CN103932675A - 一种用于眼科oct设备三维成像性能评价的测试人眼模型及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于医疗器械领域，具体公开了一种用于眼科OCT设备三维成像性能评价的测试人眼模型及其使用方法，该模拟人眼具有眼科成像的各个关键部分：眼角膜(2)、前房(3)、晶状体(5)、玻璃体(7)和视网膜(8)。在视网膜表面设计分布了OCT分辨率测试图案(9)与视野标示圆环(10)。分辨率测试图案(9)包括两部分：一部分是用于OCT横向分辨率的评价，每组图案的高度相同，在二维平面上由水平与垂直方向各三条短线组成，短线的尺寸从大到小；另一部分是用于OCT轴向分辨率的评价，每组图案在二维平面上都是边长相同的正方形，但是高度从大到小不同。本发明依据眼科OCT设备的成像原理设计并制作而成，通过对模拟人眼进行测量成像从而能评价眼科OCT设备的三维成像性能。

Description

一种用于眼科OCT设备三维成像性能评价的测试人眼模型及其使用方法

技术领域

本发明属于医疗器械领域，具体涉及一种用于眼科OCT设备三维成像性能评价的测试人眼模型及其使用方法。

背景技术

光学相干层析(OCT)成像是20世纪90年代初期研究提出的一种无创三维成像诊断技术，已经在眼科领域获得了广泛的临床诊断应用。由于OCT是一种新兴的成像技术，目前在国际上还没有相应的测试标准，也缺乏用于OCT设备成像性能评价的模拟人眼模型，因此，迫切需要提供一种简单直接的测量方法和标准器具可以同时有效得到OCT设备的横向分辨率与轴向分辨率。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种用于眼科OCT设备成像性能评价的模拟人眼模型，其包括：

人工眼睑(1)，透明的人工角膜(2)，人工前房(3)，人工晶状体(5)，人工玻璃体(7)及人工视网膜(8)；

所述人工前房(3)，人工晶状体(3)和人工玻璃体(7)均采取中空结构，使用时可通过多个预留孔往里面注入水或其他液体来模拟人眼的工作环境；在人工视网膜(8)的表面分布了OCT设备的三维分辨率测试图案(9)；

所述三维分辨率测试图案(9)包括分辨率测试图案与视野标示圆环；

所述视野标示圆环由一组同心的圆环组成，圆环的直径D从小至大，分别为2mm，3mm，6mm与10mm，用于标示OCT图像的视野大小；

分辨率测试图案包含横向分辨率测试图案和轴向分辨率测试图案；

横向分辨率测试图案包括8组图案，图案的左侧具有代表该图案的序列号的数字；在人工视网膜(8)的弧面上由水平与垂直方向各三条短线组成，短线图案的占空比为1:1，短线的宽度(W)尺寸从大到小，最大尺寸为50μm，最小尺寸为1μm；横向分辨率测试图案的高度相同，都是50μm；

轴向向分辨率测试图案也包括8组图案，图案的左侧具有代表该图案的序列号的数字；在人工视网膜(8)的弧面上都是边长(a)为100μm的正方形；轴向分辨率测试图案的每组图案的高度(H)不同，从小至大，最小尺寸为1μm，最大尺寸为50μm。

其中，制作人工视网膜(8)及分辨率测试图案(9)的材料为掺杂聚合物微纳颗粒的透明树脂。

其中，模拟人眼的制作方法采用3D打印或者微纳加工技术。

其中，3D打印技术中包括熔融沉积快速成型(FDM)或者光固化成型(SLA)方法，其中的平面工艺采用光刻技术进行图案转移或直接使用电子束刻蚀方法得到图案；腐蚀技术包括化学液体湿法腐蚀和各种等离子体干法腐蚀。

本发明还公开了一种使用上述模拟人眼的方法，包括：

将该模拟人眼作为目标物进行检测，得到人工视网膜的OCT三维图像；OCT的横向分辨率与轴向分辨率是通过分析其C-Scan图，即X-Y平面扫描图，与B-Scan图，即X-Z平面扫描图分别得到；C-Scan图用于分析横向分辨率测试图案；B-Scan图用于分析轴向分辨率测试图案；C-Scan中能看清的最小的那组图案所对应的短线宽度尺寸即代表OCT设备的横向分辨率，B-Scan中能看清的最小那组图案所对应的高度尺寸即可用来表征所用OCT设备的轴向分辨率；C-Scan图像中所能看到的完整的最大视野标示圆环可用于判断判断本次OCT检测的视野大小。

本发明的有益效果是：

与传统的人眼模型相比，本发明所提出的模拟人眼采用更适合OCT成像机制的高散射材料制作人工视网膜及三维分辨率测试图案，设计的分辨率图案既包含横向分辨率图案又包含轴向分辨率图案，不仅可用于二维分辨，也同时用于评价OCT设备在深度方向上的轴向分辨率。

