历较强的散射的情形。

为此，本发明的眼科光学相干层析成像装置包括：光源模块、分束器、参考臂、样品臂、探测模块、计算机处理控制模块；所述光源模块为光功率可调光源模块或者在光源模块光路上有可控制光强改变的装置，并且所述参考臂为可变光强参考臂，或者样品臂为可变光强样品臂，计算机处理控制模块接收探测模块的信号并判断其信噪比，当信噪比小于预定的阈值时，控制所述光源模块提高输出功率并控制所述参考臂增大衰减量，或者保持光源模块输出功率不变而控制样品臂增大光强。

优选地，所述光学相干层析成像装置是频域装置，所述探测模块为光谱仪装置。

优选地，所述光学相干层析成像装置是扫频光OCT。

优选地，参考臂包括可调的光强衰减装置和常规参考臂，光强衰减装置与分束器光学联接。

优选地，参考臂包括第一参考臂、第二参考臂和转换装置，转换装置与分束器光学联接。

本发明还公开一种眼科光学相干层析成像方法，其特征是包括如下步骤：预览步骤：首先采用普通模式检测，探测模块进行预览采集，信号输入到计算机处理控制模块；判断步骤：由计算机处理控制模块判断信号信噪比是否高于阈值；切换步骤：如果信号信噪比高于阈值，则继续进行普通模式检测；如果信号信噪比低于阈值，则启动增强模式检测：减小射入参考臂的光强度，并瞬时提高光源模块输出功率、或者保持光源模块输出功率不变而控制样品臂增大光强，并且探测模块同步快速采集图像信号(比如光强增加为原来强度的2倍，则参考臂的反射率就变为原来的1/2以保证反射光强保持在最佳值附近)。

优选地，减小射入参考臂的光强度的方法是控制可调的光强衰减装置，增大其衰减量。

优选地，减小射入参考臂的光强度的方法是控制转换装置，转换到衰减量大的第二参考臂。

由于采用了上述方案，系统使用频域系统，参考臂无需纵向扫描装置，所以系统采集速率快，可在强光状态下短时间内完成采集；而系统仅当信噪比低于某一值时才启用增强模式，这样，如果眼睛屈光间质清澈，则会工作于普通模式，不会造成增加探测光强使来自样品的光过多，避免了自相关信号的增加；由于在参考臂加入可以控制的光强变换装置，从而也避免了参考臂在强光状态时探测器饱和。从而使眼科光学相干层析成像也能用于屈光间质浑浊等检测光在传播过程中经历较强的散射的情形。

附图说明

图1是现有技术屈光间质浑浊、信噪比不够的图像示意图。

图2是已知安全光强阈值(850nm中心波长)和人眼的照射时间关系曲线图。

图3是样品臂返回光过强、出现自相关信号假象示意图。

图4是本发明实施例一OCT系统总体示意图。

图5是本发明实施例一参考臂转换示意图(其中把图4中的103细分成1031和R)。

图6是本发明实施例系统流程示意图。

图7是本发明实施例二OCT系统总体示意图。

图8是本发明实施例二参考臂转换示意图。

具体实施方式

如图4、5和图7、8所示分别是本发明的两个实施例，图中：101为光源模块，102为分束器，104为准直镜，105为横向移动模块，106为眼睛(被测样品)，107为探测模块，108为计算机处理控制模块。

系统的光源模块101最大输出光功率为4mW，中心波长850nm的近红外SLED光源模块，功率可调。光源模块101也是受控于计算机处理控制模块108。

实施一：

本例中参考臂为图4、5中的103，它是可变反射率参考臂，在可变反射率参考臂103中含有一个可调的光强衰减装置(本例中采用光纤型的电控光强衰减器1031)和常规参考臂R。其中可调的光强衰减装置1031是用于对输入参考臂的光功率进行调节，避免了由于输入光功率超强而使探测模块107产生失真。此可调的光强衰减装置1031是受控于计算机处理控制模块108。

参考臂R端所装的光纤型的电控光强衰减器1031可将光强衰减3db以上。由计算可知，光源模块功率一定，当光纤耦合器(分束器102)分光比为50/50时，由样品106返回的进入探测器的光强最强。因此我们优选50/50耦合器。此时样品臂的输出光强为2mW，超过了长期照射人眼的安全光功率阈值。因此普通采集状态时，将光源模块光强控制在1.5mW左右，保证样品臂的输出光功率在750uW以下(此模式称为普通模式)。

通过OCT图像的预览和采集，根据图像识别对信号强弱进行判断(探测模块107探测，计算机处理控制模块108计算和判断)，如果信噪比较差，当信噪比低于某一阈值时，计算机处理控制模块108自动激活增强功能。首先控制电控光强衰减器1031，使参考臂的光强衰减器衰减2.13db，使得参考臂光两次通过之后变为原来的37.5％。之后将光源模块101输出功率增加至4mW(分束后到达样品臂约2mW)，照射时间为0.1秒。在此时间内，频域OCT系统可以采集到约10幅信噪比为普通模式2.7倍的增强OCT图片。当光源模块照射时间结束，系统关闭光源模块输出并自动停止采集，完成图像增强过程。此模式称为增强模式。

