CN108882844A - 用于视网膜或脉络膜中的血管造影光学相干断层成像的装置以及使用该装置诊断疾病的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于视网膜或脉络膜中的血管造影光学相干断层成像的装置，以及一种通过使用该装置诊断疾病的方法，并且更具体地涉及：一种用于视网膜和脉络膜中的血管造影光学相干断层成像的装置，该装置能够通过快速且客观地识别组织的低灌注而诊断早期阶段的休克状态或疾病(例如败血症)，以及一种使用该装置的诊断方法。

Description

用于视网膜或脉络膜中的血管造影光学相干断层成像的装置 以及使用该装置诊断疾病的方法
技术领域
本公开涉及一种用于视网膜或脉络膜中的血管造影光学相干断层成像的装置和一种使用该装置诊断疾病的方法，更特别地涉及一种用于视网膜或脉络膜中的血管造影光学相干断层成像的装置，该装置能够通过快速且客观地识别组织的低灌注而诊断早期阶段的休克状态或疾病(例如败血症)，以及一种使用该装置的诊断方法。
背景技术
目前，基于临床方面、生命体征、血液检测、成像检查等全面地确定败血症和休克的诊断。
已经对精神衰退、肤色变化、尿量减少、毛细血管再充盈时间等临床方面进行了验证，观察到例如血压、心率、呼吸率、体温等生命体征。通过血液检测对血液白细胞数、C-反应蛋白(CRP)、血清降钙素原(procalitonin)、乳酸盐、肝体指数、肾脏数等进行检查，通过血液培养检测对细菌、真菌等进行检测。通过使用普通X线摄影、计算机断层成像(CT)、磁共振成像(MRI)等的成像检查来验证病变。
特别地，已知败血症和休克的早期诊断和治疗非常重要。事实上，败血症一小时内接受抗生素治疗的患者的死亡率为19.5％，而未接受抗生素治疗的患者的死亡率为33.2％。
在申请号为2005-0016987的韩国专利公开申请(2005年2月21日公开，名称为“使用线粒体核酸分析诊断败血症的方法(Method for diagnosing sepsis usingmitochondrial nucleic acid analysis)”)中公开了相关技术。然而，上述传统方法在诊断中不可避免地有延迟。
最近，为了克服这些问题，已经开发了通过其它方法诊断败血症和休克的技术。
众所周知，微循环障碍是败血症和休克的主要病理生理学，尽管其它指标例如血压等是正常的，微循环障碍也可以被早期发现。
当发生败血症时，身体的血液流速变得相对不足。因此，为了维持重要器官(例如心脏、大脑等)的血液流速，自我保护机制起作用以降低相对不太重要的器官(例如皮肤、胃肠道、肌肉等)中的血液流速。
出于这个原因，与其它的指标进行比较，可以早期检测到微循环障碍，当利用所检测到的微循环障碍时，败血症和休克的早期诊断是可能的，并且为了早期诊断败血症和休克，还存在商业化的健康筛查设备以验证微循环障碍。
通常地，存在正交偏振光谱(OPS)和侧流暗场(SDF)成像。这些设备观察到舌下粘膜的微循环变化。
然而，在OPS和SDF成像的情况下，在舌下粘膜处测量微循环流量，取决于微循环流量测量中的观察者，结果存在差异。OPS和SDF成像通过使器械与舌下粘膜接触来进行测量，因此结果取决于观察者使器械与舌下粘膜接触的力，并且当使器械略微强烈地与舌下粘膜接触时，毛细血管被按压，因此将血流错误地被测量为不存在。
因此，客观地使用OPS和SDF成像存在限制，因此有必要开发能够以非接触方式测量微循环流量的诊断技术。
发明内容
技术问题
本公开是为了解决相关技术的上述问题而做出的，本公开的目的是提供一种用于视网膜或脉络膜中的血管造影光学相干断层成像的装置，该装置能够通过非侵入性地和非接触地观察组织的低灌注和快速且客观地识别组织的低灌注，而诊断早期阶段的休克状态或疾病(例如败血症)，以及一种使用该装置的诊断方法。
技术方案
根据本公开的一方面，提供了一种用于光学相干断层成像的装置1，其检测关于对象的光学相干断层成像信号，该装置1包括波长扫描激光器100、参考臂200、样本臂300、检测器400和控制器500；波长扫描激光器100被配置为发射光信号；参考臂200具有路径，部分光信号通过该路径传输通过耦合器110并由参考镜210反射；样本臂300具有路径，部分光信号通过该路径传输通过耦合器110，穿过被配置为扫描对象的样本扫描仪310，并由样本扫描仪310再次反射；检测器400被配置为使用用于光信号的干涉仪检测从参考臂200反射的光与从样本臂300反射的光之间的干涉信号；控制器500被配置为在样本臂300的样本扫描仪310中控制对象的扫描区域和扫描间隔根据预定规则改变和扫描，并收集由检测器400测量的干涉信息以执行图像处理。
