CN108523839B - 手持式线共焦与光学相干层析眼底成像仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及成像仪，提供一种手持式线共焦与光学相干层析眼底成像仪，包括光学相干层析模块、快轴扫描模块、慢轴扫描模块、分光镜、带状镀膜反射镜、线共焦照明模块、线探测模块以及接目物镜。本发明中，通过将线扫描成像技术与光学相干层析成像技术相结合，采用共用快轴扫描模块同步扫描成像方法有效减少系统硬件，各光器件可以均集成至一外壳内，进而达到手持的目的，非常方便。另外采用带状镀膜反射镜一方面解决透镜和角膜反射亮斑的问题，另一方面不影响光学相干层析的扫描，实现光学相干层析技术和线共焦的高速扫描成像，达到眼底视网膜的快速面成像和断层成像的目的。
Description
技术领域
本发明涉及光学成像和生物医学诊断设备，尤其涉及一种手持式线共焦与光学相干层析眼底成像仪。
背景技术
目前临床上存在多种眼底视网膜成像技术，包括眼底相机，光学相干层析技术，共焦扫描技术等，对生物研究和疾病诊断都起着重要的作用。
激光共焦扫描检眼镜通过共轭小孔滤除杂光的高分辨成像方式已经被大量研究，并成功应用于生物研究和医疗诊断，包括在眼科成像上，而激光线共焦扫描技术在激光共焦扫描的基础上将共轭小孔改为共轭狭缝，大大提高了成像速度，可以实现对眼底高速实时成像。除此之外，光学相干层析技术作为眼科眼底检查的黄金标准，能够实现高分辨的断层扫描和三维重建，将线共焦眼底成像技术和光学相干层析成像技术相结合，能够同时提供眼底多方位的信息。
专利(一种结合OCT系统的眼底相机，CN104224109A)提到将眼底相机和光学相干层析技术相结合，但是由于眼底相机采用的是闪烁曝光，强光对眼睛产生很大的刺激，不能持续成像；有文章(“Noise analysis of a combined optical coherence tomographyand a confocal scanning ophthalmoscope[J]，Applied Optics，1999)和专利(使用OCT光源和扫描光学器件的二维共焦成像，CN104684457A)均提到将光学相干层析技术的样品光取部分作为共焦成像的成像光，但是激光共焦扫描成像是横向扫描，光学相干层析是纵向断层扫描，在横向方向速度非常慢，将大大影响共焦成像的速度；文章(Real-time eyemotion correction in phase-resolved OCT angiography with tracking SLO[J]，BOE，2013)是将激光共焦扫描系统和光学相干层析成像系统的光路以及扫描相互独立对眼底进行快速成像，所以两套系统扫描没有同步，只是系统叠加，整体结构非常复杂；另外在专利(基于自适应光学技术的共焦点扫描与光学相干层析成像仪，CN101869466)中公开了将光学相干层析技术与共焦扫描技术相结合，但是采用的是波前传感器，能够对从人眼返回回来的光信号进行波前探测，并复原出人眼的像差信息，且进行多次反射与振镜扫描，结构复杂。
发明内容
本发明的目的在于解决上述的不足，提出了一种手持式线共焦与光学相干层析眼底成像仪，能够同步实现光学相干层析与激光共焦扫描，且结构简单，扫描速度高。
本发明是这样实现的：
本发明实施例提供一种手持式线共焦与光学相干层析眼底成像仪，包括光学相干层析模块、快轴扫描模块、慢轴扫描模块、分光镜、带状镀膜反射镜、线共焦照明模块、线探测模块以及接目物镜；光学相干层析模块发出的层析光束经过慢轴扫描模块且通过分光镜反射至带状镀膜反射镜处再次反射，线共焦照明模块发出的照明光束透射带状镀膜反射镜与光学相干层析模块的发出光结合且依次经过快轴扫描模块与接目物镜对眼底进行照明成像，结合的成像光被眼底原路反射至带状镀膜反射镜，且由带状镀膜反射镜反射至分光镜，成像光中的层析光束依次经分光镜反射和慢轴扫描模块后，在光学相干层析模块中干涉成像，成像光中的照明光束透射分光镜至线探测模块。
优选地，所述带状镀膜反射镜包括玻璃平片以及设置于所述玻璃平片上的带状反射膜，或者所述带状镀膜反射镜为切割形成的条状反射镜。
