CN102283635A - 双通道全眼光学相干层析成像系统及成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双通道全眼OCT系统，包括眼底OCT部分、眼前节OCT部分、探测臂以及PC控制平台；眼底部分近红外光源发出的光束经光纤耦合器输出到探测臂和第一参考臂，其返回光信号形成干涉后输出到第一光谱仪；眼前节部分近红外光源发出的光束经光纤耦合器输出到探测臂和第二参考臂，其返回的光信号形成干涉后输出到第二光谱仪。本发明还提供一种运用上述成像系统进行全眼OCT的方法，由眼底层析图像与眼前节层析图像通过PC控制平台进行后处理，从而合并获得全眼光学相干层析图像。本发明结构、方法巧妙，从而同时对眼底部分和眼前节部分成像，实现全眼OCT成像，系统结构简单紧凑，大大节省了眼科检查程序和成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光医疗设备以及激光成像方法，尤其涉及一种激光眼科检查设备及双通道全眼光学相干层析成像方法，具体地，即同时实现眼前节和眼底成像的双通道全眼光学相干层析成像系统及成像方法。
背景技术
在进行眼科检查时，对眼前节和眼底的成像检查非常重要，在各种手术治疗如准分子激光手术前都需要对眼前节和眼底进行检测，在很多眼部疾病患者如糖尿病视网膜病、黄斑变性等进行检查时也是不可缺少的项目。近十几年来，光学相干层析成像（Optical Coherence Tomography, 简称OCT）的研究取得重要进展，特别是在眼科方面，能够实现对眼睛疾病的非接触、无创、高分辨率检测，在临床上已经普遍推广使用。但是，目前已有的OCT系统要么只能对眼前节成像，要么只能对眼底成像。患者在使用OCT进行眼前节和眼底检查时，必须使用两台仪器或是更换仪器的镜头，不但增加了检查成本以及患者和医生的检查时间，也加大了医生操作的难度。
迄今为止，现有技术和设备中尚未发现能够同时对眼前节和眼底进行成像的OCT系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术和设备的不足，提供一种能够同时实现眼前节和眼底成像的双通道全眼OCT系统及其方法。
本发明为解决上述技术问题采用的技术方案如下：
一种双通道全眼光学相干层析成像系统，包括眼底光学相干层析成像部分、眼前节光学相干层析成像部分、探测臂以及PC控制平台；
所述的眼底光学相干层析成像部分包括第一近红外光源、第一光纤耦合器、第一参考臂以及第一光谱仪，所述第一近红外光源发出的光束输入第一光纤耦合器，然后分别输出到所述的探测臂和第一参考臂，由所述的探测臂返回的眼底背向散射光信号和第一参考臂返回的镜面反射光信号经过第一光纤耦合器形成干涉后输出到第一光谱仪，第一光谱仪与所述的PC控制平台相连；
所述的眼前节光学相干层析成像部分，包括第二近红外光源、第二光纤耦合器、第二参考臂以及第二光谱仪，所述第二近红外光源发出的光束输入第二光纤耦合器，然后分别输出到所述的探测臂和第二参考臂，由所述的探测臂返回的眼前节背向散射光信号和第二参考臂返回的镜面反射光信号经过第二光纤耦合器形成干涉后输出到第二光谱仪，第二光谱仪与所述的PC控制平台相连；
所述的探测臂包括分光镜、二维扫描系统以及望远系统；由第一光纤耦合器和第二光纤耦合器输出的光束通过所述的分光镜合并之后，再先后经二维扫描系统和望远系统，分别聚焦到眼底、眼前节，所述的二维扫描系统与PC控制平台相连。
