CN109008942A - 一种基于裂隙灯平台的全眼光学相干断层成像装置及成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于裂隙灯平台的全眼光学相干断层成像装置，包括设置在裂隙灯平台上的OCT成像系统和用于信号处理的计算机，所述OCT成像系统包括光源、用以扫描眼球的样品臂和与样品臂产生干涉光的参考臂，所述样品臂和参考臂接收光源发出的光，所述参考臂包括镜筒和设置在镜筒中的透镜组，所述透镜组包括一维振镜系统和可切换的至少四组平面反射镜，所述至少四组平面反射镜与一维振镜系统的距离不同。该装置通过切换不同的反射镜组来调整聚焦深度，配合搭载在计算机上的图像处理软件对多幅图像拼接增强，进而能够在该装置上能够实现一次扫描同时对眼前段和眼后段的三维成像。
Description
技术领域
本发明属于光学成像领域，具体涉及一种基于裂隙灯平台的眼科光学相干断层成像装置及成像方法。
背景技术
世界卫生组织(WHO)统计资料显示,近年来眼科疾病已成为继肿瘤、心血管疾病之后危害人类健康及生存质量的第三位疾病。我国是世界上盲和视觉损伤患者数量最多的国家，视觉损伤严重影响人民群众的眼健康和生活质量，是涉及民生的重大公共卫生问题和社会问题。
眼球由结构精密的光学组织和微血管系统构成。随着近年来眼科成像技术的迅速发展，光学断层相干扫描(Optical Coherence Tomography,OCT)这种非接触式、非侵入性的新型眼科诊断技术的问世与发展，为眼科疾病的诊断和治疗提供了重要的信息，其形态学测量功能已被应用于泪膜、上皮、前房、晶状体及视网膜功能的精密分析中，改变了眼科现有的诊疗模式，被称为是眼科学诊断技术的里程碑式成果。
扩大OCT扫描深度一直是OCT领域研究的关键技术问题。具有超高分辨率全眼成像的OCT可以更好地对组织的微结构成像，提供更广范围内的诊断信息，极大推动对眼底疾病病理的理解和早期诊断。然而，目前眼科检查商业化使用的OCT设备功能较单一，有的只能针对眼前段的角膜等眼球组织，有的只能针对眼后段视网膜等组织结构成像。虽然存在一些整合了眼前段、后段成像的技术方案，但是存在着结构复杂、操作不便等缺点，缺乏一种具有一定检查舒适度、简单快捷、结构节凑、操作方便的成像方案。
专利文献CN201180001796.7公开了一种实现眼前后段成像装置。通过采用反射镜切换两套光路的方式，将OCT系统扫描臂发出的光分别转换入眼前段成像探头和眼后段成像探头，这种方式虽然可以针对不同视力的人，既能进行屈光补偿始终保持注视点清晰。但是由于成像时等光程面只能位于角膜或视网膜层面，因此仅能够对角膜、视网膜结构聚焦成像，且OCT扫描振镜系统后增加的成像探头装置使系统结构复杂，光源发出的激光经探头装置中多面反射镜，会造成系统光功率衰减，影响OCT系统的成像质量。
专利文献CN201410243150.5公开了一种可对全眼角膜、晶状体前表面、晶状体后表面和视网膜结构进行成像的OCT装置。通过采用扫描臂后增加眼前节成像模块和眼后节成像模块，该方案可以分别对眼球不同深度部位扫描成像。但是由于该方案参考臂长度不能调节，因此增加了设计结构复杂的光程调节机构，造成光路长度增加和光路中反射镜数量较多，会造成系统的光功率衰减，影响成像质量。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于裂隙灯平台的超长成像范围眼科光学相干断层成像装置，在该装置上能够自动完成对病人眼前段和眼后段角膜、房角、晶体、视网膜的高分辨率超大范围成像。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种基于裂隙灯平台的全眼光学相干断层成像装置，包括设置在裂隙灯平台上的OCT成像系统和用于信号处理的计算机，所述OCT成像系统包括光源、用以扫描眼球的样品臂和与样品臂产生干涉光的参考臂，所述样品臂和参考臂接收光源发出的光，所述参考臂包括镜筒和设置在镜筒中的透镜组，其特征在于，所述透镜组包括一维振镜系统和可切换的至少四组平面反射镜，所述至少四组平面反射镜与一维振镜系统的距离不同。