该对象可以是视网膜或脉络膜。
样本扫描仪310可以包括准直器311、检流镜(gavanometric mirror)312和扫描光学部件，准直器311被配置为将光传输到自由空间，从波长扫描激光器100发射的部分光信号经由准直器311入射到检流镜312并被检流镜312反射，并且扫描光学部件配置有多个透镜313，用于允许从检流镜312反射的光从其穿过并到达对象。
装置1还可以包括在检测器400和控制器500之间设置的高速数据采集器(DAQ)600。
参考臂200还可以包括频移器230，频移器230被配置为将传输通过耦合器的光信号的频率进行转换。
根据本公开的另一方面，提供了一种使用用于光学相干断层成像的装置1来诊断疾病的方法，该方法包括a)扫描操作，通过改变扫描间隔和扫描区域，由用于光学相干断层成像的装置1的样本扫描仪多次扫描对象，b)图像处理操作，将扫描操作中获得的多个图像进行合并和处理，c)重复扫描操作，以预定的间隔重复执行扫描操作和图像处理操作，d)读取操作，通过所获得的图像读取视网膜或脉络膜中的微循环变化，和e)诊断操作，通过将读取操作中获得的微循环变化的结果与参考数据进行比较来确定疾病的存在或不存在。
扫描操作可以包括以各种间隔重复扫描视网膜或脉络膜的相同截面位置。
更优选地，对象可以是脉络膜。
扫描操作可以包括关于视网膜或脉络膜的相同截面位置以固定间隔两次或更多次测量干涉信号的相位。
扫描操作可以包括通过改变扫描区域的深度来扫描视网膜和脉络膜。
读取操作可以包括对通过重复扫描操作获得的图像针对每个像素进行数字化，并且通过与参考值的差异来确定微循环流量的变化的存在或不存在以及其变化程度。
败血症的诊断或治疗进展可以通过视网膜或脉络膜中的微循环流量变化来确定。
败血症可以通过脉络膜中的微循环流量变化来诊断。
该方法还可以包括，在最初执行扫描操作之后，在一小时内一次或多次执行扫描操作以测量脉络膜中的微循环流量变化并诊断败血症。
该方法还可以包括在一小时内两次或更多次执行扫描操作、图像处理操作、重复扫描操作和读取操作。
发明效果
因此，本公开的血管造影光学相干断层成像装置和使用该装置的诊断方法可以通过快速且客观地测量组织的低灌注而诊断早期阶段的休克状态或疾病(例如败血症)。
换句话说，根据本公开，当发生败血症时，使用在低灌注组织中快速发生微循环障碍的特征，非侵入性地和非接触地扫描和观察视网膜或脉络膜，并且因此不需要对视网膜或脉络膜进行采样，因此具有可以增加微循环测量的客观性并且可以立即进行结果分析的优点。
此外，根据本公开，可以连续观察微循环障碍并且可以诊断疾病，从而通过观察微循环流量是否改善的过程具有能够用作治疗指导的优点。
附图说明
图1是示出早期诊断败血症状态的常规方法的流程图。
图2是示意性地示出使用根据本公开的光学相干断层成像装置的疾病诊断方法的流程图。
图3是根据本公开的光学相干断层成像装置的示意图。
图4是示出使用根据本公开的光学相干断层成像装置的疾病诊断方法中的成像操作的示例的曲线图。
图5是视网膜和脉络膜的微循环图像，其是使用本公开的光学相干断层成像装置在改变扫描间隔的同时拍摄的。
图6是脉络膜的微循环流的图像，其是使用本公开的光学相干断层成像装置以一小时的间隔拍摄的。
图7至图9是示出通过将图6中的图像转换为每个像素的bmp图像的色标然后执行预定的计算而随时间的变化的曲线图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述根据本公开的用于视网膜或脉络膜中的血管造影光学相干断层成像的装置和使用该装置的疾病诊断方法。
本公开涉及用于视网膜或脉络膜中的血管造影光学相干断层成像的装置1和使用该装置的疾病诊断方法，并且涉及能够通过快速且客观地识别视网膜或脉络膜中的低灌注而早期诊断疾病的诊断技术。
如图3所示，根据本公开的用于光学相干断层成像的装置1检测用于视网膜或脉络膜的光学相干断层成像信号，并包括波长扫描激光器100、参考臂200、样本臂300、检测器400、和控制器500。
