CN102058391B - 用于对光学相干断层图像成像的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于对光学相干断层图像成像的设备和方法。一种用于对被检查者的眼睛成像的眼科成像设备包括：检测单元，其被配置为检测被检查者的眼睛移动了等于或者大于预定值的其移动量的事实，并检测被检查者的眼睛移动结束的事实；以及成像启动单元，其被配置为根据检测单元的检测结果来启动对被检查者眼睛的成像。

Description

用于对光学相干断层图像成像的设备和方法

技术领域

本发明涉及用于对光学相干断层图像成像的设备和方法，更具体地讲，涉及用于眼科领域中的成像设备和方法。

背景技术

当前，所使用的是各种采用光学装置的眼科设备。例如，这些设备是前眼部照相机、眼底照相机和共焦扫描激光检眼镜(scanninglaser ophthalmoscope(SLO))。具体地讲，光学相干断层成像设备(下文称作OCT设备)被配置为高分辨率地获得检查对象的断层图像，并且正成为针对视网膜门诊病人的门诊部中不可缺少的设备。以上的OCT设备使用低相干光源作为光源。通过分割光路(例如分束器)将来自光源的光分割成测量光和基准光。用此分割的光的分量之一(即，测量光)经由测量光路照射检查对象(例如眼睛)。其返回光经由检测光路被引导到检测位置。返回光是反射光或散射光，其包含与在检查对象的光照方向上的界面有关的信息。另一个光分量(即，基准光)经由基准光路被基准反射镜等反射，并被引导到检测位置。使返回光和基准光相互干涉。返回光和基准光之间产生的干涉光经由光学元件(例如，分光镜)被引导到光电转换元件(例如，电荷耦合装置(CCD)线传感器或者互补金属氧化物半导体(CMOS)线传感器)。然后，将波长谱作为电信号从其共同输出。以上述方式输出的电信号通过模数(A/D)转换器被转换为数字信号。另外，对通过A/D转换获得的数字信号进行傅立叶(Fourier)变换。从而，可以获得检查对象的断层图像。这种方法被称作谱域(下文称作SD)方法。

如果将视网膜用作OCT设备中的检查对象，则可以通过使用电流反射镜(Galvano mirror)等在视网膜上扫描测量光来获取视网膜的三维(3D)图像。然而，如果图像信息是通过将眼球的一部分(例如，视网膜)设为检查对象而获取的，则由于被检查者的固视微动(involuntary eye movement during visual-fixation)，因此难以准确地获取眼球相关的图像信息。因此，日本专利申请公开No.2008-104628提出一种通过排除被检查者的固视微动的影响来对被检查者眼睛的结膜和巩膜成像的设备。

日本专利申请公开No.2008-104628中提出的设备使用了被构造为根据如下方法排除被检查者的固视微动的影响的系统，此方法为通过使用能够以200帧每秒(fps)的速率对对象成像的照相机跟随被检查者的固视微动来调节与每个拍摄图像对应的成像区域的位置。然而，为了获取眼底的3D图像，根据日本专利申请公开No.2008-104628中讨论的系统，获取单个3D图像要花数百毫秒(ms)。也就是说，每秒只可以获取大约两个3D图像，这如下文中将描述的。因此，根据日本专利申请公开No.2008-104628中讨论的系统，难以消除被检查者的固视微动对图像的影响，特别是在被检查者的固视微动的动作中引起视网膜的最大位移的跳动(flick)对图像的影响。

以下，详细描述这些问题。图2A-2C示出被检查者的固视微动的各个方面。在图2A中，实线201表示被检查者眼睛的视网膜的中心的轨迹。如图2A所示，初始定位在A点的视网膜中心通过如下路径移动到了B点，这些路径由虚线双箭头202、203和204来表示并且由被检测者的固视微动产生。通常，固视微动包括以下三种动作的组合，即，视网膜中心低速移动的漂移202、视网膜中心重复细微的Z字型移动的颤动203和视网膜中心瞬间移动的跳动204。为了描述被检查者的固视微动的特征，图2B示出已经在图2A中示出的视网膜中心的移动，其将横坐标轴和纵坐标轴设置为分别表示时间和视网膜中心位置在y轴方向(垂直方向)上的加速度。由于固视微动而引起视网膜在二维方向(即，分别为水平方向和垂直方向)上运动。为简化说明，仅描述垂直方向上的运动。如图2B中所示，获得进行漂移的加速度212。获得进行颤动的加速度213。获得进行跳动的加速度214。图2C示出固视微动中包括的三种动作的特征。

