CN108742506A - 一种眼前节眼后节双通道光学相干层析成像样品臂光路结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种眼前节眼后节双通道OCT样品臂光路结构，包括眼前节OCT样品臂光路、眼后节OCT样品臂光路和虹膜摄像光路三种光路结构。该结构通过二向色镜的旋转来对眼前节和眼后节两种成像模式进行切换，避免了传统的分束器对信号光强的二次衰减，并且每一种OCT成像模式下都可以通过LED照明的虹膜摄像光路辅助校准。

Description

一种眼前节眼后节双通道光学相干层析成像样品臂光路结构

技术领域

本发明涉及医疗成像设备技术领域，具体是一种眼前节眼后节双通道光学相干层析成像样品臂光路结构。

背景技术

热光学相干层析成像技术(optical coherence tomography,简称OCT)是20世纪90年代由MIT的研究人员发明的一种高分辨率高速无损伤的光学成像技术，能够为生物组织提供三维结构成像。从发明以来在生物医学研究和临床方面得到了非常广泛的应用，比如组织形态学研究和眼科临床手术实时导航等。作为光学相干层析成像系统的一个独特应用，眼科疾病的诊断筛查和术中导航评估，OCT技术具有非常重要的应用价值和巨大的应用前景。

虽然OCT最早最广泛的应用是视网膜成像，但是在角膜成像方面也有重要的意义。目前市场上商业化的眼科OCT大部分仅能对视网膜成像，但在研究领域有许多课题组已经开始着手眼前节/眼后节组合成像系统的研究。其中有些课题组例如上海交通大学搭建了双波段双焦点SD-OCT系统，通过两个光源、两个光谱仪组成的两套SD-OCT系统对眼前节和眼后节可以同时成像，但是两套系统不仅大大增加了成本，而且还增加系统体积，不利于系统便携化。

还有些小组通过分束器实现眼前节和眼后节同时成像，例如韩国庆北国立大学提出了一种利用SD-OCT的角膜和视网膜同时成像的双路径手持系统。手持式样本臂中通过一个BS分束器，被设计成同时对人的双眼成像，以获得一只眼睛的角膜和另一只眼睛的视网膜的图像。但是BS分束器会导致进入到眼前节和眼后节的光强均衰减为原来的一半，并且使得探测到的信号强度再次降低，影响图像对比度的增强。该系统中眼前节和眼后节的干涉信号同时传输到同一个光谱仪中，这中设置减小了系统体积和成本，但是为了使两个路径的信号在光谱仪中能够分辨，眼前节和眼后节参考臂与样品臂设置了不同的光程差。由OCT的原理可知，位于零光程差附近的图像对比度最强，光程差越大，图像信噪比下降越大。因此这种方案虽然能同时显示出眼前节眼后节两个位置的图像，但是代价是牺牲了其中一个位置的清晰度。

美国Duke大学的手持探头光路类似的眼前节/眼后节切换成像系统，即可以对视网膜成像，也可以对角膜成像，但是同一时间只可以对一个位置成像，两种成像方式之间可以通过旋转的反射镜进行切换。但是为了保持手持探头的小型化，该系统中用于辅助系统和人眼对准的虹膜相机只能在眼前节OCT成像模式下使用。然而考虑到瞳孔对光束的限制作用，眼后节OCT成像过程中光路的对准更加困难，更需要虹膜相机的辅助。

发明内容

本发明的目的在于提供一种眼前节眼后节双通道光学相干层析成像样品臂光路结构，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种眼前节眼后节双通道光学相干层析成像样品臂光路结构包括光纤接头、光纤准直器、扫描振镜、第一透镜、虹膜相机、第四透镜、第一二向色镜、第二二向色镜、LED、第三透镜、第一反射镜、第二透镜、第二反射镜形成的眼前节OCT样品臂光路、眼后节OCT样品臂光路和虹膜摄像光路三条光路结构；眼后节OCT样品臂光路中，光纤接头出射的光依次通过光纤准直器、扫描振镜、第一透镜、第一二向色镜和第三透镜，眼前节OCT样品臂光路中，光纤接头出射的光依次通过光纤准直器、扫描振镜、第一透镜、第一反射镜、第二透镜、第二反射镜、第二二向色镜和第三透镜，虹膜摄像光路中，LED的光照向眼睛，光经过第三透镜和第四透镜到达虹膜相机。