优选地，所述参考臂还包括设置每个平面反射镜之前的用于调节聚焦的第一透镜。
优选地，所述样品臂包括用以扫描眼球的二维振镜系统和设置在二维振镜系统与眼球之间且与光束呈45度角度安装的热反射透镜。
优选地，所述样品臂还包括设置在热反射透镜和眼球之间且可拆卸的眼底镜。
优选地，所述样品臂还包括辅助成像的固视系统，所述固视系统包括用以显示靶标的靶标显示屏和用以获取眼球相对于裂隙灯平台的实时位置的辅助定位相机，所述靶标显示屏和辅助定位相机均与计算机相连。
优选地，还包括对样品臂与参考臂产生的干涉光进行傅里叶变换处理的光谱仪。
本发明还提供了一种全眼光学相干断层成像方法，包括以下步骤：
1)打开光源，光源产生的光束分别进入到样品臂和参考臂；
2)进入到参考臂的光束被平面反射镜反射，进入到样品臂的光束被眼球反射；
3)参考臂的反射光和样品臂的一部分反射光发生干涉形成干涉光；
4)干涉光进入光谱仪进行傅里叶变换；
5)经过变换后的光束通过CMOS相机成像并送入到计算机进行处理。
优选地，在步骤2中，控制一维振镜系统使其按照预定的路径移动以获取不同深度的眼球组织信息。
优选地，在步骤2中，控制二维振镜系统使其按照预定的路径移动以获取同一深度不同位置的眼球组织信息。
优选地，在步骤5中，计算机接收来自光谱仪的一系列具有眼球组织不同深度的图像，以这些不同深度的图像的重叠区为基准点进行叠加、拼接以获得眼球的断层图像。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)本发明成像系统通过计算机控制，自动切换透镜组调整光路，使成像系统对眼前段、中段、后段不同位置进行聚焦，实现对全眼的超长范围成像；
2)本发明设计的成像方法，通过重叠区域作为基准点，采用软件叠加、拼接一次扫描获取到的多幅图片，可以增强图像质量，并扩大一次扫描成像范围；
3)通过采用计算机控制的一维振镜作为光路自动切换部件，进而能够自动实现对不同深度的眼球组织进行扫描。
附图说明
图1是本发明一种基于裂隙灯平台的全眼光学相干断层成像装置的成像原理图
图2是本发明一种基于裂隙灯平台的全眼光学相干断层成像装置的光路切换装置系统图
图3是本发明一种基于裂隙灯平台的全眼光学相干断层成像装置光路切换成像扫描范围示意图
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
如图1所示，一种基于裂隙灯平台的全眼光学相干断层成像装置，所述成像装置包括能够发射特定波长激光的光源1、光纤耦合装置2、参考臂、样品臂、光谱仪和进行图像分析的计算机。所述光源1通过光纤与光纤耦合装置2连接，所述参考臂和样品臂分别通过光纤与光纤耦合装置2连接，所述光谱仪的入光口通过光纤与光纤耦合装置2连接，所述光谱仪的信号输出端通过高速线阵CMOS相机7与计算机连接。其中，光谱仪、高速线阵CMOS相机4均采用现有技术。
所述参考臂包括镜筒和与镜筒螺纹连接的透镜组，在镜筒的入光口设置有用以保持光束准直的准直镜L1和用以调节入射光圈和入射光通量的可调狭缝3，所述透镜组能够对来自可调狭缝3的光进行聚焦并反射，具体地，所述透镜组包括用以将光束聚焦的透镜L2以及用以将光束反射的平面反射镜M，所述透镜L2为凸透镜，具体地，透镜L2和平面反射镜M的规格都采用现有技术，此处不再详述。
如图1和图2所示，所述透镜组还包括设置在透镜L2与平面反射镜M之间的一维振镜系统G1，所述平面反射镜M具有多个，优选为四个，分别为M1、M2、M3和M4，不同的平面反射镜M距离一维振镜系统G1的距离不同，具体地，平面反射镜M1|、M2、M3、M4距离一维振镜系统G1的距离逐渐增加，通过旋转一维振镜系统G1能够将光束投射到不同的平面反射镜M上。