附图说明

图1是本发明的结构剖视图。

图2是本发明的外观三维图。

图3是本发明的眼底正视图。

图4是本发明的分辨率测试图案整体图。

图5是本发明的横向分辨率测试图案。

图6是本发明的横向分辨率测试图案的解析图。

图7是本发明的轴向分辨率测试图案的俯视整体图。

图8是本发明的轴向分辨率测试图案的剖视整体图。

图9是本发明模拟正常人眼的结构剖视图。

图10是本发明模拟近视眼的结构剖视图。

图11是本发明模拟远视眼的结构剖视图。

图中1-人工眼睑，2-人工眼角膜，3-人工前房，4-人工晶状体前壁，5-人工晶状体，6-人工晶状体后壁，7-人工玻璃体，8-人工视网膜，9-分辨率测试图案，10-视野标示圆环，h1-人工泪腺入口，h2-人工泪腺出口，h3-人工前房入口，h4-人工前房出口，h5-人工晶状体入口，h6-人工晶状体出口，h7-人工玻璃体入口，h8-人工玻璃体出口，D-视野标示圆环直径，W-横向分辨率图案短线宽度，a-轴向分辨率图案边长，H-轴向分辨率图案高度。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

由图1结合图2、图3所示，一种模拟人眼模型包括人工眼睑1，透明的人工角膜2，人工前房3，人工晶状体5，人工玻璃体7及人工视网膜8。其中，人工前房3，人工晶状体3和人工玻璃体7均采取中空结构，使用时可通过h3-h8等预留孔往里面注入水或其他液体来模拟人眼的工作环境。在人工视网膜8的表面设计分布了OCT设备分辨率测试图案9，而且制作人工视网膜8及分辨率测试图案9的材料为掺杂聚合物微纳颗粒的透明树脂，树脂的良好透光性避免了光信号的急速衰减从而保障了OCT的探测深度，掺杂的聚合物微纳颗粒(例如聚苯乙烯微球)因为与基质树脂的折射率存在差异从而可以显著提高材料的散射系数。选择这种材料方案，很好地仿真了OCT成像的理想环境，从而能有效的评价其成像性能。

在本实施方式中，使用该三维分辨率测试图案9可以对OCT设备成像性能进行评价。

附图3是本发明的眼底正视图，包括分辨率测试图案与视野标示圆环，附图4是分辨率测试图案的整体图，视野标示圆环由一组同心的圆环组成，圆环的直径D从小至大，分别为2mm，3mm，6mm与10mm，用于标示OCT图像的视野大小。

本发明采用高散射系数的材料制作该人工视网膜及分辨率测试图案，得到的OCT图像质量更高。此外，所设计的分辨率测试图案既包含横向分辨率测试图案，又包含轴向分辨率测试图案。附图5是横向分辨率测试图案的整体图，包括8组图案，图案的左侧的数字代表该图案的序列号。附图6是横向分辨率测试图案的解析图，横向分辨率测试图案中的每组图案都如附图6所示，在人工视网膜8弧面上由水平与垂直方向各三条短线组成，短线图案的占空比为1:1，短线的宽度(W)尺寸从大到小，最大尺寸为50μm，最小尺寸为1μm，涵盖了目前OCT设备横向分辨率配置的可能范围。横向分辨率测试图案的高度相同，都是50μm。附图7是轴向分辨率测试图案的俯视整体图，也包括8组图案，图案的左侧的数字代表该图案的序列号。轴向分辨率测试图案中的每组图案如附图7所示，在人工视网膜8弧面上都是边长(a)为100μm的正方形。附图8是轴向分辨率测试图案的剖视整体图。如附图8所示，轴向分辨率测试图案的每组图案的高度(H)不同，从小至大，最小尺寸为1μm，最大尺寸为50μm，涵盖了目前OCT设备分辨率可能达到的最大范围。

模拟人眼的制作方法采用3D打印或者微纳加工技术。3D打印技术中的熔融沉积快速成型(FDM)或者光固化成型(SLA)方法都可以作为选择。熔融沉积又叫熔丝沉积，它是将丝状热熔性材料如ABS或PLA塑料加热融化，通过带有一个微细喷嘴的喷头挤喷出来。热熔材料融化后从喷嘴喷出，沉积在制作面板或者前一层已固化的材料上，温度低于固化温度后开始固化，通过材料的层层堆积形成最终成品。光固化成型技术主要使用光敏树脂为材料，通过紫外光或者其他光源照射逐层固化成型。与3D打印技术相比，目前的微纳制造工艺能够提供很高的分辨率，已至纳米级。平面工艺可采用光刻技术进行图案转移或直接使用电子束刻蚀方法得到图案；腐蚀技术包括化学液体湿法腐蚀和各种等离子体干法腐蚀。

与传统的人眼模型相比，本发明所提出的模拟人眼采用更适合OCT成像机制的高散射材料制作人工视网膜及三维分辨率测试图案，设计的分辨率图案既包含横向分辨率图案又包含轴向分辨率图案，不仅可用于二维分辨，也同时用于评价OCT设备在深度方向上的轴向分辨率。