作为优选方案，眼后节OCT样品臂光路中，光纤接头出射的光进入到与其波段相匹配的光纤准直器，产生平行光束，平行光束照射到扫描振镜上，产生偏转后照射到第一透镜，光束经过第一透镜照射到第一二向色镜，光束经过第一透镜出射的光束主光线相互平行，第一二向色镜将光束反射到第三透镜，光束经过第三透镜聚焦在眼后节，结构入瞳位于扫描振镜，出瞳位于第三透镜后焦面上，出瞳平面与瞳孔重合。

作为优选方案，眼前节OCT样品臂光路中，第一二向色镜被折叠，第二二向色镜被转入光路。光纤接头出射的光依次通过光纤准直器、扫描振镜、第一透镜、第一反射镜、第二透镜、第二反射镜、第二二向色镜和第三透镜。光纤接头出射的光进入到与其波段相匹配的光纤准直器，产生平行光束，平行光束照射到扫描振镜上，产生偏转照射到第一透镜，光束经过第一透镜照射到第一反射镜，光束经过第一透镜出射的光束主光线相互平行，第一反射镜将光束反射到第二透镜，第二透镜出射的光束仍为平行光，且光束主光线汇聚在第二透镜的后焦点上，光束从第二透镜出射，经过第二反射镜和第二二向色镜的反射，通过第三透镜汇聚在第三透镜的后焦面上，接近眼前节，并且光束主光线近似平行。

作为优选方案，虹膜摄像光路中，LED设置于第三透镜上，虹膜相机、第四透镜和第三透镜处于同一水平线上，第四透镜为直径半个英寸的双胶合透镜组。

作为优选方案，眼前节OCT样品臂光路与眼后节OCT样品臂光路共用光纤接头、光纤准直器、扫描振镜、第一透镜和第三透镜，虹膜摄像光路与OCT样品臂光路共用第三透镜。

作为优选方案，扫描振镜位于第一透镜的前焦点处，第一透镜和第二透镜之间距离为两者焦距之和，第二透镜和第三透镜之间的距离设置为两者焦距之和。

作为优选方案，第一透镜和第三透镜都是由一个低屈光度双胶合消色差透镜和一个高屈光度双胶合消色差透镜组成，第二透镜由两个高屈光度双胶合消色差透镜组成。

作为优选方案，第一透镜和第三透镜均为屈光度为3:5的消色差透镜组。

作为优选方案，眼前节OCT的扫描方式为平行扫描模式。

作为优选方案，第三透镜位置可移动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：眼后节OCT样品臂光路结构采用了类似于望远镜系统的光路结构，得到了放大率为1的对称式系统，光纤接头出射的光进入到与其波段相匹配的光纤准直器，产生平行光束。平行光束照射到扫描振镜上，产生偏转。扫描振镜位于第一透镜的前焦点处，使得出射光束主光线相互平行。OCT光线在第一二向色镜处反射，令第三透镜的前焦点恰好为第一透镜的后焦点。这样，光纤准直器出射的平行光经过一个望远镜系统后仍然为平行光，平行光束聚焦在眼后节。同时，由于对称式的光路，结构入瞳位于扫描振镜，出瞳位于第三透镜的后焦面上，选择合适的工作距离使得出瞳平面与瞳孔重合，可以使尽可能多的光进入人眼，提高图像信噪比和对比度。双胶合透镜组第一透镜和第三透镜都是由一个低屈光度双胶合消色差透镜和一个高屈光度消色差透镜组成，采用屈光度为3:5的消色差透镜组可以很好的消除色差和球差，同时双胶合透镜形式有利于透镜位置的固定，减少透镜位置移动引入的偏差。

对于非正常屈光度的眼睛，例如近视眼或者远视眼，会将平行光束聚焦在眼后节前方或者后方，而不是眼后节上，因此对于非正视眼成像需要对光路进行调整。眼后节OCT采用移动第三透镜前后位置的方法，使出射光束不再为平行光，满足眼后节OCT系统对近视眼和远视眼的视度调节。远视眼需要向后移动第三透镜，将会聚光成像到眼后节上，近视眼向前移动第三透镜，将发散光束成像到眼后节上。