在所述的第二光纤耦合器与所述分光镜之间可以设置有眼前节成像透镜。
在所述的第二参考臂的末端最好还连接有一PZT压电陶瓷。
同时本发明还提供一种运用上述的成像系统进行全眼光学相干层析成像的方法，其步骤包括：
a. 由第一近红外光源发出的光束经第一光纤耦合器，分别输出到第一参考臂和探测臂，进入探测臂的光束经分光镜、二维扫描系统和望远系统聚焦到眼底；然后眼底背向散射光和第一参考臂的镜面反射光分别沿原光路返回，输入到第一光纤耦合器后，两路光形成干涉，干涉信号输入到第一光谱仪收集，再由PC控制平台进行处理获得眼底光学相干层析图像；
b. 由第二近红外光源发出的光束经第二光纤耦合器，分别输出到第二参考臂和探测臂，进入探测臂的光束经分光镜、二维扫描系统和望远系统聚焦到眼前节；然后眼前节背向散射光和第二参考臂内的镜面反射光分别沿原光路返回，输入到第二光纤耦合器后，两路光形成干涉，干涉信号输入到第二光谱仪收集，再由PC控制平台进行处理获得眼前节光学相干层析图像；其中，通过让入射光束偏离所述二维扫描系统中心的方法来使眼前节光学相干层析成像部分的干涉图产生相移，对干涉图进行横向傅里叶变换后使得频谱图像产生频移，共轭镜像频谱分离，然后通过带通滤波去除共轭像，再进行横向傅里叶反变换获得复频谱干涉图，最后再进行纵向傅里叶变换得到眼前节成像图，共轭像的去除使成像深度增加，从而能够获得全眼前节的光学相干层析图像；
在眼前节光学相干层析成像部分中，通过调节光束的光纤准直度，使得眼前节光学相干层析成像部分出射的光束直接聚焦在眼前节部分；
c. 眼底光学相干层析图像与眼前节光学相干层析图像通过PC控制平台进行后处理，从而合并获得全眼光学相干层析图像。
上述的成像系统当在所述的第二光纤耦合器与所述分光镜之间设置有眼前节成像透镜时，进行全眼光学相干层析成像的方法，其步骤包括：
a. 由第一近红外光源发出的光束经第一光纤耦合器，分别输出到第一参考臂和探测臂，进入探测臂的光束经分光镜、二维扫描系统和望远系统聚焦到眼底；然后眼底背向散射光和第一参考臂的镜面反射光分别沿原光路返回，输入到第一光纤耦合器后，两路光形成干涉，干涉信号输入到第一光谱仪收集，再由PC控制平台进行处理获得眼底光学相干层析图像；
b. 由第二近红外光源发出的光束经第二光纤耦合器后，第一路输出到第二参考臂，第二路经眼前节成像透镜输出到探测臂，进入探测臂的光束经分光镜、二维扫描系统和望远系统聚焦到眼前节；然后眼前节背向散射光和第二参考臂内的镜面反射光分别沿原光路返回，输入到第二光纤耦合器后，两路光形成干涉，干涉信号输入到第二光谱仪收集，再由PC控制平台进行处理获得眼前节光学相干层析图像；其中，通过让入射光束偏离所述二维扫描系统中心的方法来使眼前节光学相干层析成像部分的干涉图产生相移，对干涉图进行横向傅里叶变换后使得频谱图像产生频移，共轭镜像频谱分离，然后通过带通滤波去除共轭像，再进行横向傅里叶反变换获得复频谱干涉图，最后再进行纵向傅里叶变换得到眼前节成像图。共轭像的去除使成像深度增加，从而能够获得全眼前节的光学相干层析图像；
在眼前节光学相干层析成像部分中，光束通过眼前节成像透镜改变了聚焦度，使眼前节光学相干层析成像部分出射的光束直接聚焦在眼前节部分；
c. 眼底光学相干层析图像与眼前节光学相干层析图像通过PC控制平台进行后处理，从而合并获得全眼光学相干层析图像。
上述的成像系统当在所述的第二参考臂的末端还连接有一PZT压电陶瓷时，进行全眼光学相干层析成像的方法，其步骤包括：