所述透镜组还包括设置在每个平面反射镜与一维振镜系统G1之间的用于对光束进一步聚焦的透镜L11、L12、L13以及L14。所述透镜L11、L12、L13、L14的规格采用现有技术，此处不再详述。
所述一维振镜系统G1可以由计算机进行控制，计算机信号传输至振镜控制器4，控制二维振镜G1按照特定的方向、角度大小旋转，将光路切换至特定位置进而能够将光路中的光束投射到需要的平面反射镜M上。平面反射镜M1、M2、M3、M4相对振镜G1的距离较近时，系统聚焦深度较浅，距离较远时聚焦深度较深。
所述样品臂包括二维振镜系统G2和设置在二维振镜系统G2与被测样品人眼13之间的呈45度安装角度的热反射透镜12，所述热反射透镜12既能够将光线的一部分反射，又能将光线的另一部分投射。所述二维振镜系统G2和热反射透镜12均采用现有技术，此处不再详述。
所述二维振镜系统G2同样由计算机8进行控制，二维振镜系统G2的振镜控制器5与计算机8，所述二维振镜系统G2在接收到计算机发出并传输至振镜控制器5的信号后，按照特定方向、角度旋转，通过旋转，光线能够对眼球的同一深度所在平面内的不同位置进行扫描。
所述样品臂还包括多个透镜L4、L6以及眼底镜L5，通过透镜L4、L5、L6能够实现对光路的调节，所述透镜L4、L5、L6均为凸透镜，通过沿着光束方向进行位置调整，能够对光束的聚焦情况进行微调。所述眼底镜L5设置在热反射镜12与眼球13之间，具体地，眼底镜L5通过磁性连接到裂隙灯平台的合适位置。所述透镜L4设置在二维振镜系统G2与热反射透镜12之间。所述透镜L6设置相对热反射透镜12位于与透镜L5相反的一侧。所述透镜L4、L5、L6的规格采用现有技术，此处不再详述。
在所述样品臂的入光口还设置有用以保证激光准直的激光准直器L3，所述激光准直器L3采用现有技术，此处不再详述。
所述光谱仪包括准直镜L8、光栅6和透镜L7，光谱仪以及准直镜L8、光栅6和透镜L7均采用现有技术，此处不再详述。参考臂返回的光与样品臂返回的带有样品组织信息(眼球的信息)的光相互干涉之后进入到光谱仪，干涉之后的带有样品组织信息的干涉光在光谱仪中进行频域傅里叶变换之后经过高速线阵CMOS相机7进入到计算机8中进行处理成像。
所述样品臂还包括辅助成像的固视系统，所述固视系统用以对患者的眼球进行扫描成像时，使被检测者视线固定，消除眼球动作对成像过程的影响。
所述固视系统包括用以显示靶标的靶标显示屏9和辅助定位相机11，所述靶标显示屏9和辅助定位相机11均与计算机信号连接，所述靶标显示屏9的显示受计算机的控制，即计算机能够控制靶标在靶标显示屏9的显示位置，在扫描眼球时，通过计算机控制靶标在靶标显示屏9上的位置，通过调整靶标位置，使被检测者眼球通过注视靶标而实现固定，进而对眼球的特定位置扫描成像。调整靶标位置时，眼球的位置会通过热反射透镜12、透镜L6进入到辅助定位相机11，辅助定位相机11获得的眼球位置会在计算机中显示，可以通过调整靶标显示屏9中靶标显示的位置，这样被检测者的眼球会跟随靶标移动，进而能够实现对眼球特定位置的检测。为了能够使辅助定位相机11获取眼球位置的同时又能够使眼球能够观察到靶标显示屏9中的靶标，在靶标显示屏9与透镜L6之前设置有光线分束器10，通过光线分束器10，眼球能够观察到靶标显示屏9中的靶标，辅助定位相机11也能够获取眼球相对于裂隙灯平台的位置。
系统运行时，光源1的激光经过光纤耦合装置2分为两束，分别进入到参考臂和样品臂，进入到参考臂的激光经过平面反射镜M返回到光纤耦合装置2内，激光进入到样品臂之后，二维振镜系统G2对眼球进行扫描并将扫描的结果返回到光纤耦合装置2中，经过参考臂和样品臂返回的光在光纤耦合装置2中进行干涉，通过干涉可以增强单一反射，减弱散射光线的放射，增强不同深度的样品组织信息，也就是说，当通过调整参考臂中的一维振镜系统G1使不同的平面反射镜M对光束进行反射时，由于不同的平面反射镜M的光束深度不同，这样当参考臂反射的光束与样品臂反射的光束发生干涉时，样品臂中的光束与参考臂中当前所使用的平面反射镜对应深度的样品组织信息得到增强，其它深度得到样品组织信息被减弱，即每一个平面反射镜均对应眼球的一个特定深度，进而通过程序自动调整参考臂中当前所使用的平面反射镜M就能够对不同深度的样品组织进行检测。干涉光然后进入到光谱仪进行频域傅里叶变换之后通过高速线阵CMOS相机7传输至计算机8，通过计算机8的处理最终获得包含眼球结构信息的三维图像。