为了减小光路尺寸，同时保证成像质量，我们选择与眼后节OCT模式类似的远心光路。眼前节OCT第一二向色镜被折叠，第二二向色镜被转入光路。扫描光束通过第一透镜之后，经由两个反射镜将第二透镜接入光路，然后眼后节OCT成像光束在第二二向色镜处反射，通过第三透镜汇聚到眼后节。同样的，扫描振镜位于第一透镜的前焦点处，第一透镜的出射光主光线平行，令第一透镜和第二透镜之间距离为两者焦距之和，第二透镜出射光为平行光，且主光线汇聚在第二透镜的后焦点上。第二透镜和第三透镜之间的距离同样设置为两者焦距之和，这样第三透镜出射光线汇聚在第三透镜的后焦面上，接近眼后节位置，并且扫描光线主光线近似平行。眼前节OCT采用平行扫描模式，该模式可以在整个眼后节位置都获得比较强的反射信号，并且保留眼前节内部细节信息。

本结构采用LED照明的虹膜摄像光路，在眼前节和眼后节OCT成像同时都可以进行虹膜摄像，实时监控成像位置。

附图说明

图1为本发明一种眼前节眼后节双通道OCT样品臂光路结构的光路图；

图2为本发明一种眼前节眼后节双通道OCT样品臂光路结构的眼后节OCT样品臂光路图；

图3为本发明一种眼前节眼后节双通道OCT样品臂光路结构的眼前节OCT样品臂光路图；

图4为本发明一种眼前节眼后节双通道OCT样品臂光路结构的虹膜摄像光路图。

图中：1-光纤接头、2-光纤准直器、3-扫描振镜、4-第一透镜、5-虹膜相机、6-第四透镜、7-第一二向色镜、8-第二二向色镜、9-LED、10-第三透镜、11-第一反射镜、12-第二透镜、13-第二反射镜。

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他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1～4，本发明实施例中，一种眼前节眼后节双通道光学相干层析成像样品臂光路结构包括光纤接头1、光纤准直器2、扫描振镜3、第一透镜4、虹膜相机5、第四透镜6、第一二向色镜7、第二二向色镜8、LED9、第三透镜10、第一反射镜11、第二透镜12、第二反射镜13形成的眼前节OCT样品臂光路、眼后节OCT样品臂光路和虹膜摄像光路三种光路结构。眼后节OCT样品臂光路中，光纤接头1出射的光依次通过光纤准直器2、扫描振镜3、第一透镜4、第一二向色镜7和第三透镜10，眼前节OCT样品臂光路中，光纤接头1出射的光依次通过光纤准直器2、扫描振镜3、第一透镜4、第一反射镜11、第二透镜12、第二反射镜13、第二二向色镜8和第三透镜10，虹膜摄像光路中，LED9的光照向眼睛，光经过第三透镜10和第四透镜6到达虹膜相机5。

眼后节OCT样品臂光路结构为对称式系统，光纤接头1出射的光进入到与其波段相匹配的光纤准直器2，产生平行光束，平行光束照射到扫描振镜3上，产生偏转后照射到第一透镜4，光束经过第一透镜4照射到第一二向色镜7，光束经过第一透镜4出射的光束主光线相互平行，第一二向色镜7将光束反射到第三透镜10，光束经过第三透镜10聚焦在眼后节，结构入瞳位于扫描振镜3，出瞳位于第三透镜10后焦面上，出瞳平面与瞳孔重合。

眼前节OCT样品臂光路结构采用与眼后节OCT类似的远心光路，光路中第一二向色镜7被折叠，第二二向色镜8被转入光路。光纤接头1出射的光进入到与其波段相匹配的光纤准直器2，产生平行光束，平行光束照射到扫描振镜3上，产生偏转照射到第一透镜4，光束经过第一透镜4照射到第一反射镜11，光束经过第一透镜4出射的光束主光线相互平行，第一反射镜11将光束反射到第二透镜12，第二透镜12出射的光束仍为平行光，且光束主光线汇聚在第二透镜12的后焦点上，光束从第二透镜12出射，经过第二反射镜13和第二二向色镜8的反射，通过第三透镜10汇聚在第三透镜10的后焦面上，接近眼前节，，并且光束主光线近似平行。眼前节OCT的扫描方式为平行扫描模式。

虹膜摄像光路中，LED9设置于第三透镜10上，虹膜相机5、第四透镜6和第三透镜10处于同一水平线上，第四透镜6为直径半个英寸的双胶合透镜组。

眼前节OCT样品臂光路与眼后节OCT样品臂光路共用光纤接头1、光纤准直器2、扫描振镜2、第一透镜4和第三透镜10，虹膜摄像光路与OCT样品臂光路共用第三透镜10。

