CN103251382B - 一种全眼频域光学相干层析成像系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种全眼频域光学相干层析成像系统及其方法。一种全眼频域光学相干层析成像方法：a样品臂中设置电动双反射镜翻转装置，双反射镜处于光路中时实现对眼前节的成像，双反射镜移出光路时，实现对眼底视网膜的成像；b参考臂中设置光程切换装置，将入射光束分为三个光程，光路原路返回与样品臂的反射光干涉，形成干涉光谱，经光纤耦合器输出到光谱仪依次得到两幅的眼前节图像和一幅眼底图像；c电动双反射镜翻转装置和光程切换装置的触发信号控制同步运行。该方法精确测量眼前节和眼底的形态，并实现了眼前节和眼底的同时成像。

Description

一种全眼频域光学相干层析成像系统及其方法
技术领域
本发明涉及医疗仪器技术领域，具体涉及一种基于双通道和光程快速切换方法实现对人眼前节和视网膜的同时成像的全眼频域光学相干层析成像系统及其方法。
背景技术
光学相干层析成像（optical coherence tomography, OCT）是一种基于低相干光学干涉原理的新型成像技术，具有高分辨率、快速扫描成像、非接触性和无损探测等特点，广泛应用于医学成像领域。谱域OCT利用光谱仪探测系统获取干涉光谱信号，经傅里叶变换的方法获取深度信息，从而进一步提高了成像速度和成像灵敏度。谱域OCT是一种重要的眼科光学成像技术。
目前眼科成像OCT根据成像对象的不同分为眼前节OCT和眼底OCT。眼前节OCT的成像范围包括角膜、前房、虹膜和晶状体，由于受到成像深度和信噪比衰减的限制，一般眼前节OCT无法对整个眼前节范围成像。眼底OCT主要针对视网膜和脉络膜成像。OCT的成像位置和范围受到探测光束聚焦位置和焦深大小的影响。由于眼睛是一个屈光系统，单光路探测光束无法同时聚焦于眼前节和眼底，因此目前商用OCT仪器必须通过增减探测臂上的成像物镜的方法进行眼前节和眼底的单独成像，而不能做到同时成像。
全眼范围的OCT成像，即同时精确测量眼前节和眼底的形态在眼科临床和研究领域具有重要价值。比如眼睛屈光手术需要测量角膜和眼轴长度，一些眼科疾病同时涉及前节和视网膜的形态、功能病变。根据文献报道，实现全眼成像的方法主要是两种类型的双通道技术。一是耦合两个OCT系统的探测光路，分别聚焦于眼前节和眼底，同时得到两幅OCT 图像。这种方法采用两套OCT系统，存在结构复杂而且造价较高的缺点。二是通过多个光纤耦合器和偏振分光棱镜，将入射光束分成两部分，分别形成不同光程的探测光路和参考光路，并通过设置快门或光纤切换设备分别对眼前节和眼底成像。这种方法虽然采用一个光源和光谱仪系统，但是使用多个光纤耦合器进行分光，结构较复杂，同时能量利用率较低，降低了图像的信噪比。本发明采用结构更为简单的双通道OCT技术，仅分光一次，并利用反射振镜对参考臂光程进行切换，分别获取两幅眼前段图像和一幅眼底图像，从而实现了全眼的OCT成像。
发明内容
根据现有技术的不足，本发明提供全眼频域光学相干层析成像系统及其方法。该方法精确测量眼前节和眼底的形态，并实现了眼前节和眼底的同时成像。
根据现有技术的不足，本发明提供的技术方案为：一种全眼频域光学相干层析成像系统，其特征在于：包括
光源，用于输出光束；
样品臂，所述样品臂中设置电动双反射镜翻转装置，用于调整光束进入人眼的光路设置；
参考臂，所述参考臂中设置光程切换装置，用于调整样品臂中的等光程面；
光谱仪，用于将由样品臂的反射光和参考臂的反射光相干涉形成的干涉光谱进行分光、探测成像。
所述光源前方设置光纤耦合器，光纤耦合器同时与样品臂和参考臂相连接，所述样品臂中设置二维扫描镜、电动双反射镜翻转装置和热镜，二维扫描镜将光源射出的光束转折，转折的光束与热镜呈45°角布置，经热镜反射的光束正射入人眼；
所述电动双反射镜翻转装置包含相对称设置的第一反射镜和第四反射镜，第一反射镜和第四反射镜分别与二维扫描镜转折的光束方向呈45°角布置；
所述电动双反射镜翻转装置的侧方设置有第二反射镜和第三反射镜，所述第二反射镜与第三反射镜相对称设置；
所述第一反射镜与第二反射镜相平行，第三反射镜与第四反射镜相平行。
所述光程切换装置包括一个一维扫描镜、第五反射镜、第六反射镜和第七反射镜，参考臂的光束经一维扫描镜反射，分别正射第五反射镜、第六反射镜和第七反射镜。
经所述光纤耦合器分光的光束到第五反射镜的距离与到人眼角膜的距离相同。
