CN107736872A - 用于眼底断层成像的人眼体模及oct成像质量评价的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于眼底断层成像的人眼体模及OCT成像质量评价方法，人眼体模包括前部屈光装置和后部屈光装置；所述前部屈光装置收集光线，于后部屈光装置的底面成像，所述后部屈光装置的底面为不同半径的同心圆构成的弧面，弧面的外表面覆盖有视网膜分辨率检测结构，所述视网膜分辨率检测结构上还设置有黄斑检测结构和视神经检测结构。

Description

用于眼底断层成像的人眼体模及OCT成像质量评价的方法
技术领域
本发明涉及一种用于眼底断层成像的人眼体模及OCT成像质量评价的方法。
背景技术
光学相干断层成像(Optical Coherence Tomography，OCT)是近年来迅速发展起来的一种成像技术。它利用弱相干光干涉仪的基本原理，测量生物组织不同深度层面对入射弱相干光的背向反射或几次散射信号，再通过扫描，得到生物组织二维或三维结构图像。
目前OCT在眼科、神经科和动脉介入治疗等领域均有应用，尤其在眼科领域，可用于黄斑疾病的诊断、脉络膜新生血管疾病的诊断、视网膜疾病的诊断、眼科疾病术后检测、视网膜神经纤维层的定量测量、黄斑部中心凹及分区的定量检测、中央角膜厚度的定量测量等，另外还可以观察角膜、虹膜、晶状体等眼前段组织，并准确测量相关数据。
OCT具有超高的空间分辨率(微米级别)，精细的断层成像功能。由于仪器精密程度较高，且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设备成像性能评价和图像质量评估的专用高精度新型宽视野模拟人眼体模。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种用于眼底断层成像的人眼体模，模拟了人眼的综合光学特征，设计了高分辨率结构以及用于检测成像质量的宽视野结构，在高水平的光学畸变和几何畸变的基础上，还加入了仿真黄斑和视神经几何结构，为验证和校验眼科设备做参考评价。
本发明的技术方案为：
一种用于眼底断层成像的人眼体模，应用于OCT成像质量评价，包括前部屈光装置和后部屈光装置；所述前部屈光装置收集光线，于后部屈光装置的底面成像，所述后部屈光装置的底面为不同半径的同心圆构成的弧面，弧面的外表面覆盖有视网膜分辨率检测结构，所述视网膜分辨率检测结构上还设置有黄斑检测结构和视神经检测结构。
进一步的，该体模还包括一可纵向伸缩的支撑装置，该支撑装置通过其顶部的球体与设在所述后部屈光装置底部的半球形凹槽滑动连接。
支撑装置可以采用三节可伸缩支撑杆，通过三节可伸缩支撑杆的调节调整人眼体模的高度，又可通过球状结构实现多角度调节，使得在对OCT设备进行检测和验证时不必过于繁琐的调整设备，便于对OCT检测时对不同位置的微调和检测。
前、后部屈光装置的中空部分通过注入蒸馏水，作为人工玻璃体用于模拟人眼成像。
进一步的，所述视网膜分辨率检测结构包括覆盖在所述弧面上交替排列的第一光敏面和第二光敏面，所述第一光敏面和第二光敏面的总层数为10的整数倍。
进一步的，第一光敏面和第二光敏面的总层数为20层，后10层的每层厚度大于前10层的每层厚度。
进一步的，所述黄斑检测结构为：视网膜分辨率结构位于所述弧面中轴线左侧的凸起。
进一步的，所述视神经检测结构为：与视网膜分辨率结构连接的伸出单元。
进一步的，所述同心圆包括交替排列的第一光敏圆环和第二光敏圆环。
进一步的，所述前部屈光装置包括依次连接的角膜屈光模块、房水屈光模块和晶状体屈光模块。
其中角膜屈光模块球冠状透明硅玻璃固体结构，房水屈光模块角膜屈光内侧封装的纯净水，晶状体屈光模块为两面凸的圆饼状透明硅玻璃结构，前部屈光装置固定模块为后部中空的黑色ABS材料3D打印而成的固体结构。
进一步的，所述前部屈光装置或后部屈光装置采用圆柱形外壳，二者通过插接相连。并在缝隙处添加玻璃胶以防止组件漏水。
