CN108371541A - 一种用于检测与校准眼科成像、眼科生物参数测量仪器的工具 - Google Patents
一种用于检测与校准眼科成像、眼科生物参数测量仪器的工具 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于检测与校准眼科成像、眼科生物参数测量仪器的工具，包括光学前部件和光学后部件；光学前部件中第一球冠体底面与第一圆柱体底面大小相同；光学后部件中第二球冠体的底面与第二圆柱体的底面大小相同；第一圆柱体第一底面与第一球冠体底面重合；第一圆柱体第二底面与第二圆柱体第一底面连接，且两者的圆心重合；第二圆柱体的第二底面与第二球冠体的底面重合；第一球冠体的球冠面为抛光面，第二球冠体的球冠面为打磨面。本发明能够检测和校准眼底成像仪器大于50°视野角度，且对大视野的测量更为准确；也可用于校准眼底影像的畸变、检测和校准眼科生物测量仪器和眼前结相干断层成像的角膜曲率、眼科生物测量仪器的眼轴长度等。
Description
技术领域
本专利涉及一种用于检测和校准眼底成像仪器视野范围的工具，尤其涉及检测和校准光学相干断层扫描成像(OCT)系统视野范围的工具。也可用于校准眼底影像的畸变、检测和校准眼科生物测量仪器和眼前结相干断层成像的角膜曲率、眼科生物测量仪器的眼轴长度等。
背景技术
眼科医学的发展在很大程度上受益于眼底影像技术的不断提高，包括传统的裂隙灯(slit lamp)、彩色眼底相机(color fundus camera)、共聚焦扫描激光检眼镜(confocalscanning laser ophthalmoscope)等等。
光学相干断层扫描成像(OCT)是一种三维成像技术，它具有广泛的应用领域，特别是生物医学成像。OCT技术具有高分辨率、成像速度快和灵敏度高等优点。自从1996年第一台商用OCT成像设备问世以来，OCT技术极大的推动了眼科诊断学的发展。近二十年来，随着技术不断的更新，OCT技术的成像速度、灵敏度、分辨率和成像深度也在不断进步。
所有这些用于检查眼底的影像仪器都有一个重要的技术指标，那就是成像的视野范围(field of view)。眼底检查的视野角度通常是指对应的人眼所观察到的视角(angleof view)，如图1所示，1为眼睛，2为可以观察到的视角。
与普通照相机的视角类似，该视角也又可以细分为水平、竖直和对角线的不同视角，如图2所示。
近年来随着眼底影像技术的发展，对应的仪器视野角度在不断增加，超过40°的视野角度已经日趋普遍。
对于眼底影像仪器生产商来说，大视野角度的检测和校准并非十分容易。例如现有技术中，国际标准ISO-16971推荐了一种OCT仪器的光学性能测试工具，如图3所示：1为工具外镜筒(长度约等于17mm)，2为透镜(焦距约等于17mm)，3为光阑(直径约等于6mm)，4为单根细丝(直径约等于100μm)，5为中性密度滤光片，6为玻璃片(厚度为1mm)，7为标有尺寸的刻度板。注意图中刻度板7的尺寸刻度就是用于OCT仪器视野的检测和校准。可是，该测试工具只适合于比较小的视野角度(光学轴向附近)。如果简单扩展刻度板7的宽度，在离光轴较远的边缘区域很难达到清晰的成像质量。另外，刻度板7的刻度对应的像高与图1中所示的视野角不是严格的正比关系，如果不进行非线性修正，会给视野角的测量带来误差。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术中光学性能测试工具无法检测和校准大视野角度的问题，本发明提供一种用于检测与校准眼科成像的工具。同时，本发明亦可用于检测和校准眼科生物测量仪器和眼前结相干断层成像的角膜曲率，检测和校准眼科生物测量仪器的眼轴长度。
技术方案：一种用于检测与校准眼科成像、眼科生物参数测量仪器的工具，其特征在于，包括光学前部件和光学后部件；光学前部件包括第一圆柱体和第一球冠体，第一球冠体的底面与第一圆柱体的底面大小相同；光学后部件包括第二圆柱体和第二球冠体，第二球冠体的底面与第二圆柱体的底面大小相同；第一圆柱体、第二圆柱体均包括第一底面和第二底面，第一圆柱体的第一底面与第一球冠体的底面重合；第一圆柱体的第二底面与第二圆柱体的第一底面连接，且第一圆柱体的第二底面的圆心与第二圆柱体的第一底面的圆心相重合；第二圆柱体的第二底面与第二球冠体的底面重合；第一球冠体的球冠面为抛光面，第二球冠体的球冠面为打磨面。