使用本发明提出的模拟人眼去评价OCT成像分辨率性能的方法与流程如下：将该模拟人眼作为目标物进行检测，得到人工视网膜的OCT三维图像。OCT的横向分辨率与轴向分辨率是通过分析其C-Scan图(即X-Y平面扫描图)与B-Scan图(即X-Z平面扫描图)分别得到的。如附图5所示，C-Scan图用于分析横向分辨率测试图案。如附图8所示，B-Scan图用于分析轴向分辨率测试图案。C-Scan中能看清的最小的那组图案所对应的短线宽度尺寸即代表OCT设备的横向分辨率，B-Scan中能看清的最小那组图案所对应的高度尺寸即可用来表征所用OCT设备的轴向分辨率。与此同时，C-Scan图像中所能看到的完整的最大视野标示圆环可用于判断判断本次OCT检测的视野大小。

为了给OCT测试提供更多的模拟环境，本发明的人工前房3，人工晶状体3和人工玻璃体7均采取中空结构，使用时可通过h3-h8等预留孔往里面注入水或其他液体来模拟不同人眼的工作环境。通过改变人工晶状体3内的液体折射率，可以模拟出正常眼(附图9)、近视眼(附图10)、远视眼(附图11)等状态，没有运动元件也无需电极控制。根据光线传播理论，如图10所示，如果往人工晶状体3内填充高折射率液体，入射光线会在人工视网膜前方聚焦，即近视眼的工作模型。反之，如图11所示，如果往人工晶状体3内填充低折射率液体，入射光线会在人工视网膜后方聚焦，即远视眼的工作模型。预留孔h1，h2用于模拟泪腺，可以用于在测试中湿润或清洗该模拟人眼的人工角膜表面。

此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。

Claims (5)

1.一种用于眼科OCT设备成像性能评价的模拟人眼，其特征在于包括：

人工眼睑(1)，透明的人工角膜(2)，人工前房(3)，人工晶状体(5)，人工玻璃体(7)及人工视网膜(8)；

所述人工前房(3)，人工晶状体(3)和人工玻璃体(7)均采取中空结构，使用时可通过多个预留孔往里面注入水或其他液体来模拟人眼的工作环境；在人工视网膜(8)的表面分布了OCT设备的三维分辨率测试图案(9)；

所述三维分辨率测试图案(9)包括分辨率测试图案与视野标示圆环；

所述视野标示圆环由一组同心的圆环组成，圆环的直径D从小至大，分别为2mm，3mm，6mm与10mm，用于标示OCT图像的视野大小；

分辨率测试图案包含横向分辨率测试图案和轴向分辨率测试图案；

横向分辨率测试图案包括8组图案，图案的左侧具有代表该图案的序列号的数字；在人工视网膜(8)的弧面上由水平与垂直方向各三条短线组成，短线图案的占空比为1:1，短线的宽度(W)尺寸从大到小，最大尺寸为50μm，最小尺寸为1μm；横向分辨率测试图案的高度相同，都是50μm；

轴向向分辨率测试图案也包括8组图案，图案的左侧具有代表该图案的序列号的数字；在人工视网膜(8)的弧面上都是边长(a)为100μm的正方形；轴向分辨率测试图案的每组图案的高度(H)不同，从小至大，最小尺寸为1μm，最大尺寸为50μm。

2.一种如权利要求1所述的模拟人眼，其特征在于：

制作人工视网膜(8)及分辨率测试图案(9)的材料为掺杂聚合物微纳颗粒的透明树脂。

3.一种如权利要求2所述的模拟人眼，其特征在于：

模拟人眼的制作方法采用3D打印或者微纳加工技术。

4.一种如权利要求3所述的模拟人眼，其特征在于：

3D打印技术中包括熔融沉积快速成型(FDM)或者光固化成型(SLA)方法，其中的平面工艺采用光刻技术进行图案转移或直接使用电子束刻蚀方法得到图案；腐蚀技术包括化学液体湿法腐蚀和各种等离子体干法腐蚀。

5.一种使用如权利要求1-4任一所述的模拟人眼的方法，其特征在于：

将该模拟人眼作为目标物进行检测，得到人工视网膜的OCT三维图像；OCT的横向分辨率与轴向分辨率是通过分析其C-Scan图，即X-Y平面扫描图，与B-Scan图，即X-Z平面扫描图分别得到；C-Scan图用于分析横向分辨率测试图案；B-Scan图用于分析轴向分辨率测试图案；C-Scan中能看清的最小的那组图案所对应的短线宽度尺寸即代表OCT设备的横向分辨率，B-Scan中能看清的最小那组图案所对应的高度尺寸即可用来表征所用OCT设备的轴向分辨率；C-Scan图像中所能看到的完整的最大视野标示圆环可用于判断判断本次OCT检测的视野大小。