经所述光纤耦合器分光的光束到第六反射镜的距离与到人眼晶状体后表面的距离相同。
经所述光纤耦合器分光的光束到第七反射镜的距离与到人眼视网膜的距离相同。
一种全眼频域光学相干层析成像方法，包括以下步骤：
a样品臂中设置电动双反射镜翻转装置，双反射镜处于光路中时实现对眼前节的成像，双反射镜移出光路时，实现对眼底视网膜的成像；
b参考臂中设置光程切换装置，将入射光束分为三个光程，三个光程分别对应人眼中角膜、晶状体后表面和视网膜位置，光路原路返回与样品臂的反射光干涉，形成干涉光谱，经光纤耦合器输出到光谱仪依次得到两幅的眼前节图像和一幅眼底图像；
c电动双反射镜翻转装置和光程切换装置的触发信号控制同步运行，电动双反射镜翻转装置处于样品臂光路中时，光程切换装置切换一次，得到两幅眼前节OCT 图像；随后电动双反射镜翻转装置和光程切换装置同时触发切换，得到一幅眼底OCT 图像。
    为了确定眼前节和眼底图像的相对位置，需要严格测量光程切换装置中三块反射镜的相对距离差。
本发明的有益效果是：本发明是在谱域OCT的基础上，对样品臂和参考臂进行快速光路切换，对眼前节和眼底依次扫描成像，再经电脑图像处理实现全眼OCT 成像。该方法精确测量眼前节和眼底的形态，并实现了眼前节和眼底的同时成像。
附图说明
附图1为本发明角膜成像的工作原理图。
附图2为本发明晶状体成像的工作原理图。
附图3为本发明视网膜成像的工作原理图。
1-电动双反射镜翻转装置，2-光程切换装置，3-近红外光源    ，4-光谱仪，5-光纤耦合器， 6-二维扫描镜，7-第一透镜，8-第一反射镜，9-第二反射镜，10-第二透镜，11-第三反射镜， 12-第四反射镜，13-第三透镜，14-热镜，15-人眼，16-一维扫描镜，17-第五反射镜，18-第六反射镜，19-第七反射镜。
具体实施方式
下面结合图1、图2和图3具体说明本发明的结构和工作原理。
一种全眼频域光学相干层析成像系统，包括
光源，用于输出光束；
样品臂，所述样品臂中设置电动双反射镜翻转装置1，用于调整光束进入人眼的光路设置；
参考臂，所述参考臂中设置光程切换装置2，用于调整样品臂中的等光程面；
光谱仪4，用于将由样品臂的反射光和参考臂的反射光相干涉形成干涉光谱成像。
所述光源前方设置光纤耦合器5，光纤耦合器5同时与样品臂和参考臂相连接，所述样品臂设置二维扫描镜6、电动双反射镜翻转装置1和热镜14，二维扫描镜6将光源射出的光束转折，转折的光束与热镜14呈45°角布置，经热镜14反射的光束正射入人眼15；
所述电动双反射镜翻转装置1包含第一反射镜8和第四反射镜12，第一反射镜8和第四反射镜12分别与二维扫描镜6转折的光束方向呈45°角布置；
所述电动双反射镜翻转装置1的侧方设置有第二反射镜9和第三反射镜11，所述第二反射镜9与第三反射镜11相对称设置；
所述第一反射镜8与第二反射镜9相平行，第三反射镜11与第四反射镜12相平行。
在需眼节前成像时，可电动快速移动第一反射镜8和第四反射镜12的位置，使第一反射镜和第四反射镜位于二维扫描镜反射的光路中，经二维扫描镜反射的光束依次经过第一反射镜8、第二反射镜9、第三反射镜11、第四反射镜12和热镜14反射进入人眼。
在需眼底成像时，可电动快速移动第一反射镜8和第四反射镜12的位置，使第一反射镜8和第四反射镜12移出二维扫描镜反射的光路，使二维扫描镜6反射的光束直接经热镜14反射进入人眼。
所述光程切换装置2包括一个一维扫描镜16、第五反射镜17、第六反射镜18和第七反射镜19，参考臂的光束经一维扫描镜16，分别正射入第五反射镜17、第六反射镜18和第七反射镜19。通过调整一维扫描镜的位置，改变光束入射一维扫描镜的角度，使经一维扫描镜反射的光束分别正射第五反射镜、第六反射镜和第七反射镜。
一种全眼频域光学相干层析成像方法，包括以下步骤：
a样品臂中设置电动双反射镜翻转装置1，双反射镜处于光路中时实现对眼前节的成像，双反射镜移出光路时，实现对眼底视网膜的成像；
b参考臂中设置光程切换装置2，将入射光束分为三个光程，三个光程分别对应人眼15中角膜、晶状体后表面和视网膜位置，光路原路返回与样品臂的反射光干涉，形成干涉光谱，经光纤耦合器5输出到光谱仪4依次得到两幅的眼前节图像和一幅眼底图像；
c电动双反射镜翻转装置1和光程切换装置2的触发信号控制同步运行，电动双反射镜翻转装置1处于样品臂光路中时，光程切换装置2切换一次，得到两幅眼前节OCT 图像；随后电动双反射镜翻转装置1和光程切换装置2同时触发切换，得到一幅眼底OCT 图像。