在本公开中，波长扫描激光器100向对象(即用于观察眼球的视网膜或脉络膜的样本扫描仪310)发射光信号，波长扫描激光器100配置有用于发射和放大光的放大介质，以及能够根据时间转换通带的可变滤波器。
参考臂200具有路径，从波长扫描激光器100发射的部分光信号通过该路径传输通过耦合器，然后由参考镜210反射；样本臂300具有路径，未传输到参考臂200的剩余光信号通过该路径被传输到样本扫描仪310，然后被反射，样本扫描仪310被配置为扫描视网膜或脉络膜。
还可以在参考臂200处设置频移器230，频移器230被配置为将传输通过耦合器的光信号的频率进行转换。
此时，样本扫描仪310可以配置有准直器311、检流镜312和多个透镜313，准直器311被配置为将光传输到自由空间，检流镜312被配置为反射从波长扫描激光器100发射后经由准直器311入射的光信号的一部分，从检流镜312反射的光通过多个透镜313到达视网膜或脉络膜。
因此，在样本扫描仪310中，从波长扫描激光器100发射并穿过准直器311的光被检流镜312反射，并且反射的光经由用作扫描光学部件的多个透镜313到达视网膜或脉络膜，并从其反射。
即，在本公开中，人的眼球被设置在用作物镜313的扫描光学部件中，从而可以观察作为视网膜后部的脉络膜。
如上所述，从视网膜或脉络膜反射的光到达检测器400，检测器400使用用于光信号的干涉仪检测从参考臂200反射的光之间的干涉信号。
控制器500在样本臂300的样本扫描仪310中控制视网膜或脉络膜的扫描区域和扫描间隔根据预定规则改变和扫描，并收集由检测器400测量的干涉信息并执行图像处理。
在这种情况下，控制器500可以是中央处理单元(CPU)或微处理器，控制器500可以通过高速数据采集器(DAQ)600收集由检测器400测量的干涉信息，并可以通过图像处理生成图像。
描述用于图3的光学相干断层成像的装置1的操作。简言之，本发明的用于光学相干断层成像的装置1以迈克尔逊干涉仪(Michelson interferometer)的形式配置，其中波长根据时间变化的波长扫描激光器(WSL)被用作光源，并且从波长扫描激光器100发射的光首先通过耦合器在参考臂200和样本臂300的两条路径中分成20:80。
通过参考臂200往复运动的光通过频移器230具有大于零的频率值，因此改善了成像装置的可测量深度。
从试样(眼球)向后散射和返回的光和从参考镜210反射的光在50:50光耦合器处组合以产生干涉信号，然后通过检测器400和DAQ 600将产生的干涉信号转换成数字信号。通过后处理将干涉信号转换成三维(3D)血管信息和血流信息。
接下来，使用根据本公开的用于光学相干断层成像的装置1来诊断疾病的方法可以包括：a)扫描操作，由用于光学相干断层成像的装置1的样本扫描仪通过改变扫描间隔和扫描区域多次扫描人的视网膜或脉络膜，b)图像处理操作，将扫描操作中获得的多个图像进行合并和处理，c)重复扫描操作，以预定的间隔重复执行扫描操作和图像处理操作，d)读取操作，通过所获得的图像读取视网膜或脉络膜中的微循环变化，和e)诊断操作，通过将读取操作中获得的微循环变化的结果与参考数据进行比较来确定疾病的存在或不存在。
如上所述，扫描操作包括通过改变扫描间隔和扫描区域来重复扫描视网膜或脉络膜。图4示出了以不同间隔重复扫描样本(眼球)的相同截面位置以便测量血流速度的方法的示例。
如图4(a)所示，为了使用用于光学相干断层成像的装置1计算血流速度，扫描操作包括通过关于试样的相同空间位置以预定的时间间隔至少两次测量干涉信号的相位来根据时间测量相位变化值。
当该方向定义为z时，快轴光束扫描方向定义为x，慢轴光束扫描方向定义为y。图4(a)示出了在x方向上扫描的示例。图4(b)示出了在y方向上扫描的示例。
当波长扫描激光器(WSL)100扫描一次时，获得深度方向上的单个A线，当以固定间隔顺序地执行快轴光束扫描(x扫描)时，可以获得单个图像。
此时，当连续扫描相同位置时，时间间隔等于扫描的A线的数量。
从图4(a)可以看出，当对单个A线成像所需的时间是A时，A线的数量是320，当执行重复扫描时，x次扫描之间的时间间隔是320A。利用该原理，当用320、384、512、768和1024执行两次扫描时，可以获得其中相同x扫描之间的时间间隔是320A、384A、512A、768A和1024A的信息。在完成一组x扫描之后，立即向上移动y扫描的位置，然后重复上述扫描。