其中圆柱形外壳由3D打印的黑色PLA材料制成，具有较高的强度与韧性，以及较好的密封作用和不透光性。
本发明还提出了一种采用上述人眼体模进行OCT成像质量评价的方法，包括：将所述人眼体模作为目标物进行检测，得到OCT三维图像；根据所述三维图像中横向最短尺寸和纵向最短尺寸，得到OCT成像的断层深度和层间分辨率；根据所述三维图像中所能看到的最大完整同心圆，得到OCT成像的视野大小；根据所述三维图像中的黄斑图像和视神经图像，得到OCT成像的黄斑断层、视神经乳头断层、视神经纤维断层。
本发明的有益效果：
本发明通过设计一种光学相干断层扫描技术OCT专用的高精度体模，解决了现有技术中尚未有国内目前还未有较好的针对OCT进行质量控制、图像质量评估和生理结构检测的专用高精度新型宽视野体模，具有检测效率高、仿真效果好、精度高、功能全、便于拆卸组装和易于调节等多方面特点。
附图说明
图1为本发明的整体装配正中矢状面剖面图；
图2为本发明的角膜屈光模块(及房水屈光模块)三视图；
图3为本发明的晶状体屈光模块三视图；
图4为本发明的前部屈光系统固定模块的三视图；
图5为本发明的前部屈光系统固定模块的多角度视图；
图6为本发明的后部屈光和检测装置中a.同心圆视场角几何畸变检测模块的正视图；
图7为本发明的后部屈光和检测装置模块的正中矢状面剖面图；
图8为本发明的后部屈光装置和检测模块的多角度视图；
图9为本发明的前后屈光装置及检测装置组合体的多角度视图；
图10为本发明的体模支撑装置的三视图
其中，1-角膜屈光模块，2-房水屈光模块，3-晶状体屈光模块，4-注水孔，5-排气孔，6-前部屈光系统固定结构，7-成像及检测结构(a、b模块剖面图)，8-成像及检测结构(黄斑检测结构剖面图)，9-成像及检测结构(视神经盘检测模块剖面图)，10-后部屈光装置固定结构，a同心圆视场角几何畸变检测结构，b视网膜高对比度分辨率检测结构。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在尚未有综合性的适用于OCT宽视野、多病变、高分辨率、高几何畸变的图像质量检测体模的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种多功能宽视野OCT专用的高精度体模。
OCT的最主要用途是对视网膜的中央凹和视神经盘进行成像，通常要求一个设备可以成像一个相对适中的10°外部的视场角。在视网膜边缘，高水平的光学畸变和几何畸变是对这些疾病进行定量评估的一个主要障碍，而且这些畸变对视网膜扫描的影响是很难量化和比较的。因此本发明在设计时加入仿真黄斑和视神经盘的几何结构，用以检测OCT对存在于上述两部位的病变的成像和检测。
本发明提出的模拟人眼体模，各部之间充满蒸馏水以模仿眼球中的液体环境。使用能够产生宽范围的明确定义的几何形状的光刻对比度和与OCT相关的特征尺寸，使用二氧化硅、硅玻璃、光敏成像3D打印树脂等材料制造体模。
本申请的一种典型的实施方式中，如图1-图10所示，提供了一种OCT专用的高精度人眼体模，包括：
A.前部屈光装置：角膜屈光模块，房水屈光模块，晶状体屈光模块，前部屈光装置固定模块。其中角膜屈光模块球冠状透明二氧化硅玻璃结构，房水屈光模块角膜屈光内侧封装的纯净水，晶状体屈光模块为两面凸的圆饼状透明硅玻璃结构，前部屈光装置固定模块为后部中空的黑色ABS材料3D打印而成的固体结构。
B.后部屈光装置：包括和前部屈光装置组合而成的人工玻璃体区域，后部屈光装置的底面为不同半径的同心圆构成的弧面，弧面的外表面覆盖有视网膜分辨率检测结构，视网膜分辨率检测结构上还设置有黄斑检测结构和视神经检测结构。
视网膜分辨率检测结构包括覆盖在所述弧面上交替排列的第一光敏面和第二光敏面，第一光敏面和第二光敏面的总层数为10的整数倍，即可以是10层、20层、30层等。
黄斑检测结构为视网膜分辨率结构位于所述弧面中轴线左侧的凸起。
视神经检测结构为与视网膜分辨率结构连接的伸出单元。
