CN108567410A - 光学相干层析和点扫描共焦同步成像系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及成像仪，提供一种光学相干层析和点扫描共焦同步成像系统，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、点共焦成像模块、点共焦照明模块、二向色镜、共用扫描模块以及接目物镜。本发明中，通过将点扫描共焦成像技术和光学相干层析成像技术相结合，采用共光路共振镜同步扫描成像方法有效减少系统硬件，实现光学相干层析技术和点扫描共焦成像扫描速度的有效利用，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
本发明涉及成像仪，尤其涉及一种光学相干层析和点扫描共焦同步成像系统。
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，没有减少系统的复杂性；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
本发明针对上述问题和不足，提出了一种光学相干层析和点扫描共焦同步成像系统，能够同步实现光学相干层析与激光共焦扫描。
本发明是这样实现的：
本发明实施例提供一种光学相干层析和点扫描共焦同步成像系统，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、点共焦成像模块、点共焦照明模块、二向色镜、共用扫描模块以及接目物镜；
光学相干层析模块中发出的样品光经过慢轴扫描模块且透射二向色镜，且与点共焦照明模块发出的光经过快轴扫描模块到达二向色镜的反射光相结合，共同依次经过共用扫描模块和接目物镜对眼底进行照明成像，结合的成像光被样品反射并依次经过接目物镜以及共用扫描模块，共用扫描模块的层析光束经过二向色镜的透射和慢轴扫描模块后，在光学相干层析模块中干涉成像，共用扫描模块的共焦成像光束经过二向色镜的反射后和快轴扫描模块在点共焦成像模块中成像。
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，所述快轴扫描模块中扫描振镜的扫描轴与所述慢轴扫描模块中扫描振镜的扫描轴平行，且均与所述共用扫描模块中扫描振镜的扫描轴垂直。
优选地，所述慢轴扫描模块的聚焦透镜和所述共用扫描模块的聚焦透镜构成4f系统，所述慢轴扫描模块中扫描振镜和所述共用扫描模块中扫描振镜位于4f系统的透镜焦点位置；
所述快轴扫描模块的聚焦透镜和所述共用扫描模块的聚焦透镜构成4f系统，所述快轴扫描模块的扫描振镜和所述共用扫描模块的扫描振镜位于4f系统的透镜焦点位置。
优选地，所述快轴扫描模块中扫描振镜的扫描轴分别与所述点共焦照明模块的光轴以及所述快轴扫描模块中聚焦透镜的光轴垂直；
所述慢轴扫描模块的扫描振镜的扫描轴分别与所述光学相干层析模块发出光的光轴方向以及所述慢轴扫描模块的聚焦透镜的光轴垂直；
所述共用扫描模块的扫描振镜的扫描轴分别与所述共用扫描模块的聚焦透镜的光轴以及所述共用扫描模块的扫描透镜的光轴垂直。
优选地，所述快轴扫描模块包括MEMS振镜、共振式振镜或者多面转镜。
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光经所述干涉仪，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。
本发明具有以下有益效果：
本发明的系统中，通过将点扫描共焦成像技术和光学相干层析成像技术相结合，采用共光路共振镜同步扫描成像方法有效减少系统硬件，实现光学相干层析技术和点扫描共焦成像扫描速度的有效利用，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是本发明系统的光路结构图；
图2是本发明具体实施方案中采用谱域光学相干层析与点扫描共焦同步扫描的结构图；
图3是本发明具体实施方案中光学相干层析技术扫描和点共焦扫描的扫描光斑轨迹示意图。
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-图3，本发明实施例提供一种光学相干层析和点扫描共焦同步成像系统，包括光学相干层析模块8、快轴扫描模块3、慢轴扫描模块7、分光镜2、点共焦成像模块9、点共焦照明模块1、二向色镜4、共用扫描模块5以及接目物镜6，其中：
光学相干层析模块8，包括光学相干层析光源811、干涉仪812、参考臂和探测光路，用于对样品进行深度成像，其中样品可为眼底视网膜10，当然光学相干层析模块还可以采用另外的结构形式，比如单耦合器结构或者双耦合器结构或者环形器结构等，形式比较多样化；
快轴扫描模块3，包括扫描振镜31和聚焦透镜32，用于点共焦扫描成像系统，偏转点共焦扫描光束，实现对样品的行扫描；快轴扫描模块3包括MEMS振镜、共振式振镜或者多面振镜，扫描振镜31设定的扫描速度为16KHz，镜面大小为3mm x 4mm，型号为EOPC SC-30，扫描轴方向与共用扫描模块5中的扫描振镜51扫描方向相互垂直，且快轴扫描模块3中扫描振镜31的扫描轴分别与点共焦照明模块1的光轴以及快轴扫描模块3中聚焦透镜32的光轴垂直；