漂移是较小的动作，其基本上一直发生并且在0.2秒至1秒的时间段内引起7μm至17μm的视网膜位移。颤动是周期性发生的并且引起0.3μm至3.5μm的视网膜位移的微小的抖动，每个周期对应于30赫兹(Hz)到100Hz的频率，即，每个周期为10ms至33ms。跳动是周期性发生的并在10ms至30ms的时间段内引起7μm至52μm的视网膜位移的急剧动作，每个周期对应于0.2Hz至2Hz的频率，即，每个周期为500ms到5s。

下文中，描述了使用日本专利申请公开No.2008-104628中讨论的设备，通过设置6毫米(mm)×6mm的扫描区域和对应于20μm×20μm大小的分辨率来获取眼底的3D图像的情况。假定使用高速线照相机以250千赫兹(kHz)的线速率对由分光镜分散的干涉光进行光电转换，并假定使用电流反射镜对眼底二维扫描的时间段的20％对于读取眼底的3D图像是无效的。在这种情况下，通过下式给出读取3D图像所需的时间T：

T＝(6/(20＊10^-3))²/(250＊10³)/0.8＝450ms。

当在上述条件下获取眼底的3D图像时，在固视微动的动作中，考虑到分辨率和每单位时间的位移，漂移和颤动在获取3D图像时不成大问题。然而，如果在获取3D图像所需的450ms的时间段内发生了跳动，则在短时间内眼睛的位置出现显著的位移。从而，不能确保读取图像的连续性。因此，不能获取其正确的3D图像。根据使用能够以200 fps速率成像的照相机的方法，难以消除固视微动对图像的影响，特别是被检查者的固视微动的动作中引起视网膜的最大位移的跳动对图像的影响。

发明内容

本发明涉及一种成像设备和方法，其能够通过抑制在检查对象的固视微动的动作中引起视网膜最大位移的跳动对图像的影响来获取眼底的3D图像。根据本发明，可以通过抑制检查对象的固视微动的动作中引起视网膜最大位移的跳动对图像的影响来获取眼底的3D图像。

根据以下参照附图对示例性实施例的详细描述，本发明的更多特征和方面将变得清楚。

附图说明

被并入说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且与说明书一起用于说明本发明的原理。

图1是示出SD-OCT设备的配置的框图，其是根据本发明的第一示例性实施例的用于对光学相干断层图像成像的成像设备的配置的实例。

图2A、图2B和图2C示出被检查者的固视微动。

图3示出根据本发明的第一示例性实施例的SD-OCT设备使用测量光对视网膜执行光栅扫描的方式。

图4A、图4B和图4C示出用根据本发明的第一示例性实施例的SD-OCT设备的线照相机读取的眼底的二维图像。

图5是示出由根据本发明的第一示例性实施例的SD-OCT设备执行的对光学相干断层图像成像的方法的流程图。

具体实施方式

以下将参照附图详细描述本发明的各个示例性实施例、特征和方面。

参照以下示例性实施例描述实现本发明的模式。然而，本发明不限于以下示例性实施例的配置。

下文中参照图1描述作为根据本发明的第一示例性实施例的、用作眼科OCT设备的实例的SD-OCT设备，其应用了根据本发明的对光学相干断层图像成像的成像设备。图1是示出根据本示例性实施例的SD-OCT设备的配置的框图。如图1所示，从光源101输出的光被分束器102分成基准光112和测量光111。

测量光111经由测量光路被引导至用作检查对象的眼睛105。然后，测量光111被反射或散射从而作为返回光113返回到分束器102。此后，通过分束器102将返回光113与经由基准光路的基准光112结合成干涉光114。