扫描振镜3位于第一透镜4的前焦点处，第一透镜4和第二透镜12之间距离为两者焦距之和，第二透镜12和第三透镜10之间的距离设置为两者焦距之和。

第一透镜4和第三透镜10都是由一个低屈光度双胶合消色差透镜和一个高屈光度双胶合消色差透镜组成，第二透镜12由两个高屈光度双胶合消色差透镜组成。第一透镜4和第三透镜10均为屈光度为3:5的消色差透镜组。第三透镜10位置可移动。

本发明的工作原理是：眼后节OCT样品臂光路结构采用了类似于望远镜系统的光路结构，得到了放大率为1的对称式系统，光纤接头1出射的光进入到与其波段相匹配的光纤准直器2，产生平行光束。平行光束照射到扫描振镜3上，产生偏转。扫描振镜3位于第一透镜4的前焦点处，使得出射光束主光线相互平行。OCT光线在第一二向色镜7处反射，令第三透镜10的前焦点恰好为第一透镜4的后焦点。这样，光纤准直器2出射的平行光经过一个望远镜系统后仍然为平行光，平行光束聚焦在眼后节。同时，由于对称式的光路，结构入瞳位于扫描振镜3，出瞳位于第三透镜10的后焦面上，选择合适的工作距离使得出瞳平面与瞳孔重合，可以使尽可能多的光进入人眼，提高图像信噪比和对比度。双胶合透镜组第一透镜4和第三透镜10都是由一个低屈光度双胶合消色差透镜(AC254-100-C，P＝10.0D，不限于如此规格)和一个高屈光度消色差透镜(AC254-60-C，P＝16.7D，不限于如此规格)组成，采用屈光度为3:5的消色差透镜组可以很好的消除色差和球差，同时双胶合透镜形式有利于透镜位置的固定，减少透镜位置移动引入的偏差。

对于非正常屈光度的眼睛，例如近视眼或者远视眼，会将平行光束聚焦在眼后节前方或者后方，而不是眼后节上，因此对于非正视眼成像需要对光路进行调整。眼后节OCT采用移动第三透镜10前后位置的方法，使出射光束不再为平行光，满足眼后节OCT系统对近视眼和远视眼的视度调节。远视眼需要向后移动第三透镜10，将会聚光成像到眼后节上，近视眼向前移动第三透镜10，将发散光束成像到眼后节上。

为了减小光路尺寸，同时保证成像质量，我们选择与眼后节OCT模式类似的远心光路。眼前节OCT第一二向色镜7被折叠，第二二向色镜8被转入光路。扫描光束通过第一透镜4之后，经由两个反射镜将第二透镜12(两个AC254-60-C， P＝16.7D)接入光路，然后眼后节OCT成像光束在第二二向色镜8处反射，通过第三透镜10汇聚到眼后节。同样的，扫描振镜3位于第一透镜4的前焦点处，第一透镜4的出射光主光线平行，令第一透镜4和第二透镜12之间距离为两者焦距之和，第二透镜12出射光为平行光，且主光线汇聚在第二透镜12的后焦点上。第二透镜12和第三透镜10之间的距离同样设置为两者焦距之和，这样第三透镜10出射光线汇聚在第三透镜10的后焦面上，接近眼后节位置，并且扫描光线主光线近似平行。眼前节OCT采用平行扫描模式，该模式可以在整个眼后节位置都获得比较强的反射信号，并且保留眼前节内部细节信息。

本结构采用850nmlLED照明的虹膜摄像光路，在眼前节和眼后节OCT成像同时都可以进行虹膜摄像，实时监控成像位置。ZEMAX非序列模式下得到的虹膜摄像光路中，整个成像区域光照度分布比较均匀，没有强烈尖峰散射光出现。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种眼前节眼后节双通道OCT样品臂光路结构，其特征在于：该结构包括光纤接头(1)、光纤准直器(2)、扫描振镜(3)、第一透镜(4)、虹膜相机(5)、第四透镜(6)、第一二向色镜(7)、第二二向色镜(8)、LED(9)、第三透镜(10)、第一反射镜(11)、第二透镜(12)、第二反射镜(13)形成的眼前节OCT样品臂光路、眼后节OCT样品臂光路和虹膜摄像光路三条光路结构；所述眼后节OCT样品臂光路中，光纤接头(1)出射的光依次通过光纤准直器(2)、扫描振镜(3)、第一透镜(4)、第一二向色镜(7)和第三透镜(10)，所述眼前节OCT样品臂光路中，光纤接头(1)出射的光依次通过光纤准直器(2)、扫描振镜(3)、第一透镜(4)、第一反射镜(11)、第二透镜(12)、第二反射镜(13)、第二二向色镜(8)和第三透镜(10)，所述虹膜摄像光路中，LED(9)的光照向眼睛，光经过第三透镜(10)和第四透镜(6)到达虹膜相机(5)。