a. 由第一近红外光源发出的光束经第一光纤耦合器，分别输出到第一参考臂和探测臂，进入探测臂的光束经分光镜、二维扫描系统和望远系统聚焦到眼底；然后眼底背向散射光和第一参考臂的镜面反射光分别沿原光路返回，输入到第一光纤耦合器后，两路光形成干涉，干涉信号输入到第一光谱仪收集，再由PC控制平台进行处理获得眼底光学相干层析图像；
b. 由第二近红外光源发出的光束经第二光纤耦合器后，第一路输出到第二参考臂，第二路经眼前节成像透镜输出到探测臂，进入探测臂的光束经分光镜、二维扫描系统和望远系统聚焦到眼前节；然后眼前节背向散射光和第二参考臂内的镜面反射光分别沿原光路返回，输入到第二光纤耦合器后，两路光形成干涉，干涉信号输入到第二光谱仪收集，再由PC控制平台进行处理获得眼前节光学相干层析图像；其中，通过设置于第二参考臂末端的PZT压电陶瓷来使眼前节光学相干层析成像部分的干涉图产生相移，对干涉图进行横向傅里叶变换后使得频谱图像产生频移，共轭镜像频谱分离，然后通过带通滤波去除共轭像，再进行横向傅里叶反变换获得复频谱干涉图，最后再进行纵向傅里叶变换得到眼前节成像图，共轭像的去除使成像深度增加，从而能够获得全眼前节的光学相干层析图像；
如果所述第二光纤耦合器与所述分光镜之间没有设置有眼前节成像透镜，则通过调节光束的光纤准直度，使得眼前节光学相干层析成像部分出射的光束直接聚焦在眼前节部分；如果第二光纤耦合器与所述分光镜之间设置有眼前节成像透镜，则光束通过眼前节成像透镜改变聚焦度，使眼前节光学相干层析成像部分出射的光束直接聚焦在眼前节部分；
c. 眼底光学相干层析图像与眼前节光学相干层析图像通过PC控制平台进行后处理，从而合并获得全眼光学相干层析图像。
本发明通过巧妙的光学元件设置，将眼底光学相干层析成像部分和眼前节光学相干层析成像部分整合在一起并共用一套探测臂；所述PC控制平台负责接收眼底OCT部分与眼前节OCT部分的光谱仪获取的信息，并进行后处理合并两部分成像，实现全眼成像。
本发明具有的优点是，同时对眼底部分和眼前节部分成像，实现全眼OCT成像，系统结构简单紧凑，大大节省了眼科检查程序和成本。
附图说明
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：
图1是本发明成像方法的步骤流程示意图；
图2是本发明双通道全眼光学相干层析成像系统的结构示意图；
图3是双通道光束聚焦眼睛的示意图。
图中：
1、眼底OCT部分 2、眼前节OCT部分 3、探测臂
4、PC控制平台 5、眼睛 6、第一近红外光源
7、第一光纤耦合器 8、第一参考臂 9、第一光谱仪
10、第二近红外光源 11、第二光纤耦合器 12、第二参考臂
13、第二光谱仪 14、PZT压电陶瓷 15、眼前节成像透镜
16、分光镜 17、二维扫描系统 18、望远系统
19、眼底成像光束 20、眼前节成像光束。
具体实施方式
图2示出了本发明的双通道全眼光学相干层析成像系统，包括眼底光学相干层析成像部分1、眼前节光学相干层析成像部分2、探测臂3以及PC控制平台4。
所述的眼底光学相干层析成像部分1包括第一近红外光源6、第一光纤耦合器（2*2光纤耦合器）7、第一参考臂8以及第一光谱仪9，所述第一近红外光源6发出的光束输入第一光纤耦合器7，然后分别输出到所述的探测臂3和第一参考臂8，由所述的探测臂3返回的眼底背向散射光信号和第一参考臂8返回的镜面反射光信号经过第一光纤耦合器7形成干涉后输出到第一光谱仪9，第一光谱仪9与所述的PC控制平台4相连；