优选的，第一球冠体包括第一球冠曲面，第一球冠曲面圆心与第一圆柱体第二底面圆心重合；第二球冠体包括第二球冠曲面，第二球冠曲面圆心与第二圆柱体第一底面圆心重合。
优选的，第一圆柱体的底面直径小于第二圆柱体的底面直径。
优选的，所述第一球冠曲面与第二球冠曲面均为凸面，其中第一球冠曲面为凸球面，半径范围5.6mm～9mm。
优选的，第一圆柱体和第一球冠体之间、第一圆柱体和第二圆柱体之间、第二圆柱体和第二球冠体之间共轴胶合而成或一体成型。
优选的，所述第一球冠体、第一圆柱体、第二圆柱体及第二球冠体一体成型。
优选的，该工具的有效焦距范围为10.5mm-18mm，接近标准人眼的有效焦距16.7mm。
优选的，第二球冠体的球冠面上设有多个同心圆。
优选的，第二球冠体的球冠面上还设有多个辐射线及一个或多个定位标志。
优选的，用于检测与校准眼底成像仪器的视野范围。
有益效果：相比较现有技术，本发明提供了一种用于检测与校准眼科成像、眼科生物参数测量仪器的工具，具有以下优点：
1、可以用于调整不同光路的视场中心重合度；
2、可以用于检测眼底成像仪器视野范围；能够检测和校准50°甚至更大的视野角度；且对大视野的测量更为准确；
3、可以用于检测与校准眼底影像的畸变；
4、可以用于检测和校准眼科生物测量仪器和眼前结相干断层成像的角膜曲率；
5、可以用于检测和校准眼科生物测量仪器的眼轴长度；
6、该工具易于加工，可以分成几个零件加工，也很适于一次成型。
附图说明
图1为眼底检查视野角度示意图；
图2为在水平、竖直、对角线不同方向的视野角度；
图3为国际标准ISO-16971推荐的用于测试OCT仪器光学性能的工具；
图4为本发明实施例一用于检测和校准眼底成像仪器视野范围的工具的结构示意图；
图5为本发明实施例一的结构示意图以及同心圆图案；
图6为实施例二的结构示意图；
图7为实施例三的结构示意图；
图8为实施例四的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例一：
如图4所示，一种用于检测和校准眼科成像及生物测量仪器的工具，包括光学前部件01和光学后部件02，光学前部件01与光学后部件02均采用N-BK7型玻璃制成；光学前部件01包括第一圆柱体011和第一球冠体012，第一球冠体012的底面与第一圆柱体011的底面大小相同；光学后部件02包括第二圆柱体021和第二球冠体022，第二球冠体022的底面与第二圆柱体021的底面大小相同；第一圆柱体011、第二圆柱体021均包括第一底面和第二底面，第一圆柱体011的第一底面与第一球冠体012的底面重合；第一圆柱体011与第二圆柱体021之间共轴密合，即第一圆柱体011的第二底面与第二圆柱体021的第一底面连接，且第一圆柱体011的第二底面的圆心与第二圆柱体021的第一底面的圆心相重合；第二圆柱体021的第二底面与第二球冠体022的底面重合；第一圆柱体011、第一球冠体012、第二圆柱体021和第二球冠体022一体成型，也可以将不同部分之间共轴胶合制成。
如图4所示，光学前部件01中第一球冠体012的球冠面为抛光面，光学后部件02中第二球冠体022的球冠面为打磨面。
该工具光学前部件01的球冠面对不同角度的入射平行光产生汇聚作用，而光学后部件02的球冠面是对应的聚焦面。前后两个部件的长度和球面半径通过光学设计优化。第一球冠体012包括第一球冠曲面，第一球冠曲面球心与第一圆柱体011第二底面圆心重合；第二球冠体022包括第二球冠曲面，第二球冠曲面球心与第二圆柱体021第一底面圆心重合；该圆心重合处为该工具为眼科仪器进行校准的光路的共轭光瞳所在；不同角度的入射平行光都通过一个枢轴点(pivot point)，也就是上述第一圆柱体与第二圆柱体的结合面的几何中心，图中通过枢轴点的直线代表不同角度的入射平行光。该工具在一定程度上模拟人眼：光学前部件01的球面(抛光)对应人眼的角膜，而光学后部件02的球面(打磨)对应人眼的视网膜。介于前后部件之间的枢轴点对应人眼瞳孔的位置。与人眼不同之处是该工具没有对应的晶状体，因此所有的屈光效应都来自前部件的球面。