干涉光114被衍射光栅107分散。然后，通过透镜108在线传感器109上形成图像。

在此设备中，使用CCD线传感器作为线传感器109。然而，可以使用CMOS线传感器作为线传感器109也没问题。在图像信息处理单元110处对在线传感器109处经光电转换成的图像信息(光学相干断层信息)进行A/D转换。可以通过数字化的图像信息的傅立叶变换来获得眼睛105的断层图像。

接下来，描述光源101和相关问题。

光源101是超级发光二极管(SLD)，它是典型的低相干光源。光源101输出波长为840纳米(nm)和带宽为50nm的光。带宽影响获得的断层图像在光轴方向上的分辨率并且因此是重要的参数。在本示例性实施例中，选择SLD作为光源类型。只要光源可以输出低相干光，则任何其它类型的光源(例如放大自发发射(ASE)型光源)也可以被用作光源101。鉴于光源101的输出光被用于眼睛测量的事实，近红外波长适合于从光源101输出的光的波长。另外，输出光的波长影响获得的断层图像在横向方向上的分辨率。因此，优选的是输出光的波长尽可能短。在本示例性实施例中，输出光的波长被设为840nm。显然，根据检查对象的测量区域，可以选择其它波长作为光源101的输出光的波长。

接下来，在下文中描述基准光112的光路。

通过在分束器102处分割光源101的输出光而获得的基准光被反射镜106反射并返回到分束器102。

这个光路的长度被设为与测量光111的光路的长度相同。因此，可以使基准光112和测量光111相互干涉。

接下来，描述测量光111的光路。

将通过在分束器102处分割光源101的输出光而获得的测量光111入射到XY扫描器103的反射镜上。

图1中，为了简化绘图，XY扫描器103被示出为单个反射镜。

然而，实际上，彼此接近地布置两个反射镜(即，X扫描反射镜和Y扫描反射镜)。XY扫描器103在垂直于其光轴的二维方向上经由透镜104对眼睛105的视网膜执行光栅扫描。

XY扫描器103根据从下文将描述的控制器116输出的启动信号117来启动扫描操作。透镜104将测量光111聚焦到视网膜上。

图3示出根据本示例性实施例的SD-OCT设备对视网膜执行光栅扫描的方式。

如图3中每个实箭头301所指出的，为了读取视网膜的图像，在以预定速度平行移动时用测量光111的光束扫描视网膜。

一般地，对视网膜执行这种扫描从而用平面切割视网膜而获取的平面图像被称作B扫描图像。

然后，如图3中的每个虚箭头302所指出的，为了读取下一个B扫描图像，通过高速驱动XY扫描器103来移动测量光111的光束的照射位置。

为了读取视网膜的3D图像，反复地执行箭头301和302所指出的扫描操作。

将测量光111的光束的中心调节到反射镜的旋转中心。

当测量光111入射到眼睛105上时，测量光111被眼睛105的视网膜反射或散射并变成返回光113。

线照相机(也称作二维图像获取装置或者称作眼底图像获取装置)115由透镜、线传感器、A/D转换器等构成。

来自用红外光源(未示出)的光线照射的视网膜的反射光被扫描器118反射并被引导至线照相机115。因此，线照相机115读取与每条线对应的反射光。围绕与来自线照相机115的每条线的方向平行的轴旋转扫描器118。因此，照相机115可以读取眼底图像(也称作视网膜的二维图像或者称作视网膜图像)。控制器116接合(join)分别与各条线对应的图像从而生成单个眼底图像。每当生成眼底图像时，扫描器118重复操作并继续扫描。因此，控制器116可以连续地获取眼底图像。

另外，控制器116根据已知的方法从眼底图像中提取特征点。然后，控制器116根据连续获取的眼底图像的每个特征点的位移来检测因固视微动引起的眼睛的位移量。更具体地讲，通过使控制器116检测因固视微动引起的眼睛的位移量来配置用于检测固视微动的动作中的跳动动作的跳动动作检测装置。