C.体模支撑装置：为三节可伸缩金属支撑杆，可根据实际情况调节高度，并起到支撑固定作用。
A、B两部分以插接方式连接，并在缝隙处添加玻璃胶以防止组件漏水。B、C两部分通过B部分中的半球型凹槽和C部分顶部的球体连接，既起到支撑体模的作用又可以根据不同OCT的检测需求，调整适宜角度。
A、B部分中的固定模块由3D打印的黑色PLA材料制成，具有较高的强度与韧性，以及较好的密封作用和不透光性。
A、B、C部分中除C部分为金属材料外，其余均为多种非金属材料。
所述的各部件尺寸均经过计算，符合光学原理，同时比对正常眼球，具有高仿真度和高精确度。
如图2所示，所述的角膜屈光模块半径7.72mm，厚度0.55mm。所述的房水屈光模块半径6.5mm，厚度3.05mm，制作材料为蒸馏水，封装在角膜屈光模块之后。二者共同对入射光线起折射作用。
如图3所示，所述的晶状体屈光模块前部曲面半径10.2mm，后部曲面半径11.22mm，厚度3.93mm，制作材料为透明度极高的玻璃，对入射光线起到主要的折射作用。为屈光装置的主要组件。
如图4、图5所示，所述的前部屈光系统固定模块，为上述三个模块的固定模块。整体形状为圆柱形，左右径30mm，前后径9mm，为使用黑色PLA材料通过3D打印机制作而成的黑色中空固体壳型结构。
上部有注水孔4、排气孔5，前部为中空的两个圆柱形孔(用于安置角膜屈光模块和房水屈光模块的孔直径为12mm，深度0.55mm，用于安置晶状体屈光模块的孔直径9mm，深度3.93mm)用于放置屈光模块，后部为中空结构，并伴有6根长5mm直径2mm的插接棍，用于A、B部分的组合连接。
玻璃体屈光装置为A、B组合后右注水孔加入的蒸馏水，用以最大限度的模拟正常眼球的玻璃体的屈光作用，由人工玻璃体后部曲面起，至视网膜模块的水平距离为16.32mm。
如图6所示，所述的后部屈光装置中：
a.同心圆视场角几何畸变检测模块的正视图，为16个黑白相间的融合了高散射和高吸收材料的同心圆条组合而成，该装置用来提供体模的畸变和视场角的特征，这一设计融合了高散射和高吸收材料的黑色和白色光敏成形3D打印材料，利用高精度多喷头3D打印机一次性打印制成。
这两种材料的交替宽度分别为1mm和0.1mm，通过对二维网格的成像，可以减少成像系统中的畸变。白色材料通常被用作组织模拟的散点，黑色材料增加对光线的吸收。
中轴线左侧为设计的黄斑检测模块，直径为1mm，用以仿真人眼真实眼底结构。
如图7所示，所述的后部屈光装置中：
b为视网膜高对比度分辨率检测结构为20层光敏成形3D打印材料交替打印而成的结构，前10层每层厚度60μm，两种材料交替依次叠加，后10层每层厚度120μm。
结构主要用作成像标靶，仿真人眼视网膜的十层结构，测试成像的精度，包括水平视野准确度，特指眼底像。以及测试断层成像的断层深度和层间分辨率，特指B扫描模式，断层黄斑、视盘/视神经乳头和视神经纤维层成像。
图7-8成像及检测模块(黄斑检测模块剖面图)放大图，为模拟黄斑的检测模块，
图7-9成像及检测模块(视神经盘检测模块剖面图)放大图，为模拟视神经盘和视神经结构的检测模块。图7-8和图7-9两模块为生理性仿真的结构。
如图8所示，后部屈光装置和检测模块，外观为前后径19mm、左右径30mm的圆柱；内部有一半径12mm的中空半球。a为同心圆视场角几何畸变检测模块底部到该模块的底部的厚度为7mm。周边有6个直径2mm，深度5mm的圆柱形孔，与前部屈光装置支撑模块通过该组合结构连接。底部有一直径6.2mm的半球，为C.体模支撑装置的联合部分。
如图9所示，前后屈光装置插接起来之后的外观为前后径40mm，左右径30mm，前部为透明镜头的圆柱状结构。组合体各处缝隙均用防水玻璃胶密封，用以防止房水屈光模块和玻璃体屈光模块的蒸馏水外漏。
如图10所示，人眼体模支撑装置，由三节不锈钢可伸缩金属杆和不锈钢金属底座组合而成，可以根据实际情况进行高度的调节。顶部为直径6mm的圆球，该球通过B部中的半圆孔，将A、B组合体和C结合起来，同时球形结构可以使A、B部分上下转动，便于对OCT检测时多角度的调节。