所述的眼前节光学相干层析成像部分2，包括第二近红外光源10、第二光纤耦合器（2*2光纤耦合器）11、第二参考臂12、眼前节成像透镜15、PZT压电陶瓷14以及第二光谱仪13，所述第二近红外光源10发出的光束输入第二光纤耦合器11，然后分两路输出，一路输出到第二参考臂12，另一路经眼前节成像透镜15输出到所述的探测臂3，在所述的第二参考臂12的末端连接有一PZT压电陶瓷14。由所述的探测臂3返回的眼前节背向散射光信号和第二参考臂12返回的镜面反射光信号经过第二光纤耦合器形成干涉后输出到第二光谱仪13，第二光谱仪13与所述的PC控制平台4相连；
所述的探测臂3包括分光镜16、二维扫描系统17以及望远系统18；由第一光纤耦合器7和第二光纤耦合器11输出的光束通过所述的分光镜16合并之后，再先后经二维扫描系统17和望远系统18，分别聚焦到眼睛5的眼底、眼前节，所述的二维扫描系统17与PC控制平台4相连，由PC控制平台4负责对二维扫描系统17进行控制。
上述的双通道全眼光学相干层析成像系统，使用时如图1所示其步骤包括：
a. 由第一近红外光源6发出的光束经第一光纤耦合器7，分别输出到第一参考臂8和探测臂3，进入探测臂3的光束经分光镜16、二维扫描系统17和望远系统18聚焦到眼底（如图3所示）；然后眼底背向散射光和第一参考臂8的镜面反射光分别沿原光路返回，输入到第一光纤耦合器7后，两路光形成干涉，干涉信号输入到第一光谱仪9收集，再由PC控制平台4进行处理获得眼底光学相干层析图像；
b. 由第二近红外光源10发出的光束经第二光纤耦合器11后，第一路输出到第二参考臂12，第二路经眼前节成像透镜15输出到探测臂3，进入探测臂3的光束经分光镜16、二维扫描系统17和望远系统18聚焦到眼前节（如图3所示），其中光束通过眼前节成像透镜15改变聚焦度，使眼前节光学相干层析成像部分出射的光束直接聚焦在眼前节部分；然后眼前节背向散射光和第二参考臂12的镜面反射光分别沿原光路返回，输入到第二光纤耦合器11后，两路光形成干涉，干涉信号输入到第二光谱仪13收集，再由PC控制平台4进行处理获得眼前节光学相干层析图像；其中，通过设置于第二参考臂12末端的PZT压电陶瓷14来使眼前节光学相干层析成像部分的干涉图产生相移，对干涉图进行横向傅里叶变换后使得频谱图像产生频移，共轭镜像频谱分离，然后通过带通滤波去除共轭像，再进行横向傅里叶反变换获得复频谱干涉图，最后再进行纵向傅里叶变换得到眼前节成像图，共轭像的去除使成像深度增加，从而能够获得全眼前节的光学相干层析图像；
c. 眼底光学相干层析图像与眼前节光学相干层析图像通过PC控制平台4进行后处理，从而合并获得全眼光学相干层析图像。
上述的双通道全眼光学相干层析成像系统中在眼前节光学相干层析成像部分2中在第二光纤耦合器11与所述的分光镜16之间也可以不设置眼前节成像透镜15。光束经第二光纤耦合器11后，第一路输出到第二参考臂12，第二路直接输出到探测臂3，这样在眼前节光学相干层析成像部分2工作时只要通过调节光束的光纤准直度，使得眼前节光学相干层析成像部分出射的光束直接聚焦在眼前节部分即可。
上述双通道全眼光学相干层析成像系统中在眼前节光学相干层析成像部分2中的第二参考臂12的末端也可以不连接有PZT压电陶瓷。这样在眼前节光学相干层析成像部分2在工作时，可以通过让从眼前节光学相干层析成像部分2出射的并经分光镜16入射到二维扫描系统17的光束偏离所述二维扫描系统17中心的方法，来使眼前节光学相干层析成像部分的干涉图产生相移，对干涉图进行横向傅里叶变换后使得频谱图像产生频移，共轭镜像频谱分离，然后通过带通滤波去除共轭像，再进行横向傅里叶反变换获得复频谱干涉图，最后再进行纵向傅里叶变换得到眼前节成像图，共轭像的去除使成像深度增加，从而能够获得全眼前节的光学相干层析图像。