2.根据权利要求1所述的一种眼前节眼后节双通道光学相干层析成像样品臂光路结构，其特征在于：所述眼后节OCT样品臂光路中，光纤接头(1)出射的光进入到与其波段相匹配的光纤准直器(2)，产生平行光束，所述平行光束照射到扫描振镜(3)上，产生偏转后照射到第一透镜(4)，所述光束经过第一透镜(4)照射到第一二向色镜(7)，所述光束经过第一透镜(4)出射的光束主光线相互平行，所述第一二向色镜(7)将光束反射到第三透镜(10)，所述光束经过第三透镜(10)聚焦在眼后节，所述结构入瞳位于扫描振镜(3)，出瞳位于第三透镜(10)后焦面上，出瞳平面与瞳孔重合。

3.根据权利要求2所述的一种眼前节眼后节双通道光学相干层析成像样品臂光路结构，其特征在于：所述眼前节OCT样品臂光路中，第一二向色镜(7)被折叠，第二二向色镜(8)被转入光路，所述光纤接头(1)出射的光进入到与其波段相匹配的光纤准直器(2)，产生平行光束，所述平行光束照射到扫描振镜(3)上，产生偏转照射到第一透镜(4)，所述光束经过第一透镜(4)照射到第一反射镜(11)，所述光束经过第一透镜(4)出射的光束主光线相互平行，所述第一反射镜(11)将光束反射到第二透镜(12)，所述第二透镜(12)出射的光束仍为平行光，且光束主光线汇聚在第二透镜(12)的后焦点上，所述光束从第二透镜(12)出射，经过第二反射镜(13)和第二二向色镜(8)的反射，通过第三透镜(10)汇聚在第三透镜(10)的后焦面上，接近眼前节，并且光束主光线近似平行。

4.根据权利要求3所述的一种眼前节眼后节双通道光学相干层析成像样品臂光路结构，其特征在于：所述虹膜摄像光路中，LED(9)设置于第三透镜上(10)，所述虹膜相机(5)、第四透镜(6)和第三透镜(10)处于同一水平线上，所述第四透镜(6)为直径半个英寸的双胶合透镜组。

5.根据权利要求4所述的一种眼前节眼后节双通道光学相干层析成像样品臂光路结构，其特征在于：所述眼前节OCT样品臂光路与眼后节OCT样品臂光路共用光纤接头(1)、光纤准直器(2)、扫描振镜(3)、第一透镜(4)和第三透镜(10)，所述虹膜摄像光路与OCT样品臂光路共用第三透镜(10)。

6.根据权利要求5所述的一种眼前节眼后节双通道光学相干层析成像样品臂光路结构，其特征在于：所述扫描振镜(3)位于第一透镜(4)的前焦点处，所述第一透镜(4)和第二透镜(12)之间距离为两者焦距之和，所述第二透镜(12)和第三透镜(10)之间的距离设置为两者焦距之和。

7.根据权利要求6所述的一种眼前节眼后节双通道光学相干层析成像样品臂光路结构，其特征在于：所述第一透镜(4)和第三透镜(10)都是由一个低屈光度双胶合消色差透镜和一个高屈光度双胶合消色差透镜组成，所述第二透镜(12)由两个高屈光度双胶合消色差透镜组成。

8.根据权利要求7所述的一种眼前节眼后节双通道光学相干层析成像样品臂光路结构，其特征在于：所述第一透镜(4)和第三透镜(10)均为屈光度为3:5的消色差透镜组。

9.根据权利要求8所述的一种眼前节眼后节双通道光学相干层析成像样品臂光路结构，其特征在于：所述眼前节OCT的扫描方式为平行扫描模式。

10.根据权利要求9所述的一种眼前节眼后节双通道光学相干层析成像样品臂光路结构，其特征在于：所述第三透镜(10)位置可移动。