本发明通过设计一种光学相干断层扫描技术OCT专用的高精度体模，解决了现有技术中尚未有国内目前还未有较好的针对OCT进行质量控制、图像质量评估和生理结构检测的专用高精度新型宽视野体模，具有检测效率高、仿真效果好、精度高、功能全、便于拆卸组装和易于调节的特点。
外壳部分及光学成像屈光装置可以采用3D打印技术，选取特定材料打印；各部之间充满蒸馏水以模仿眼球中的液体环境。使用能够产生宽范围的明确定义的几何形状的光刻对比度和与OCT相关的特征尺寸，使用二氧化硅、硅玻璃、光敏成像3D打印树脂等材料制造体模。本专利描述了该体模的设计和制作，这种体模在OCT的标准制定中将起重要作用，并能够进行定量性能的评估。
采用上述人眼体模，应用于OCT成像，就给出了本发明的另一实施例，一种OCT成像质量评价方法：将所述人眼体模作为目标物进行检测，得到OCT三维图像；根据所述三维图像中横向最短尺寸和纵向最短尺寸，得到OCT成像的断层深度和层间分辨率；根据所述三维图像中所能看到的最大完整同心圆，得到OCT成像的视野大小；根据所述三维图像中的黄斑图像和视神经图像，得到OCT成像的黄斑断层、视神经乳头断层、视神经纤维断层，利用所述黄斑断层、视神经乳头断层和视神经纤维断层评价OCT成像质量。
通过采用本发明提出的人眼体模，从OCT成像中可以得到一个更接近于大视野的成像，且由于视网膜边缘，高水平的光学畸变和几何畸变对视网膜扫描的影响是很难量化和比较的，基于本发明的仿真黄斑和视神经盘的几何结构，可以检测OCT对存在于上述两部位的病变的成像。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于眼底断层成像的人眼体模，应用于OCT成像质量评价，其特征在于，包括前部屈光装置和后部屈光装置；所述前部屈光装置收集光线，于后部屈光装置的底面成像，所述后部屈光装置的底面为不同半径的同心圆构成的弧面，弧面的外表面覆盖有视网膜分辨率检测结构，所述视网膜分辨率检测结构上还设置有黄斑检测结构和视神经检测结构。
2.根据权利要求1所述的人眼体模，其特征在于，还包括一可纵向伸缩的支撑装置，该支撑装置通过其顶部的球体与设在所述后部屈光装置底部的半球形凹槽滑动连接。
3.根据权利要求1所述的人眼体模，其特征在于，所述视网膜分辨率检测结构包括覆盖在所述弧面上交替排列的第一光敏面和第二光敏面，所述第一光敏面和第二光敏面的总层数为10的整数倍。
4.根据权利要求1所述的人眼体模，其特征在于，所述黄斑检测结构为：视网膜分辨率结构位于所述弧面中轴线左侧的凸起。
5.根据权利要求1所述的人眼体模，其特征在于，所述视神经检测结构为：与视网膜分辨率结构连接的伸出单元。
6.根据权利要求1所述的人眼体模，其特征在于，所述同心圆包括交替排列的第一光敏圆环和第二光敏圆环。
7.根据权利要求3所述的人眼体模，其特征在于，第一光敏面和第二光敏面的总层数为20层，后10层的每层厚度大于前10层的每层厚度。
8.根据权利要求1所述的人眼体模，其特征在于，所述前部屈光装置包括依次连接的角膜屈光模块、房水屈光模块和晶状体屈光模块。
9.根据权利要求1所述的人眼体模，其特征在于，所述前部屈光装置或后部屈光装置采用圆柱形外壳，二者通过插接相连。
10.一种基于权利要求1-9中任一项的OCT成像质量评价方法，其特征在于，包括：将所述人眼体模作为目标物进行检测，得到OCT三维图像；根据所述三维图像中横向最短尺寸和纵向最短尺寸，得到OCT成像的断层深度和层间分辨率；根据所述三维图像中所能看到的最大完整同心圆，得到OCT成像的视野大小；根据所述三维图像中的黄斑图像和视神经图像，得到OCT成像的黄斑断层、视神经乳头断层、视神经纤维断层，利用所述黄斑断层、视神经乳头断层和视神经纤维断层评价OCT成像质量。
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