Claims (6)
1.一种双通道全眼光学相干层析成像系统，其特征在于该成像系统包括眼底光学相干层析成像部分、眼前节光学相干层析成像部分、探测臂以及PC控制平台；
所述的眼底光学相干层析成像部分包括第一近红外光源、第一光纤耦合器、第一参考臂以及第一光谱仪，所述第一近红外光源发出的光束输入第一光纤耦合器，然后分别输出到所述的探测臂和第一参考臂，由所述的探测臂返回的眼底背向散射光信号和第一参考臂返回的镜面反射光信号经过第一光纤耦合器形成干涉后输出到第一光谱仪，第一光谱仪与所述的PC控制平台相连；
所述的眼前节光学相干层析成像部分，包括第二近红外光源、第二光纤耦合器、第二参考臂以及第二光谱仪，所述第二近红外光源发出的光束输入第二光纤耦合器，然后分别输出到所述的探测臂和第二参考臂，由所述的探测臂返回的眼前节背向散射光信号和第二参考臂返回的镜面反射光信号经过第二光纤耦合器形成干涉后输出到第二光谱仪，第二光谱仪与所述的PC控制平台相连；
所述的探测臂包括分光镜、二维扫描系统以及望远系统；由第一光纤耦合器和第二光纤耦合器输出的光束通过所述的分光镜合并之后，再先后经二维扫描系统和望远系统，分别聚焦到眼底、眼前节，所述的二维扫描系统与PC控制平台相连。
2.根据权利要求1所述的双通道全眼光学相干层析成像系统，其特征在于：在所述的第二光纤耦合器与所述分光镜之间设置有眼前节成像透镜。
3.根据权利要求1或2所述的双通道全眼光学相干层析成像系统，其特征在于：在所述的第二参考臂的末端还连接有一PZT压电陶瓷。
4.一种运用权利要求1所述的成像系统进行全眼光学相干层析成像的方法，其特征在于步骤包括：
a. 由第一近红外光源发出的光束经第一光纤耦合器，分别输出到第一参考臂和探测臂，进入探测臂的光束经分光镜、二维扫描系统和望远系统聚焦到眼底；然后眼底背向散射光和第一参考臂的镜面反射光分别沿原光路返回，输入到第一光纤耦合器后，两路光形成干涉，干涉信号输入到第一光谱仪收集，再由PC控制平台进行处理获得眼底光学相干层析图像；
b. 由第二近红外光源发出的光束经第二光纤耦合器，分别输出到第二参考臂和探测臂，进入探测臂的光束经分光镜、二维扫描系统和望远系统聚焦到眼前节；然后眼前节背向散射光和第二参考臂内的镜面反射光分别沿原光路返回，输入到第二光纤耦合器后，两路光形成干涉，干涉信号输入到第二光谱仪收集，再由PC控制平台进行处理获得眼前节光学相干层析图像；其中，通过让入射光束偏离所述二维扫描系统中心的方法来使眼前节光学相干层析成像部分的干涉图产生相移，对干涉图进行横向傅里叶变换后使得频谱图像产生频移，共轭镜像频谱分离，然后通过带通滤波去除共轭像，再进行横向傅里叶反变换获得复频谱干涉图，最后再进行纵向傅里叶变换得到眼前节成像图，共轭像的去除使成像深度增加，从而能够获得全眼前节的光学相干层析图像；
在眼前节光学相干层析成像部分中，通过调节光束的光纤准直度，使得眼前节光学相干层析成像部分出射的光束直接聚焦在眼前节部分；
c. 眼底光学相干层析图像与眼前节光学相干层析图像通过PC控制平台进行后处理，从而合并获得全眼光学相干层析图像。
5.一种运用权利要求2所述的成像系统进行全眼光学相干层析成像的方法，其特征在于步骤包括：