图5示出了通过上述方法获得的视网膜和脉络膜的图像。当扫描间隔缩短并且扫描间隔朝向右侧逐渐增加时，获得图5的最左边的图像。
眼睛是连接到大脑的最重要的器官之一，身体将眼睛的视网膜识别为与大脑中的血管相同重要的器官，而身体将脉络膜层识别为不如视网膜重要的器官。
因此，当发生败血症时，如图5所示，可以看出，在初始阶段几乎不发生视网膜的血流变化，更快地发生脉络膜的血流变化。
此时，当扫描间隔设置得太快时，由于脉络膜中的血流速度变慢，没有测量到脉络膜的微循环流量，因此需要将扫描间隔设定为预定间隔或更长。
图6示出了考虑到生命体征的特征以1小时间隔扫描持续9小时的脉络膜图像，其中生命体征为微循环障碍通常在败血症发生的时间点起约1小时后发生，4小时后乳酸盐增加，六小时后血压下降。
如图6所示，在本公开中，可以通过光学相干断层成像的装置1扫描的图像在视觉上确认在大约一小时后在脉络膜中发生微循环流速的降低。
即，从败血症发生的时间点起约1小时后，在脉络膜中突然发生血流速度急剧降低的现象，之后，观察到血流速度稳定下降的倾向，但是与脉络膜相比，从败血症发生的时间点开始，视网膜层中不会发生显著的变化。
因此，在本公开中，使用用于光学相干断层成像的装置1扫描在败血症发生后快速变化的脉络膜，并且该结果用于败血症的诊断。
然后，读取操作包括对通过重复扫描操作获得的图像文件针对每个像素进行数字化，并且通过与参考值的差异来确定微循环流量的变化的存在或不存在以及其变化程度。
图7至图9示出了通过将扫描图像转换为每个像素的bmp图像的色标然后执行预定计算而随时间变化的曲线图，通过曲线图可以确认的是在一个小时后图像中出现大的数值变化。
图7示出了通过使用具有0至255范围内的色标的bmp图像的特性将关于相同区域具有相同尺寸的图像转换为每个像素的色标值、然后计算并显示通过将每个像素的色标值之和除以总像素数的值而获得的曲线图。此时，x轴表示时间，y轴表示如上所述的计算值。
接下来，图8和9示出了具有x到y范围内的色标值的像素的总比率(0至1)。在图8中，指标2a表示1至(255*0.2)，指标2b表示1至(255*0.4)，指标2c表示1至(255*0.6)，指标2d表示1至(255*0.8)并且每个曲线下面的区域表示每个间隔扫描的血管量。
在图9中，指标3a表示1至(255*0.2)，指标3b表示(255*0.2)至(255*0.4)，指标3c表示(255*0.4)至(255*0.6)，指标3d表示(255*0.6)至(255*0.8)，指标3e表示(255*0.8)至(255*1.0)，并且有差别地显示对应于0至20％、20至40％、40至60％、60至80％和80至100％的部分。
因此，在诊断操作中，可以通过将关于数字化图像的读取结果与参考数据(即，正常人的数据)进行比较来确定疾病的存在或不存在。
换句话说，本公开的疾病诊断方法可以仅通过目视观察在图像处理操作中获得的图像来确定疾病的存在或不存在，而本公开的疾病诊断方法可以将数字化图像与参考数据进行比较，从而通过比较获得的差值客观地确定疾病的存在或不存在以及疾病的进展。
总之，根据本公开的疾病诊断方法，当用于血管造影光学相干断层成像(OCT)的装置扫描时，以不同的间隔重复扫描血管的相同截面位置，并且关于相同的截面位置以固定间隔两次或更多次测量干涉信号的相位。然后，在本公开中，将通过重复扫描操作获得的图像文件针对每个像素进行数字化，并且通过与参考值的差异来确定微循环流量的变化的存在或不存在以及其变化程度。
因此，本公开的用于血管造影OCT的装置1和使用该装置的诊断方法可以通过快速且客观地测量组织的低灌注而诊断早期阶段的休克状态或疾病(例如败血症)。
此外，根据本公开，可以连续观察微循环障碍并可以诊断疾病，从而通过观察微循环流量是否改善的方法用作治疗指导。
本公开不限于上述实施方案并且可应用于各种应用范围，显而易见的是，本公开所属领域的技术人员可以设计出各种修改而不脱离由所附权利要求限定的本公开的主旨。

Claims (16)

1.一种用于光学相干断层成像的装置(1)，其检测关于对象的光学相干断层成像信号，所述装置包括：
波长扫描激光器(100)，所述波长扫描激光器(100)被配置为发射光信号；
参考臂(200)，所述参考臂(200)具有路径，部分所述光信号通过该路径传输通过耦合器(110)并由参考镜(210)反射；