其中，信噪比阈值的取值由医师根据经验取值，并事先存储于计算机处理控制模块108中。

图6是本发明实施例系统流程示意图。首先采用普通模式检测，探测模块107进行光强预览采集，信号输入到计算机处理控制模块108，由计算机处理控制模块108判断信号信噪比是否高于阈值，如果是，则继续进行普通模式检测；如果不是，则启动增强模式检测：控制可调的光强衰减装置1031，增大其衰减量，从而减小射入参考臂光强度，并瞬时提高光源模块光强并且探测模块107同步快速采集图像信号；普通模式检测或增强模式检测完毕后，储存数据，完成检查。

实施二：

如图7、8所示，本例与实施例一不同之处在于其参考臂包括两个侯选参考臂R1、R2和转换装置103′。两个侯选参考臂R1、R2反射率不同，第二参考臂R2可将光强衰减3db以上，通过转换装置103′转换，实现进入参考臂中的光强的变化，分别适用于普通模式和增强模式。其中转换装置103′是受控于计算机处理控制模块108。

在使用时，首先采用普通模式检测，此时由计算机处理模块108控制转换装置103’光连接到第一参考臂R1，探测模块107进行光强预览采集，信号输入到计算机处理控制模块108，由计算机处理控制模块108判断信号信噪比是否高于阈值，如果是，则继续进行普通模式检测；如果不是，则由计算机处理控制模块108控制转换装置103’光连接到第二参考臂R2，并瞬时提高光源光强并且探测模块107同步快速采集图像信号；普通模式检测或增强模式检测完毕后，储存数据，完成检查。

实施例三：

本例与上述实施例的不同之处在于，光源模块和参考臂均不设光强改变装置，而只在样品臂上设置控制光强改变的装置，该装置可以在在光源光强保持不变的情况下，对样品臂的光进行相干放大。

这样，当判断信号信噪比低于第一阈值时，控制样品臂上设置的控制光强改变的装置，对样品臂的光进行相干放大，切换到增强模式。

实施例四：

与实施例三不同之处在于，包括两个样品臂，其中第一样品臂用于增强模式，其上设置有控制光强改变的装置，该装置可以在在光源光强保持不变的情况下，对样品臂的光进行相干放大；而第二样品臂用于普通模式，不设控制光强改变的装置。

这样，当判断信号信噪比低于第一阈值时，控制样品臂切换到第一样品臂，利用其上设置的控制光强改变的装置，对样品臂的光进行相干放大，切换到增强模式。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种眼科光学相干层析成像装置，包括光源模块(101)、分束器(102)、参考臂(103/(103’、R1、R2))、样品臂(104、105、106)、探测模块(107)、计算机处理控制模块(108)，其特征在于：所述光源模块(101)为光功率可调光源模块或者在光源模块光路上有控制光强改变的装置并且所述参考臂(103/(103’、R1、R2))为可变光强参考臂，或者样品臂(104、105、106)为可变光强样品臂，计算机处理控制模块(108)接收探测模块(107)的信号并判断其信噪比：

当信噪比小于预定的阈值时，所述计算机处理控制模块(108)控制所述光源模块(101)提高输出功率并控制所述参考臂(103/(103’、R1、R2))增大衰减量，或者保持光源模块(101)输出功率不变而控制样品臂(104、105、106)增大光强。

2.如权利要求1所述的眼科光学相干层析成像装置，其特征在于：所述光学相干层析成像装置是频域装置，所述探测模块(107)为光谱仪装置。

3.如权利要求1所述的眼科光学相干层析成像装置，其特征在于：所述光学相干层析成像装置是扫频光OCT。

4.如权利要求1或2或3所述的眼科光学相干层析成像装置，其特征在于是：参考臂(103)包括可调的光强衰减装置(1031)和常规参考臂(R)，光强衰减装置(1031)与分束器(102)光学联接。

5.如权利要求1或2或3所述的眼科光学相干层析成像装置，其特征是：参考臂(103’、R1、R2)包括第一参考臂(R1)、第二参考臂(R2)和转换装置(103′)，转换装置(103′)与分束器(102)光学联接。

6.一种眼科光学相干层析成像方法，包括如下步骤：

预览步骤：首先采用普通模式检测，探测模块(107)进行预览采集，信号输入到计算机处理控制模块(108)；

判断步骤：由计算机处理控制模块(108)判断信号信噪比是否高于阈值；

切换步骤：如果信号信噪比高于阈值，则继续进行普通模式检测；如果信号信噪比低于阈值，则启动增强模式检测：减小射入参考臂的光强度，并瞬时提高光源模块输出功率、或者保持光源模块(101)输出功率不变而控制样品臂(104、105、106)增大光强，并且探测模块(107)同步快速采集图像信号。

7.如权利要求6所述的眼科光学相干层析成像方法，其特征是：减小射入参考臂的光强度的方法是控制可调的光强衰减装置(1031)，增大其衰减量。

8.如权利要求6所述的眼科光学相干层析成像方法，其特征是：减小射入参考臂光强度的方法是控制转换装置(103′)，转换到衰减量大的第二参考臂(R2)。

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