a. 由第一近红外光源发出的光束经第一光纤耦合器，分别输出到第一参考臂和探测臂，进入探测臂的光束经分光镜、二维扫描系统和望远系统聚焦到眼底；然后眼底背向散射光和第一参考臂的镜面反射光分别沿原光路返回，输入到第一光纤耦合器后，两路光形成干涉，干涉信号输入到第一光谱仪收集，再由PC控制平台进行处理获得眼底光学相干层析图像；
b. 由第二近红外光源发出的光束经第二光纤耦合器后，第一路输出到第二参考臂，第二路经眼前节成像透镜输出到探测臂，进入探测臂的光束经分光镜、二维扫描系统和望远系统聚焦到眼前节；然后眼前节背向散射光和第二参考臂内的镜面反射光分别沿原光路返回，输入到第二光纤耦合器后，两路光形成干涉，干涉信号输入到第二光谱仪收集，再由PC控制平台进行处理获得眼前节光学相干层析图像；其中，通过让入射光束偏离所述二维扫描系统中心的方法来使眼前节光学相干层析成像部分的干涉图产生相移，对干涉图进行横向傅里叶变换后使得频谱图像产生频移，共轭镜像频谱分离，然后通过带通滤波去除共轭像，再进行横向傅里叶反变换获得复频谱干涉图，最后再进行纵向傅里叶变换得到眼前节成像图，共轭像的去除使成像深度增加，从而能够获得全眼前节的光学相干层析图像；
在眼前节光学相干层析成像部分中，光束通过眼前节成像透镜改变了聚焦度，使眼前节光学相干层析成像部分出射的光束直接聚焦在眼前节部分；
c. 眼底光学相干层析图像与眼前节光学相干层析图像通过PC控制平台进行后处理，从而合并获得全眼光学相干层析图像。
6.一种运用权利要求3所述的成像系统进行全眼光学相干层析成像的方法，其特征在于步骤包括：
a. 由第一近红外光源发出的光束经第一光纤耦合器，分别输出到第一参考臂和探测臂，进入探测臂的光束经分光镜、二维扫描系统和望远系统聚焦到眼底；然后眼底背向散射光和第一参考臂的镜面反射光分别沿原光路返回，输入到第一光纤耦合器后，两路光形成干涉，干涉信号输入到第一光谱仪收集，再由PC控制平台进行处理获得眼底光学相干层析图像；
b. 由第二近红外光源发出的光束经第二光纤耦合器后，第一路输出到第二参考臂，第二路经眼前节成像透镜输出到探测臂，进入探测臂的光束经分光镜、二维扫描系统和望远系统聚焦到眼前节；然后眼前节背向散射光和第二参考臂内的镜面反射光分别沿原光路返回，输入到第二光纤耦合器后，两路光形成干涉，干涉信号输入到第二光谱仪收集，再由PC控制平台进行处理获得眼前节光学相干层析图像；其中，通过设置于第二参考臂末端的PZT压电陶瓷来使眼前节光学相干层析成像部分的干涉图产生相移，对干涉图进行横向傅里叶变换后使得频谱图像产生频移，共轭镜像频谱分离，然后通过带通滤波去除共轭像，再进行横向傅里叶反变换获得复频谱干涉图，最后再进行纵向傅里叶变换得到眼前节成像图，共轭像的去除使成像深度增加，从而能够获得全眼前节的光学相干层析图像；
如果所述第二光纤耦合器与所述分光镜之间没有设置有眼前节成像透镜，则通过调节光束的光纤准直度，使得眼前节光学相干层析成像部分出射的光束直接聚焦在眼前节部分；如果第二光纤耦合器与所述分光镜之间设置有眼前节成像透镜，则光束通过眼前节成像透镜改变聚焦度，使眼前节光学相干层析成像部分出射的光束直接聚焦在眼前节部分；
c. 眼底光学相干层析图像与眼前节光学相干层析图像通过PC控制平台进行后处理，从而合并获得全眼光学相干层析图像。
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