样本臂(300)，所述样本臂(300)具有路径，部分所述光信号通过该路径传输通过所述耦合器(110)，穿过被配置为扫描所述对象的样本扫描仪(310)，并从其再次被反射；
检测器(400)，所述检测器(400)被配置为使用针对所述光信号的干涉仪检测从所述参考臂(200)反射的光与从所述样本臂(300)反射的光之间的干涉信号；和
控制器(500)，控制器(500)被配置为在所述样本臂(300)的所述样本扫描仪(310)中控制所述对象的扫描区域和扫描间隔根据预定规则改变和扫描，并收集由所述检测器(400)测量的干涉信息以执行图像处理。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述对象是视网膜或脉络膜。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述样本扫描仪(310)包括：
准直器(311)，所述准直器(311)被配置为将光传输到自由空间；
检流镜(312)，从所述波长扫描激光器(100)发射的部分所述光信号经由所述准直器(311)入射到所述检流镜(312)并被所述检流镜(312)反射；和
扫描光学部件，所述扫描光学部件配置有多个透镜(313)，用于允许从所述检流镜(312)反射的光从其穿过并到达所述对象。
4.根据权利要求1所述的装置，所述装置还包括：
在所述检测器(400)和所述控制器(500)之间设置的高速数据采集器(DAQ)(600)。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述参考臂(200)还包括频移器(230)，所述频移器(230)被配置为将通过所述耦合器传输的所述光信号的频率进行转换。
6.一种使用根据权利要求1至5中任一项所述的用于光学相干断层成像的装置(1)来诊断疾病的方法，所述方法包括：
a)扫描操作，由用于光学相干断层成像的所述装置(1)的样本扫描仪通过改变扫描间隔和扫描区域多次扫描对象；
b)图像处理操作，将所述扫描操作中获得的多个图像进行合并和处理；
c)重复扫描操作，以预定的间隔重复执行所述扫描操作和所述图像处理操作；
d)读取操作，通过所述获得的图像读取视网膜或脉络膜中的微循环变化；和
e)诊断操作，通过将所述读取操作中获得的所述微循环变化的结果与参考数据进行比较来确定疾病的存在或不存在。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述对象是视网膜或脉络膜。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述对象是所述脉络膜。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述扫描操作包括以各种间隔重复扫描所述视网膜或所述脉络膜的相同截面位置。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述扫描操作包括关于所述视网膜或所述脉络膜的相同截面位置以固定间隔两次或更多次测量干涉信号的相位。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述扫描操作包括通过改变扫描区域的深度来扫描所述视网膜和所述脉络膜。
12.根据权利要求6所述的方法，其中所述读取操作包括对通过所述重复扫描操作获得的图像针对每个像素进行数字化，并通过与参考值的差异来确定微循环流量的变化的存在或不存在和其变化程度。
13.根据权利要求7所述的方法，其中败血症的诊断或治疗进展通过所述视网膜或所述脉络膜中的微循环流量变化来确定。
14.根据权利要求13的方法，其中所述败血症通过所述脉络膜中的所述微循环流量变化来诊断。
15.根据权利要求14所述的方法，所述方法还包括：
在最初执行所述扫描操作之后，在一小时内一次或多次执行所述扫描操作以测量所述脉络膜中的所述微循环流量变化并诊断所述败血症。
16.根据权利要求6所述的方法，所述方法还包括：
在一小时内两次或更多次执行所述扫描操作、所述图像处理操作、所述重复扫描操作和所述读取操作。
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