眼节前角膜成像：
近红外光源3发出的光束经光纤耦合器5分光，电动双反射镜翻转装置，使第一反射镜和第四反射镜位于二维扫描镜6反射的光路中，使经光纤耦合器5分光到样品臂的光束经二维扫描镜6、第一透镜7，入射电动双反射镜翻转装置1中的第一反射镜8，并经第二反射镜9、第二透镜10和第三反射镜11，再次由电动双反射镜翻转装置1中的第四反射镜12进行反射，光束经第三透镜13和热镜14反射，入射人眼15。第一透镜7的后焦点和第二透镜10的前焦点重合，第二透镜10的后焦点和第三透镜13的前焦点重合，人眼15的节点位于第三透镜13的后焦点处;同时设置第五反射镜17的位置，使经光纤耦合器5分光的光束到第五反射镜17的距离与到人眼角膜的距离相同，即样品臂中的等光程面位于人眼角膜处。光束原路返回并与样品臂中的样品反射光干涉，干涉光谱由光纤耦合器5的一端输出，并有光谱仪4实现分光和探测，得到一幅角膜清晰的OCT 图像（图1）。
眼节前晶状体成像：
近红外光源3发出的光束经光纤耦合器5分光，电动双反射镜翻转装置1与眼节前角膜成像的设置保持不变。同时设置第六反射镜18的位置，使经光纤耦合器5分光的光束到第六反射镜18的距离与到人眼晶状体后表面的距离相同，即样品臂中的等光程面位于人眼晶状体后表面处。光束原路返回并与样品臂中的样品反射光干涉，干涉光谱由光纤耦合器5的一端输出，并有光谱仪4实现分光和探测，得到一幅晶状体清晰的OCT 图像（图2）。
眼底成像：
近红外光源3发出的光束经光纤耦合器5分光，电动双反射镜翻转装置1发生翻转，第一反射镜8和第4反射镜13移出样品臂光路，使经光纤耦合器5分光到样品臂光束直接通过第一透镜7和第三透镜13，经热镜14反射，入射人眼15，且第一透镜7的后焦点和第三透镜13的前焦点重合；同时设置第七反射镜19的位置，使经光纤耦合器5分光的光束到第七反射镜19的距离与到人眼视网膜的距离相同，即样品臂中的等光程面位于人眼视网膜处。此时将得到一幅视网膜清晰的OCT 图像（图3）。
为了确定眼前节和眼底图像的相对位置，需要严格测量光程切换装置2中三块反射镜的相对距离差。
由电脑处理两幅眼前节图像，叠加组成一幅清晰角膜和晶状体都清晰的眼前节OCT 图像；再结合眼底图像，将得到完整的全眼OCT 图像。眼前节图像和眼底图像之间的相对距离，可测量第五反射镜、第六反射镜和第七反射镜之间的光程差获取。

Claims (5)

1. 一种全眼频域光学相干层析成像系统，其特征在于：包括
光源，用于输出光束；
样品臂，所述样品臂中设置电动双反射镜翻转装置，用于调整光束进入人眼的光路设置；
参考臂，所述参考臂中设置光程切换装置，用于调整样品臂中的等光程面；
光谱仪，用于将由样品臂的反射光和参考臂的反射光相干涉形成的干涉光谱进行分光、探测；
所述光源前方设置光纤耦合器，光纤耦合器同时与样品臂和参考臂相连接，
所述样品臂设置二维扫描镜、电动双反射镜翻转装置和热镜，二维扫描镜将光源射出的光束转折，转折的光束与热镜呈45°角布置，经热镜反射的光束正射入人眼；
所述电动双反射镜翻转装置包含相对称设置的第一反射镜和第四反射镜，第一反射镜和第四反射镜分别与二维扫描镜转折的光束方向呈45°角布置；
所述电动双反射镜翻转装置的侧方设置有第二反射镜和第三反射镜，所述第二反射镜与第三反射镜相对称设置；
所述第一反射镜与第二反射镜相平行，第三反射镜与第四反射镜相平行。
2. 如权利要求1所述一种全眼频域光学相干层析成像系统，其特征在于：所述参考臂内的光程切换装置包括一个一维扫描镜、第五反射镜、第六反射镜和第七反射镜，参考臂的光束经一维扫描镜反射，分别正射第五反射镜、第六反射镜和第七反射镜。
3. 如权利要求2所述一种全眼频域光学相干层析成像系统，其特征在于：经所述光纤耦合器分光的光束到第五反射镜的距离与到人眼角膜的距离相同。
4. 如权利要求2所述一种全眼频域光学相干层析成像系统，其特征在于：经所述光纤耦合器分光的光束到第六反射镜的距离与到人眼晶状体后表面的距离相同。
5. 如权利要求2所述一种全眼频域光学相干层析成像系统，其特征在于：经所述光纤耦合器分光的光束到第七反射镜的距离与到人眼视网膜的距离相同。
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