图4A、图4B和图4C示出线照相机115读取的眼底图像。

图4A示出眼底的整个图像。在图4A中，在视网膜图像401中示出视神经盘402、视网膜血管403和由控制器116提取的特征区域404。

图4B、图4C和图4D中的每个图示出了在连续获取的眼底图像中相关的一个图像中所示的视网膜特征区域404中的相同的视网膜血管。

控制器116选择在图4B、图4C和图4D中的每个图中被圈出的血管的分枝点作为特征点。然后，控制器116根据分枝点的坐标变化来检测因固视微动引起的眼睛位移。

如从图4B、图4C和图4D所看出的，特征点的位置从左上方位置移动到了右下方位置。

这意味着眼睛向左和向上移动。为了检测因固视微动引起的位移而读取眼底图像。因此，不需要读取整个视网膜。根据眼底图像的更新速率来确定读取区域是足够的。

根据本示例性实施例，假定使用具有100kHz线速率的线照相机以10×10μm的分辨率大约每10ms读取1024×1024像素的区域。控制器116中内置的中央处理单元(CPU(控制装置(未示出)))控制每一个上述单元等的操作。

更具体地讲，设备被配置为使得在检测到跳动动作结束后，控制器(跳动动作检测装置)116可以在CPU(控制装置)的控制之下开始获取眼睛的断层图像。

接下来，参照图5描述由根据本示例性实施例的SD-OCT设备执行的根据本示例性实施例的成像方法。

首先，在步骤S501中，根据来自控制器116的指令使用扫描器118和线照相机115读取眼底图像。

然后，在步骤S502中，控制器116在跳动动作检测过程中提取视网膜的特征点。另外，控制器116将提取的特征点与紧前一个眼底图像中的特征点进行比较并确定特征点的位移是等于、大于还是小于预定值。

预定值是用于区别跳动与固视微动中的其它动作(即，漂移和颤动)的值。

根据本示例性实施例，根据眼底图像的更新速率(为10ms)和图2C中描述的固视微动的特征，假设预定值为5μm。

如果控制变量n＝0，即，在开始读取视网膜图像时，不存在紧前一帧图像。因此，确定特征点的位移量小于预定值。

接下来，如果确定视网膜的位移量小于预定值，即，没有跳动发生(步骤S502中的“否”)，则在步骤S503中，控制变量n增加1。然后，过程返回到捕获下一个眼底图像的步骤S501。

然后，在步骤S501至S503中连续捕获眼底图像直到确定视网膜的位移量等于或大于预定值，即，跳动发生(步骤S502中的“是”)。

另一方面，如果确定视网膜的位移量等于或大于预定值，即，跳动发生(步骤S502中的“是”)，则在步骤S504中控制变量n增加1。然后，在步骤S505中，捕获下一个眼底图像。接下来，在步骤S506中，确定视网膜上的特征点的位移量是否等于或大于预定值。

然后，如果确定视网膜上的特征点的位移量等于或大于预定值，即，正发生跳动(步骤S506中的“是”)，则过程返回到步骤S504，其中控制变量n增加1。接下来，在步骤S505中，捕获下一个眼底图像。然后，连续执行包括步骤S504至S506的循环直到确定视网膜的位移量小于预定值，即跳动结束(步骤S506中的“否”)。

接下来，在对断层图像成像的过程中，如果确定视网膜的位移量小于根据固视微动的特征的预定值(即，5μm)，换句话说，跳动结束(步骤S506中的“否”)，则将启动信号117从控制器116输出到XY扫描器103。

然后，在步骤S507中，启动眼底的3D图像的成像。接下来，在步骤S508中，当完成眼底的3D图像的成像时终止设备的操作。

在上述示例性实施例中，在步骤S502和S506中用于确定跳动动作是否启动或结束的阈值被设为相同的值。然而，阈值不是必须被设置为相同的值。

在上述示例性实施例中，线照相机115和扫描器118被用作检测眼睛位移的装置。然而，如果扫描器118被设置为二维扫描，则可以用光电转换元件代替线照相机115，即，线传感器。另外，可以使用被配置为直接读取眼底图像的区域传感器(area sensor)。