由于在该实施例中，具有四个平面反射镜，因此，会得到四种不同深度的图像。对这四种不同深度的图像会有部分区域重叠，在计算机中以重叠区域作为基准点对不同深度的图像进行叠加、拼接进而得到眼球的断层图像。对于上述部分区域重叠，在对不同深度的眼球组织进行扫描时，会人为地扫描出重叠区域以便于以这些重叠的区域为基准点进行叠加。
如图2和3所示，当装置对眼球成像时，每单次扫描，一维振镜系统G1按照计算机8的程序设定，按照特定方向和角度旋转，将光路依次切换至反射镜M1、M2、M3、M4。如图2，相应的，光源发出的激光信号扫描区域覆盖至P1、P2、P3、P4，计算机控制振镜系统G1、G2循环扫描，就可得到眼球相应位置的一系列断层图像。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (10)
1.一种基于裂隙灯平台的全眼光学相干断层成像装置，包括设置在裂隙灯平台上的OCT成像系统和用于信号处理的计算机，所述OCT成像系统包括光源、用以扫描眼球的样品臂和与样品臂产生干涉光的参考臂，所述样品臂和参考臂接收光源发出的光，所述参考臂包括镜筒和设置在镜筒中的透镜组，其特征在于，所述透镜组包括一维振镜系统和可切换的至少四组平面反射镜，所述至少四组平面反射镜与一维振镜系统的距离不同。
2.根据权利要求1所述的一种基于裂隙灯平台的全眼光学相干断层成像装置，其特征在于，所述参考臂还包括设置每个平面反射镜之前的用于调节聚焦的第一透镜。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于裂隙灯平台的全眼光学相干断层成像装置，其特征在于，所述样品臂包括用以扫描眼球的二维振镜系统和设置在二维振镜系统与眼球之间且与光束呈45度角度安装的热反射透镜。
4.根据权利要求3所述的一种基于裂隙灯平台的全眼光学相干断层成像装置，其特征在于，所述样品臂还包括设置在热反射透镜和眼球之间且可拆卸的眼底镜。
5.根据权利要求3所述的一种基于裂隙灯平台的全眼光学相干断层成像装置，其特征在于，所述样品臂还包括辅助成像的固视系统，所述固视系统包括用以显示靶标的靶标显示屏和用以获取眼球相对于裂隙灯平台的实时位置的辅助定位相机，所述靶标显示屏和辅助定位相机均与计算机相连。
6.根据权利要求3所述的一种基于裂隙灯平台的全眼光学相干断层成像装置，其特征在于，还包括对样品臂与参考臂产生的干涉光进行傅里叶变换处理的光谱仪。
7.一种基于权利要求3-6任一项所述的成像装置的成像方法，包括以下步骤：
1)打开光源，光源产生的光束分别进入到样品臂和参考臂；
2)进入到参考臂的光束被平面反射镜反射，进入到样品臂的光束被眼球反射；
3)参考臂的反射光和样品臂的一部分反射光发生干涉形成干涉光；
4)干涉光进入光谱仪进行傅里叶变换；
5)经过变换后的光束通过CMOS相机成像并送入到计算机进行处理。
8.根据权利要求7所述的成像方法，其特征在于，在步骤2中，控制一维振镜系统使其按照预定的路径移动以获取不同深度的眼球组织信息。
9.根据权利要求7所述的成像方法，其特征在于，在步骤2中，控制二维振镜系统使其按照预定的路径移动以获取同一深度不同位置的眼球组织信息。
10.根据权利要求7所述的成像方法，其特征在于，在步骤5中，计算机接收来自光谱仪的一系列具有眼球组织不同深度的图像，以这些不同深度的图像的重叠区为基准点进行叠加、拼接以获得眼球的断层图像。
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