优选地，所述慢轴扫描模块的聚焦物镜与所述线探测模块的成像透镜构成4f系统，所述慢轴扫描模块的扫描振镜与所述快轴扫描模块的扫描振镜位于所述4f系统的透镜焦点位置；所述快轴扫描模块的扫描物镜与所述接目物镜构成4f系统，所述快轴扫描模块的扫描振镜位于该4f系统的透镜焦点位置。
优选地，于所述线共焦照明模块的照明光束射至所述带状镀膜反射镜的反射光轴上设置有消光模块。
优选地，所述光学相干层析模块包括光学相干层析光源、干涉仪、参考臂以及探测光路，所述光学相干层析光源发出的层析光束经所述干涉仪，一部分进入所述参考臂内且被原路反射至所述干涉仪，另一部分进入所述慢轴扫描模块，被样品反射后的光束重新进入干涉仪内与参考臂反射的光束干涉，干涉光束在探测光路内被探测。
优选地，所述光学相干层析模块包括谱域光学相干层析系统或者扫频源光学相干层析系统。
优选地，所述线共焦照明模块的柱镜的主子午线与所述快轴扫描模块的扫描振镜的扫描轴平行，且分别与所述带状镀膜反射镜的带状方向以及所述慢轴扫描模块的扫描振镜的扫描轴垂直。
优选地，所述光学相干层析模块发出的层析光束的出射方向、所述快轴扫描模块的扫描振镜的扫描轴、所述快轴扫描模块的扫描物镜的光轴方向，三者两两垂直。
本发明具有以下有益效果：
本发明的成像仪中，通过将线扫描成像技术与光学相干层析成像技术相结合，采用共用快轴扫描模块同步扫描成像方法有效减少系统硬件，各光器件可以均集成至一外壳内，进而达到手持的目的，非常方便。另外采用带状镀膜反射镜一方面解决透镜和角膜反射亮斑的问题，另一方面不影响光学相干层析的扫描，实现光学相干层析技术和线共焦的高速扫描成像，达到眼底视网膜的快速面成像和断层成像的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的手持式线共焦与光学相干层析眼底成像仪的手持式系统的手持部分的光路结构图；
图2为本发明实施例提供的手持式线共焦与光学相干层析眼底成像仪的结构示意图；
图3为图1的手持式线共焦与光学相干层析眼底成像仪的带状镀膜反射镜的结构示意图；
图4为图1的手持式线共焦与光学相干层析眼底成像仪的两扫描振镜与聚焦透镜组成的4f系统之间的位置关系；
图5为图1的手持式线共焦与光学相干层析眼底成像仪的扫描光斑轨迹图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1以及图2，本发明实施例提供一种手持式线共焦与光学相干层析眼底成像仪，包括光学相干层析模块1、快轴扫描模块2、慢轴扫描模块3、分光镜4、带状镀膜反射镜5、线共焦照明模块6、线探测模块7以及接目物镜8，其中：
光学相干层析模块1，包括光学相干层析光源11、干涉仪12、参考臂13和探测光路14，用于对样品进行深度成像，其中样品可为眼底视网膜；
快轴扫描模块2，包括扫描振镜21和扫描物镜22，用于将线共焦的成像光和光学相干层析的样品光进行偏转，实现二者对样品的X向扫描，快轴扫描模块2包括MEMS振镜、共振式振镜或者多面振镜(大于1kHz才采用)，另外扫描振镜21还可以采用检流式扫描振镜，则扫描振镜21的型号为Cambridge6230H，设定扫描速度为100Hz，镜面>10mm；
慢轴扫描模块3，包括扫描振镜31和聚焦物镜32，用于将光学相干层析模块1发出的层析光束沿带状镀膜反射镜5带状方向偏转，实现对光学相干层析对样品的Y向扫描，扫描振镜31设定的扫描速度约为0.2Hz，型号和快轴扫描模块2的扫描振镜21型号相同，且二者扫描轴方向相互垂直；
线探测模块7，包括成像透镜71和线阵探测器72，用于对线共焦的成像光的探测收集，探测器型号为E2V-EM4，512pixels，最大采样速度210kHz；
分光镜4，为分光平片，或分光棱镜，或分光薄膜，用于将慢轴扫描模块3发出的层析光束反射进入带状镀膜反射镜5，还用于将带状镀膜反射镜5反射的线共焦层析光束的返回光从分光镜4透射进入线探测模块7的线阵探测器72，并将光学相干层析的层析光束的返回光原路返回至光学相干层析模块1中，分光镜4型号为thorlabs DMSP750，短波通，截至波长750nm。