这个实施例针对805nm波长进行设计。当物距设置在-758mm处可以在后部件凸面清晰成像。
第一球冠曲面半径8.85mm，接近人眼角膜半径统计结果7.8mm.因此收集平行光入射到该面的反射光线，可作为角膜曲率测量标定使用。第二球冠曲面半径为16.67mm。第一圆柱体底面直径为13mm，第二圆柱体底面直径为22mm.第一球冠体与第一圆柱体的厚度和为8.85mm，第二球冠体与第二圆柱体的厚度和为16.67mm，整个工具的总厚度为25.52mm，与标准人眼比较接近，总光程相当于长度为29mm的人眼，大于标准人眼24mm，但仍然在常见眼科生物测量仪器的测量范围(14mm到32mm)之内，可作为眼轴长度测量标定使用。
本实施例视场范围测量和畸变校准的范围最大可达80度。
这个实施例中经过光学设计优化后的结构示意图如图5所示。
像人眼一样，该工具是一个简单的成像系统。为了更好地模拟人眼，该工具的有效焦距(effective focal length)也设计为与标准人眼一样，这个实施例中的有效焦距大约为17mm(屈光度大约为60diopters)，接近标准人眼的焦距。
为了模拟人眼视网膜的漫散射(diffuse scattering)效应，第二球冠体的球冠面做打磨处理。
为了测量入射光线的角度，如图5所示，第二球冠体022的球冠面上设有若干个同心圆03，每一个同心圆03对应一定的入射角。在本实施例中有12个同心圆，相邻两个同心圆03半径间距对应2.5°的视野角度(在第二球冠面上对应的弧长约等于0.73mm)，所以12个同心圆对应的总视野角度为2.5°×2×12＝60°(在第二球冠面上对应的弧长约等于17.5mm)，远大于图3的工具能够测量的范围。除同心圆03外，光学后部件的球冠面上还印有一系列辐射线和若干个定位黑点，这些增加的线和点可用于检测眼底成像仪器摄取的眼底图像是否有转动或翻转，所以特别适用于检测与校准眼底成像仪器工具。在这个实施例中，从第一球冠面向工具里看，定位黑点位于水平辐射线右下方。如果在眼底成像仪器摄取的眼底图像中定位黑点位于其它方位，则说明图像有转动或翻转。所述工具除了可以检测眼科成像、眼科生物参数测量仪器外，还可以对其进行校准，即根据实际测量的结果在仪器的软件或硬件上对成像的视野范围做调整，使得最终的视场角和仪器的标称值一致。
实施例二：
如图6所示，一种用于检测和校准眼科成像及生物测量仪器的工具，包括光学前部件03和光学后部件04，光学前部件03与光学后部件04均采用N-BK7型玻璃制成；光学前部件03包括第一圆柱体031和第一球冠体032，第一球冠体032的底面与第一圆柱体031的底面大小相同；光学后部件04包括第二圆柱体041和第二球冠体042，第二球冠体042的底面与第二圆柱体041的底面大小相同；第一圆柱体031、第二圆柱体041均包括第一底面和第二底面，第一圆柱体031的第一底面与第一球冠体032的底面重合；第一圆柱体031与第二圆柱体041之间共轴密合，即第一圆柱体031的第二底面与第二圆柱体041的第一底面连接，且第一圆柱体031的第二底面的圆心与第二圆柱体041的第一底面的圆心相重合；第二圆柱体041的第二底面与第二球冠体042的底面重合；第一圆柱体031、第一球冠体032、第二圆柱体041和第二球冠体042一体成型，也可以将不同部分之间共轴胶合制成。
如图6所示，光学前部件03中第一球冠体032的球冠面为抛光面，光学后部件04中第二球冠体042的球冠面为打磨面。
该工具光学前部件03的球冠面对不同角度的入射平行光产生汇聚作用，而光学后部件04的球冠面是对应的聚焦面。前后两个部件的长度和球面半径通过光学设计优化。第一球冠面032凸面圆心与第一圆柱体031第二底面圆心重合；第二球冠042凸面圆心与第二圆柱体041第一底面圆心重合；该圆心重合处为该工具为眼科仪器进行校准的光路的共轭光瞳所在；不同角度的入射平行光都通过一个枢轴点(pivot point)，也就是上述第一圆柱体与第二圆柱体的结合面的几何中心，图中通过枢轴点的直线代表不同角度的入射平行光。该工具在一定程度上模拟人眼：光学前部件03的球面(抛光)对应人眼的角膜，而光学后部件04的球面(打磨)对应人眼的视网膜。介于前后部件之间的枢轴点对应人眼瞳孔的位置。与人眼不同之处是该工具没有对应的晶状体，因此所有的屈光效应都来自前部件的球面。
