CN109691978A - 面向眼部血流快速成像的相干光扫描检眼镜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向眼部血流快速成像的相干光扫描检眼镜，检眼镜包括准直光源，分光模块，干涉系统，扫描装置，探测器和采集处理器。本发明的面向眼部血流快速成像的相干光扫描检眼镜通过改进，在传统的SLO检眼镜的基础上，加进了干涉系统，结合快速共振型振镜和慢速振镜相结合的扫描方式，可以无需纵向扫描，实现血流成像，而且可观测到大视场范围内的视网膜层面的病理变化，有助于全面检测和评价视网膜。进一步地，具有小型化、易于操作、实时图像采集等巨大优势，便于产业化，易于推广。
Description
技术领域
本发明涉及眼底影像学检查设备技术领域，具体涉及一种面向眼部血流快速成像的相干光扫描检眼镜。
背景技术
眼底影像学检查技术是检查眼科疾病的重要方法。目前技术比较成熟、应用相对广泛的眼底影像学检查设备有激光扫描检眼镜(Scanning Laser Ophthalmoscope，简称SLO)与光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography，简称OCT)系统。
OCT系统具有在活体无创无损、高分辨率、量化评估等优点，其工作原理是利用低相干干涉原理结合共聚焦扫描，对生物组织或其他散射介质内部的微观结构进行高分辨率的层析扫描，通过计算机重建被测样品的图像。时域OCT(TD-OCT)核心的部件是迈克尔逊干涉仪，频域OCT(SD-OCT)核心的部件是迈克尔逊干涉仪与光谱仪。OCT-血管造影(OCT-Angiography，简称OCTA)技术是近些年来OCT发展的一大趋势，其最大的优势是不使用对有害人体健康的造影剂就可对视网膜进行分层扫描获得三维的高分辨率数据图像，同时观察到血管的形态和血流变化情况。
现阶段对于SLO扫描技术而言，还是停留在二维结构成像阶段。而对于OCT而言，尽管OCT设备的更新换代日新月异，扫描和采集技术也一直在完善，但其结构和性能的优化需要较长时间，造价也比较高。
发明内容
为解决现有检眼镜的不足，本发明提供了一种面向眼部血流快速成像的相干光扫描检眼镜。
本发明解决其技术问题的解决方案是：一种面向眼部血流快速成像的相干光扫描检眼镜，所述检眼镜包括准直光源，分光模块，干涉系统，扫描装置，探测器，和采集处理器；
其中：所述准直光源，用于提供准直光束；
分光模块，将准直光束一分为二，形成第一直线光束和第二直线光束，并提供给干涉系统；同时接收由干涉系统反射回来的光束，将其提供给探测器；
干涉系统，用于收集第一直线光束经固定反射镜后，向后散射的部分光束作为参考光，及第二直线光束经过扫描装置后向后散射的部分光束作为样品光；参考光和样品光由于光程差产生干涉；
扫描装置，包括快速扫描振镜和慢速扫描振镜，所述第二直线光束依次经过快速扫描振镜和慢速扫描振镜到达待测样品进行扫描；
采集处理器，用于采集所述探测器探测到的信号，并对其进行处理，实现被测样品三维图像的重建。
进一步地，上述快速扫描振镜的标定扫描频率为16kHz，最大扫描角度为5°。
进一步地，上述慢速扫描振镜的最大扫描角度为40°。
进一步地，上述准直光源为激光光源其中心波长为750-850nm、半高宽为±5nm，即半峰全宽(Full width at half maximum，缩写为FWHM)为±5nm。
进一步地，上述分光模块为光纤耦合器，所述准直光源和分光模块之间还设有环形器。
进一步地，上述探测器为平衡探测器。
进一步地，上述干涉系统还包括偏振控制器，分别位于所述第一直线光束和所述固定反射镜之间，及第二直线光束和所述扫描系统之间。
进一步地，上述扫描装置还包括准直镜，所述第二直线光束在进入快速扫描振镜之前先通过准直镜。
进一步地，上述检眼镜还包括可见光辅助调试设备，与所述分光模块的输入端连接。
进一步地，上述检眼镜的成像范围在6×6mm-12×12mm。
本发明的有益效果是：本发明的面向眼部血流快速成像的相干光扫描检眼镜通过改进，在传统的SLO检眼镜的基础上，加进了干涉系统，结合快速共振型振镜和慢速振镜相结合的扫描方式，实现大视场范围内的视网膜层析面的血流成像，而且可观测到从宏观到微观视网膜层面的病理变化，有助于全面检测和评价视网膜。进一步地，具有小型化、易于操作、实时图像采集等巨大优势，便于产业化，易于推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员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他设计方案和附图。
图1是本发明的实施例的面向眼部血流快速成像的相干光扫描检眼镜结构示意图；
图2是本发明一具体实施例的面向眼部血流快速成像的相干光扫描检眼镜结构示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