光学相干层析模块1发出的层析光束经过慢轴扫描模块3且通过分光镜4反射至带状镀膜反射镜5处再次反射，线共焦照明模块6发出的照明光束透射带状镀膜反射镜5与光学相干层析模块1的发出光结合且依次经过快轴扫描模块2与接目物镜8对眼底进行照明成像，结合的成像光被眼底原路反射至带状镀膜反射镜5，且由带状镀膜反射镜5反射至分光镜4，成像光中的层析光束依次经分光镜4反射和慢轴扫描模块3后，在光学相干层析模块1中干涉成像，成像光中的照明光束透射分光镜4至线探测模块7。通过将线扫描成像技术与光学相干层析成像技术相结合，采用共用快轴扫描模块2同步扫描成像方法有效减少系统硬件，各光器件可以均集成至一外壳9内，进而达到手持的目的，非常方便，当然对于光学相干层析模块1部分可以位于外壳9外侧，而慢轴扫描模块3、快轴扫描模块2、分光镜4、带状镀膜反射镜5、线共焦照明模块6、线探测模块7以及接目物镜8等均位于外壳9内。另外采用带状镀膜反射镜5一方面解决透镜和角膜反射亮斑的问题，另一方面不影响光学相干层析的扫描，实现光学相干层析技术和线共焦的高速扫描成像，达到眼底视网膜的快速面成像和断层成像的目的。参见图3，具体地，带状镀膜反射镜5可以为两种形式，比如其中一种包括玻璃平片51以及设置于玻璃平片51上的带状反射膜52，或者采用切割形成的条状反射镜。通过带状镀膜反射镜5将层析光束与照明光束射入快轴扫描模块2内，且被快轴扫描模块2的扫描振镜21反射扫描，如图5所示为扫描振镜21扫描的轨迹图，图5(左)为线共焦扫描轨迹，完成一次扫描时间550(pixels)/100(kHz)＝5.5(ms)，图5(中)为光学相干层析扫描轨迹图，图中每一条扫描线均对应于线共焦扫描的整幅图像扫描，如图5(右)所示，光学相干层析完整的扫描时间为500(line)x 5.5(ms/line)＝2.75s。
参见图1，优化上述实施例，于线共焦照明模块6的照明光束射至带状镀膜反射镜5的反射光轴上设置有消光模块10。具体地，线共焦照明模块6采用半导体激光器61发出488nm的照明光束，经过准直器62后变成大小为直径为15mm的平行光斑，并再次被焦距为20mm的柱镜63汇聚成线光束，汇聚的光束线方向与带状镀膜反射镜5的带状方向平行，光轴方向及光轴附近的照明光束被反射，然后被反射光轴上的消光模块10吸收，剩余的非光轴上的照明光束大部分从带状镀膜反射镜5的两端透过射入快轴扫描模块2内。线共焦照明模块6的柱镜的主子午线与快轴扫描模块2的扫描振镜21的扫描轴平行，且与带状镀膜反射镜5的带状方向垂直，且与慢轴扫描模块3的扫描振镜31的扫描轴垂直。线共焦照明模块6发出的照明光束透射带状镀膜反射镜5后依次经过快轴扫描模块2的扫描振镜21和扫描物镜22以及接目物镜8后，在眼底反射并原路返回至带状镀膜反射镜5，并被带状镀膜反射镜5上镀有反射膜的反射面反射后，先经过线探测模块7的成像透镜71聚焦再透射分光镜4，以在线探测模块7的线阵探测器72中被探测。光学相干层析模块1发出的层析光束的出射方向、快轴扫描模块2的扫描振镜21的扫描轴、快轴扫描模块2的扫描物镜22的光轴方向，三者两两垂直，其中光学相干层析模块1发出的层析光束的出射方向为光学相干层析模块1的层析光束射入慢轴扫描模块3的方向。
参见图2以及图4，优选地，慢轴扫描模块3的聚焦物镜32和线探测模块7的成像透镜71构成4f系统，慢轴扫描模块3的扫描振镜31和快轴扫描模块2的扫描振镜21位于4f系统的透镜焦点位置；快轴扫描模块2的扫描物镜22与接目物镜8构成4f系统，快轴扫描模块2的扫描振镜21位于该4f系统的透镜焦点位置，即为扫描物镜22的焦点位置，视网膜匹配的接目物镜8，最终投影在眼底视网膜上。其中，慢轴扫描模块3的聚焦物镜32的f＝15mm，线探测模块7的成像透镜71的f＝20mm，快轴扫描模块2的扫描物镜22的f＝50mm。