本实施例针对805nm波长零视度进行设计，该工具的有效焦距约为15.2mm。当物距设计在无穷远处，可以在后部件凸面清晰成像，等效于在零视度情况下对视网膜进行成像。
第一球冠曲面032半径7.8mm与人眼角膜半径统计结果一致。因此收集平行光入射到该面的反射光线，可作为角膜曲率测量标定使用。第二球冠042曲面半径为15.2mm。总厚度为23.0mm，与标准人眼比较接近，总光程相当于长度为26mm的人眼，略大于标准人眼24mm，但仍然在常见眼科生物测量仪器的测量范围内可作为眼轴长度测量标定使用。
本实施例视场范围测量和畸变校准的范围最大可达120度。
实施例三：
本实施例的结构与实施例一和二相同，针对805nm波长零视度进行设计，尺寸上有所不同，如图7本实施例中的第一球冠052曲面半径为5.6mm，相当于临床上最小的儿童角膜半径。第二球冠062曲面半径为10.9mm，该工具有效焦距约为10.9mm，总厚度16.5mm，相当于长度19mm人眼长度这一实施例适合用于儿童眼科产品的检验与校准。
本实施例视场范围测量和畸变校准的范围最大可达120度。
实施例四：
本实施例的结构与实施例一和二相同，针对805nm波长零视度进行设计，尺寸上有所不同，如图8本实施例中的第一球冠072曲面半径为9.0mm，相当于临床上最大的成年人角膜半径。第二球面082半径为17.6mm，该工具有效焦距约为17.6mm，总厚度26.6mm，相当于长度30mm人眼长度，仍然在常见眼科生物测量仪器的测量范围内，接近测量上限。
本实施例视场范围测量和畸变校准的范围最大可达120度。
Claims (10)
1.一种用于检测与校准眼科成像、眼科生物参数测量仪器的工具，其特征在于，包括光学前部件和光学后部件；光学前部件包括第一圆柱体和第一球冠体，第一球冠体的底面与第一圆柱体的底面大小相同；光学后部件包括第二圆柱体和第二球冠体，第二球冠体的底面与第二圆柱体的底面大小相同；第一圆柱体、第二圆柱体均包括第一底面和第二底面，第一圆柱体的第一底面与第一球冠体的底面重合；第一圆柱体的第二底面与第二圆柱体的第一底面连接，且第一圆柱体的第二底面的圆心与第二圆柱体的第一底面的圆心相重合；第二圆柱体的第二底面与第二球冠体的底面重合；第一球冠体的球冠面为抛光面，第二球冠体的球冠面为打磨面。
2.根据权利要求1所述的用于检测与校准眼科成像、眼科生物参数测量仪器的工具，其特征在于，第一球冠体包括第一球冠曲面，第一球冠曲面圆心与第一圆柱体第二底面圆心重合；第二球冠体包括第二球冠曲面，第二球冠曲面圆心与第二圆柱体第一底面圆心重合。
3.根据权利要求1或2所述的用于检测与校准眼科成像、眼科生物参数测量仪器的工具，其特征在于，第一圆柱体的底面直径小于第二圆柱体的底面直径。
4.根据权利要求2所述的用于检测与校准眼科成像、眼科生物参数测量仪器的工具，其特征在于，所述第一球冠曲面与第二球冠曲面均为凸面，其中第一球冠曲面为凸球面，半径范围5.6mm～9mm；其中第二球冠曲面为凸球面，半径范围10.5mm～18mm。
5.根据权利要求1或2所述的用于检测与校准眼科成像、眼科生物参数测量仪器的工具，其特征在于，第一圆柱体和第一球冠体之间、第一圆柱体和第二圆柱体之间、第二圆柱体和第二球冠体之间共轴胶合而成或一体成型。
6.根据权利要求5所述的用于检测与校准眼科成像、眼科生物参数测量仪器的工具，其特征在于，所述第一球冠体、第一圆柱体、第二圆柱体及第二球冠体一体成型。
7.根据权利要求1或2所述的用于检测与校准眼科成像、眼科生物参数测量仪器的工具，其特征在于，该工具的有效焦距范围为10.5mm-18mm。
8.根据权利要求1或2所述的用于检测与校准眼科成像、眼科生物参数测量仪器的工具，其特征在于，第二球冠体的球冠面上设有多个同心圆。
9.根据权利要求8所述的用于检测与校准眼科成像、眼科生物参数测量仪器的工具，其特征在于，第二球冠体的球冠面上还设有多个辐射线及一个或多个定位标志。
10.根据权利要求8或9所述的用于检测与校准眼科成像、眼科生物参数测量仪器的工具，其特征在于，用于检测与校准眼底成像仪器的视野范围。
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