慢轴扫描模块7，包括扫描振镜71和聚焦透镜72，用于光学相干层析系统，偏转光学相干层析光束，实现对样品的场扫描，扫描振镜71设定的扫描速度为0.1Hz，与快轴扫描模块3中的扫描振镜31扫描方向相互平行，且慢轴扫描模块7的扫描振镜71的扫描轴分别与光学相干层析模块8发出光的光轴方向以及慢轴扫描模块7的聚焦透镜72的光轴垂直；
共用扫描模块5，包括扫描振镜51和聚焦透镜52，用于将光学相干层析模块8和点共焦照明模块1的照明光同时偏转，实现光学相干层析对样品的行扫描，点共焦扫描成像系统对样品的场扫描，扫描振镜51设定扫描速度为40Hz，镜面大小10mm x 5mm，与快轴扫描模块3的扫描振镜31的扫描方向相互垂直，且共用扫描模块5的扫描振镜51的扫描轴分别与共用扫描模块5的聚焦透镜52的光轴以及共用扫描模块5的扫描透镜的光轴垂直；
分光镜2，为分光平片，或分光棱镜，或分光薄膜，用于将点扫描共焦成像光束反射进入点共焦成像模块9的探测器，同时将点共焦照明模块1出射的照明光束透射进入快轴扫描模块3传播；
二向色镜4，用于将慢轴扫描模块7出射的光学相干层析模块8的样品光束透射进入共用扫描模块5，同时将共用扫描模块5出射的光学相干层析模块8的样品光束透射进入慢轴扫描模块7传播，还用于将共用扫描模块5出射的点共焦成像光束反射进入快轴扫描模块3，同时将快轴扫描模块3出射的照明光束反射进入共用扫描模块5传播。
光学相干层析模块8中发出的样品光经过慢轴扫描模块7且透射二向色镜4，且与点共焦照明模块1发出的光经过快轴扫描模块3到达二向色镜4的反射光相结合，共同依次经过共用扫描模块5和接目物镜6对眼底进行照明成像，结合的成像光被眼底视网膜10反射并依次经过接目物镜6以及共用扫描模块5，共用扫描模块5的层析光束经过二向色镜4的透射和慢轴扫描模块7后，在光学相干层析模块8中干涉成像，共用扫描模块5的共焦成像光束经过二向色镜4的反射后和快轴扫描模块3在点共焦成像模块9中成像。具体地，二向色镜4可以透射光学相干层析模块8的发出光以及接收的反射光，且反射点共焦照明模块1的发出光以及点共焦成像模块9的接收光，能够实现光学相干层析模块8发出光与点共焦照明模块1发出光的分离，二向色镜4截至波长为805nm，长波通，短波反；而分光镜2，可供点共焦照明模块1的发出光透射，且由快轴扫描模块3的扫描振镜31反射的光束经分光镜2反射至点共焦成像模块9，以达到点共焦成像的目的，在分光镜2附近的光轴设置有吸光模块11，能够吸收光轴附近的被反射光。对此本发明实施例公开的系统中，通过将点扫描共焦成像技术和光学相干层析成像技术相结合，采用共光路共振镜同步扫描成像方法有效减少系统硬件，实现光学相干层析技术和点扫描共焦成像扫描速度的有效利用，达到眼底视网膜10的快速面成像和断层成像的目的。如图3所示为共用扫描模块5的振镜扫描的轨迹图：图3(左)为点共焦扫描轨迹，完成一次扫描时间1/30(Hz)＝33.3(ms)；图3(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点共焦扫描的整幅图像扫描，如图3(右)所示，光学相干层析完整的扫描时间为1/0.1(Hz)＝10s。
参见图2，优选地，在光学相干层析模块8中，在干涉仪812处实现参考光与发射至眼底视网膜10处光束的分离，且在干涉仪812处形成干涉，具体是光学相干层析光源811在干涉仪812处分离，其中干涉仪812为耦合器，耦合器的光束分配比例为20：80，其中80％的光束进入参考臂内，且在参考臂内被原路反射至干涉仪812内，而另外20％的光束作为样品光经过一准直镜813进入慢轴扫描模块7内，具体先射至慢轴扫描模块7的扫描振镜71，扫描振镜71将其反射至慢轴扫描模块7的聚焦透镜72，且在聚焦后透射二向色镜4进入共用扫描模块5内，依次经过共用扫描模块5的扫描振镜52与聚焦透镜51，且在接目物镜6的作用下射至眼底视网膜10，眼底视网膜10将其原路反射至干涉仪812处，且与参考臂内反射的参考光产生干涉，干涉光束进入探测光路内。光学相干层析模块8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811为宽带光源，比如半导体激光器，半导体激光器的中心波长为830nm，带宽80nm，而采用扫频源光学层析系统时，光学相干层析光源811采用扫频源。
具体地，对于探测光路，其主要包括光栅819以及探测器821，当采用谱域光学相干层析系统时，该探测器821为光谱仪，当采用扫频源光学层析系统时，探测器821为线阵相机，干涉光束依次经过两个准直镜817(818)以形成平行光束，平行光束经过光栅819时，将各个频谱的光束分离，且通过聚焦透镜820聚焦作用后被探测器821接收。对于参考臂，其主要包括准直镜814、补偿镜815以及反射镜816，三者位于同一光轴上，且沿干涉仪812分出的参考光方向，准直镜814、补偿镜815以及反射镜816依次设置，即参考光依次经过准直镜814、补偿镜815以及反射镜816，且通过反射镜816反射后，参考光依次经过补偿镜815与准直镜814进入干涉仪812内与样品光干涉。