再次参见图2，优选地，在光学相干层析模块1中，在干涉仪12处实现层析光束的参考光与发射至眼底视网膜处层析光束的样品光的分离，且在干涉仪12处形成干涉，具体是光学相干层析光源11发出的层析光束在干涉仪12处分离，其中干涉仪12为耦合器，耦合器的光束分配比例为20：80，其中80％的光束进入参考臂13内，且在参考臂13内被原路反射至干涉仪12内，而另外20％的光束作为样品光经过一准直镜15进入慢轴扫描模块3内，具体先射至慢轴扫描模块3的扫描振镜31，扫描振镜31将其反射至慢轴扫描模块3的聚焦物镜32，且在聚焦后射至分光镜4处反射至带状镀膜反射镜5，通过带状镀膜反射镜5反射至快轴扫描模块2，且在接目物镜8的作用下射至眼底视网膜，眼底视网膜将其原路反射至干涉仪12处，且与参考臂13内反射的参考光产生干涉，干涉光束进入探测光路14内。光学相干层析模块1包括谱域光学相干层析系统或者扫频源光学相干层析系统，当采用谱域光学相干层析系统时，光学相干层析光源11为宽带光源，中心波长为850nm，带宽80nm，而采用扫频源光学层析系统时，光学相干层析光源11采用扫频源。
具体地，对于探测光路14，当采用谱域光学相干层析系统时，其主要包括准直镜143、光栅141、聚焦透镜144以及线阵相机142；当采用扫频源光学层析系统时，探测器光路14为平衡点探测。干涉光束依次经过两个准直镜143以形成平行光束，平行光束经过光栅141时，将各个频谱的光束分离，且通过聚焦透镜144聚焦作用后被线阵相机142接收。对于参考臂13，其主要包括准直镜131、补偿镜132以及反射镜133，三者位于同一光轴上，且沿干涉仪12分出的参考光方向，准直镜131、补偿镜132以及反射镜133依次设置，即参考光依次经过准直镜131、补偿镜132以及反射镜133，且通过反射镜133反射后，参考光依次经过补偿镜132与准直镜131进入干涉仪12内与样品光干涉。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种手持式线共焦与光学相干层析眼底成像仪，其特征在于：包括光学相干层析模块、慢轴扫描模块、快轴扫描模块、分光镜、带状镀膜反射镜、线共焦照明模块、线探测模块以及接目物镜；
光学相干层析模块发出的层析光束经过慢轴扫描模块且通过分光镜反射至带状镀膜反射镜处再次反射，线共焦照明模块发出的照明光束透射带状镀膜反射镜与光学相干层析模块的发出光结合且依次经过快轴扫描模块与接目物镜对眼底进行照明成像，结合的成像光被眼底原路反射至带状镀膜反射镜，且由带状镀膜反射镜反射至分光镜，成像光中的层析光束依次经分光镜反射和慢轴扫描模块后，在光学相干层析模块中干涉成像，成像光中的照明光束透射分光镜至线探测模块；
所述光学相干层析模块发出的层析光束的出射方向、所述快轴扫描模块的扫描振镜的扫描轴、所述快轴扫描模块的聚焦透镜的光轴方向，三者两两垂直。
2.如权利要求1所述的手持式线共焦与光学相干层析眼底成像仪，其特征在于：所述带状镀膜反射镜包括玻璃平片以及设置于所述玻璃平片上的带状反射膜，或者所述带状镀膜反射镜为切割形成的条状反射镜。
3.如权利要求1所述的手持式线共焦与光学相干层析眼底成像仪，其特征在于：所述慢轴扫描模块的聚焦物镜与所述线探测模块的成像透镜构成4f系统，所述慢轴扫描模块的扫描振镜与所述快轴扫描模块的扫描振镜位于所述4f系统的透镜焦点位置；所述快轴扫描模块的扫描物镜与所述接目物镜构成4f系统，所述快轴扫描模块的扫描振镜位于该4f系统的透镜焦点位置。
4.如权利要求1所述的手持式线共焦与光学相干层析眼底成像仪，其特征在于：于所述线共焦照明模块的照明光束射至所述带状镀膜反射镜的反射光轴上设置有消光模块。
5.如权利要求1所述的手持式线共焦与光学相干层析眼底成像仪，其特征在于：所述光学相干层析模块包括光学相干层析光源、干涉仪、参考臂以及探测光路，所述光学相干层析光源发出的层析光束经所述干涉仪，一部分进入所述参考臂内且被原路反射至所述干涉仪，另一部分进入所述慢轴扫描模块，被样品反射后的光束重新进入干涉仪内与参考臂反射的光束干涉，干涉光束在探测光路内被探测。
6.如权利要求1所述的手持式线共焦与光学相干层析眼底成像仪，其特征在于：所述光学相干层析模块包括谱域光学相干层析系统或者扫频源光学相干层析系统。
7.如权利要求1所述的手持式线共焦与光学相干层析眼底成像仪，其特征在于：所述线共焦照明模块的柱镜的主子午线与所述快轴扫描模块的扫描振镜的扫描轴平行，且分别与所述带状镀膜反射镜的带状方向以及所述慢轴扫描模块的扫描振镜的扫描轴垂直。
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