描述作为本发明的第二示例性实施例的设备的实例，该设备被配置为与第一示例性实施例不同地即便在获取眼底的3D图像时也继续测量固视微动。

在前面第一示例性实施例的描述中，已经描述了如下的方法，即，在跳动结束后启动眼底3D图像的成像时在不测量固视微动的情况下对眼底图像的整个预定区域成像。然而，眼底的3D成像和固视微动的测量可以相互独立地执行。因此，用于即使在执行眼底的3D成像时也继续测量固视微动的方法是有效的。

更具体地讲，即使在从步骤S507中眼底的3D成像的启动到步骤S508中3D成像的结束的时间段内，控制器116继续使线照相机115和扫描器118操作，并且还继续检测跳动是否发生。

在这种情况下，足以确定是否发生了极度影响眼底图像的眼动。因此，在图5所示的步骤S507和S508中的操作期间重复执行步骤S501至S503中的操作是足够的。

如果在3D成像期间发生了极度影响眼底图像的眼动，则可取的是向测量者发出指出停止3D成像的警告，并且例如，再次启动3D成像。

在3D成像期间可以使用与用作预成像阈值的5μm不同的值作为用于检测视网膜位移的阈值。

虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围将被最广义地解释，从而覆盖所有变形、等同结构和功能。

Claims (8)

1.一种眼科成像方法，用于根据干涉光对被检查者眼睛的断层图像成像，所述干涉光是由来自用测量光照射的被检查者眼睛的返回光和对应于测量光的基准光之间的干涉而产生的，其特征在于所述方法包括以下步骤：

获取所述被检查者眼睛的连续的眼底图像，并使用所获取的眼底图像，从而检测因被检查者的固视微动产生的所述被检查者眼睛的位移量；

基于检测到的所述被检查者眼睛的位移量，检测被检查者的固视微动的动作中的跳动动作；以及

在检测所述跳动动作中检测到所述跳动动作结束后，启动所述被检查者眼睛的断层图像的成像，

其中所述眼科成像方法还包括在三维断层图像的成像期间检测到跳动动作的开始的情况下，在再次检测到跳动动作结束后，再次启动所述被检查者眼睛的三维断层图像的成像。

2.根据权利要求1所述的眼科成像方法，其中通过确定所述位移量是否等于或大于预定值来执行对所述跳动动作的检测，所述位移量是通过在所获取的连续的眼底图像之间进行比较而检测到的。

3.根据权利要求1所述的眼科成像方法，其中即使在所述断层图像的成像期间也连续执行对所述跳动动作的检测。

4.一种用于对被检查者眼睛成像的眼科成像设备，包括：

检测单元，所述检测单元被配置为检测所述被检查者眼睛移动了等于或大于预定值的移动量的事实作为跳动动作，并检测所述跳动动作结束的事实；以及

成像启动单元，所述成像启动单元被配置为根据所述检测单元的检测结果来启动对所述被检查者眼睛的成像，

其中在所述检测单元检测到所述跳动动作结束后，成像启动单元启动作为断层图像的所述被检查者眼睛的三维断层图像的成像；以及

其中在三维断层图像的成像期间所述检测单元检测到所述跳动动作的开始的情况下，在所述检测单元再次检测到跳动动作结束后，成像启动单元再次启动被检查者眼睛的三维断层图像的成像。

5.根据权利要求4所述的眼科成像设备，其中等于或者大于所述预定值的所述移动量是因在所述被检查者的固视微动的动作中的跳动动作而产生的。

6.根据权利要求4所述的眼科成像设备，其中所述检测单元包括：

获取单元，所述获取单元被配置为连续获取所述被检查者眼睛的眼底图像，且

其中所述检测单元使用所述获取单元获取的眼底图像来执行检测。

7.根据权利要求4所述的眼科成像设备，其中所述成像启动单元基于干涉光来启动所述被检查者眼睛的断层图像的成像，所述干涉光是由来自用测量光照射的被检查者眼睛的返回光和对应于测量光的基准光之间的干涉而产生的。

8.根据权利要求4所述的眼科成像设备，进一步包括：

成像终止单元，所述成像终止单元被配置为在连续获取所述被检查者眼睛的多个断层图像时，在所述检测单元检测到等于或大于所述预定值的所述移动量时，根据所述检测单元的检测结果来结束所述被检查者眼睛的成像。

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