参见图1，优选地，点共焦成像模块9包括聚焦透镜93、透光板92以及探测器91，透光板92上设置有透光孔，共用扫描模块5的点共焦成像光束依次经聚焦透镜93以及透光孔进入探测器9-1内成像。具体地，点共焦照明模块1发出的照明光束经过准直镜12变成平行光且透射分光镜2，由分光镜2进入快轴扫描模块3，具体是依次经过快轴扫描模块3的扫描振镜31与聚焦透镜32，且在聚焦透镜32聚焦后射至二向色镜4处反射且与光学相干层析模块8的样品光束结合进入共用扫描模块5内，依次经过共用扫描模块5的聚焦透镜52以及扫描振镜51，且经过接目物镜6后对眼底进行同步照明成像，成像光被眼底视网膜10反射并依次经过接目物镜6以及共用扫描模块5，其中点共焦光束经过二向色镜4的反射后经快轴扫描模块3且在分光镜2处反射至点共焦成像模块9。在上述过程中，点共焦照明模块1包括半导体激光器11，其发出650nm的点光源，经过准直镜12后变成大小为直径为2mm的平行光斑。
参见图2以及图3，优选地，慢轴扫描模块7的聚焦透镜72和共用扫描模块5的聚焦透镜52构成4f系统，慢轴扫描模块7中扫描振镜71和共用扫描模块5中扫描振镜51位于4f系统的透镜焦点位置；快轴扫描模块3的聚焦透镜72和共用扫描模块5的聚焦透镜52构成4f系统，快轴扫描模块3的扫描振镜31和共用扫描模块5的扫描振镜51位于4f系统的透镜焦点位置。其中，慢轴扫描模块7的聚焦透镜72的f＝40mm，共用扫描模块5的聚焦透镜52的f＝60mm，快轴扫描模块3的聚焦透镜32的f＝20mm。对于接目物镜6，其包括两个聚焦透镜61(62)，即共用扫描模块5发出的光束需要依次经过两个聚焦透镜61(62)进入眼底视网膜10，眼底视网膜10反射的光束也依次经过两个聚焦透镜61(62)，这两个聚焦透镜61(62)的f＝30mm。
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)
1.一种光学相干层析和点扫描共焦同步成像系统，其特征在于：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、点共焦成像模块、点共焦照明模块、二向色镜、共用扫描模块以及接目物镜；
光学相干层析模块中发出的样品光经过慢轴扫描模块且透射二向色镜，且与点共焦照明模块发出的光经过快轴扫描模块到达二向色镜的反射光相结合，共同依次经过共用扫描模块和接目物镜对眼底进行照明成像，结合的成像光被样品反射并依次经过接目物镜以及共用扫描模块，共用扫描模块的层析光束经过二向色镜的透射和慢轴扫描模块后，在光学相干层析模块中干涉成像，共用扫描模块的共焦成像光束经过二向色镜的反射后和快轴扫描模块在点共焦成像模块中成像。
2.如权利要求1所述的光学相干层析和点扫描共焦同步成像系统，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。
3.如权利要求1所述的光学相干层析和点扫描共焦同步成像系统，其特征在于：所述快轴扫描模块中扫描振镜的扫描轴与所述慢轴扫描模块中扫描振镜的扫描轴平行，且均与所述共用扫描模块中扫描振镜的扫描轴垂直。
4.如权利要求1所述的光学相干层析和点扫描共焦同步成像系统，其特征在于：所述慢轴扫描模块的聚焦透镜和所述共用扫描模块的聚焦透镜构成4f系统，所述慢轴扫描模块中扫描振镜和所述共用扫描模块中扫描振镜位于4f系统的透镜焦点位置；
所述快轴扫描模块的聚焦透镜和所述共用扫描模块的聚焦透镜构成4f系统，所述快轴扫描模块的扫描振镜和所述共用扫描模块的扫描振镜位于4f系统的透镜焦点位置。
5.如权利要求1所述的光学相干层析和点扫描共焦同步成像系统，其特征在于：所述快轴扫描模块中扫描振镜的扫描轴分别与所述点共焦照明模块的光轴以及所述快轴扫描模块中聚焦透镜的光轴垂直；
所述慢轴扫描模块的扫描振镜的扫描轴分别与所述光学相干层析模块发出光的光轴方向以及所述慢轴扫描模块的聚焦透镜的光轴垂直；
所述共用扫描模块的扫描振镜的扫描轴分别与所述共用扫描模块的聚焦透镜的光轴以及所述共用扫描模块的扫描透镜的光轴垂直。
6.如权利要求1所述的光学相干层析和点扫描共焦同步成像系统，其特征在于：所述快轴扫描模块包括MEMS振镜、共振式振镜或者多面转镜。
7.如权利要求1所述的光学相干层析和点扫描共焦同步成像系统，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光经所述干涉仪，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。
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