参考图1，一种面向眼部血流快速成像的相干光扫描检眼镜，检眼镜包括准直光源1，分光模块2，干涉系统，扫描装置，探测器10和采集处理器11。
准直光源1，主要是用于提供准直光束，优选地为激光光源。优选地，激光光源的中心波长为750-850nm的近红外波、半高宽为±5nm，使用近红外光波可以减少组织散射以达到更大的成像深度；带宽范围窄，可确保图像在轴向方向不受眼球微扫视等眼球自身不可避免的运动的影响，从而无需额外添加眼球运动跟踪系统，降低硬件集成的负担，更便携式。
分光模块3，将准直光束一分为二，形成第一直线光束和第二直线光束，并提供给干涉系统；同时接收由干涉系统反射回来的光束，将其提供给探测器。对于激光准直光源，通常采用光纤传播，因此分光模块通常为光纤耦合器，同时还在光源和光纤耦合器之间设置环形器2，保证光束单向传播，准直光束依次进入环形器2和光纤耦合器后进入干涉系统。
扫描装置，主要对扫描对象进行扫描，本发明实施例的扫描系统快速扫描振镜7和慢速扫描振镜8相结合的双振镜系统，第二直线光束依次经过快速扫描振镜7和慢速扫描振镜8到达待测样品进行扫描；振镜扫描的驱动信号是通过振镜系统的扫描驱动器来产生的。
本发明实施例的检眼镜，通过快速和慢速扫描振镜结合，可以改变输出光和反射光方向，实现光路偏转，从而可以实现探头便携化和小型化，而且控制精度高，扫描速度快。优选地，快速扫描振镜的标定扫描频率为16kHz，最大扫描角度为5°，从而既可以保证快速，又可以保证成像质量；优选地，慢速扫描振镜的最大扫描角度为40°，从而保证成像视野。
进一步地，为了更好的获得扫描信号，扫描装置还可以包括准直镜6，第二直线光束在经过准直镜后，进入快速扫描振镜。
干涉系统，用于收集第一直线光束经固定反射镜5-1后，向后散射的部分光束作为参考光，及第二直线光束经过样品扫描装置后向后散射的部分光束作为样品光；然后将所述样品光和参考光提供给分光模块3，让两束光信号叠加，通过差分法获得被测样品检测样品的血流图像信息。
探测器10可以为光电探测器，优选为平衡探测器，这样能使系统整体小型化，性价比高。系统的成像深度跟数据采集所使用的器件和探测器的性能指标有关。平衡探测器具有超高的共模抑制比和非常低的偏振损耗，适用于模拟和数字高速光通信。而光谱仪等，其他探测器成像质量会受到后向散射光强度、CCD摄像机读出速度与信噪比SNR的影响，因此优选为平衡探测器。
采集处理器11，用于探测器探测到的干涉信号，并对其进行处理，实现被测样品三维图像的重建。
同时，为了方便调试，本发明的检眼镜还包括有可见光辅助调试设备12，以增进可视度，便于调试设备。
下面结合图，2给出了本发明一具体实施例的检眼镜结构图。具体的，该检眼镜的准直光源为激光光源1，激光光源1的中心波长为840nm、带宽范围为±5nm，平均功率为20mW，轴向分辨率＜12μm。激光光源发出的光束经环形器2进入一2×2的光纤耦合器3，然后被一分为二，分别是第一直线光束和第二直线光束，第一直线光束和第二直线光束接着进入干涉系统后，干涉系统包括有参考臂5和样品臂9，第一直线光束进入参考臂5，第二直线光束进入样品臂9，具体地，其中第一直线光束经过偏振器4后经聚焦到达固定反射镜5-1，然后向后散射回来形成参考光；第二直线光束进过偏振器4后，进入扫描装置，分别经过光纤准直镜6后，会照射到快速扫描振镜7上，通过快速扫描振镜7的振动反射到慢速扫描振镜8上，通过慢速扫描振镜8的振动后进入样品臂9经过样品臂9内物镜9-1和接目镜9-2聚焦至待测样本，实现眼底信息的二维扫描，其中，快速扫描振镜7采用EOPC(Electro-Opticalproducts corporation)，SC30-3X4-5-16KH，镜面尺寸3mm×4mm，扫描角度5度，共振振镜，镀金镜面。慢速扫描振镜8采用Cambridge Technology 6210H，671-1-FS40，电流计XY组合，孔径尺寸7mm，波长范围宽带镀膜：350nm-12μm，最大扫描角度为40度。
第一直线光束经固定反射镜5-1后向后散射的光，及第二直线光束经扫描装置后向后散射的光，在光纤耦合器3中重新汇合，经过环形器2之后，通过平衡探测器9实现光电信号转换，将干涉光谱信号存储到采集卡10，最后经过计算机11处理得到眼底图像。
此外本实施例的检眼镜还包括有可见光激光器12，以增进可视度，便于调试设备。
本发明实施例的面向眼部血流快速成像的相干光扫描检眼镜，与传统SLO(二维)相比，加进了干涉系统后，结合超快共振型振镜和慢速振镜相结合的扫描方式，可以快速实现大范围的血流成像。一次成像就能获取整个层析面方向上的二维图像(en-face图像)，通过调节参考臂的位置，可以实现对各个待测面进行成像。这种成像的优点是可观测到大视场范围内的视网膜层面的病理变化，有助于全面检测和评价视网膜。成像范围可以扩大到在6×6mm-12×12mm之间，有助于对疾病的诊断。比如传统时域、频域OCT-血管造影的扫描区域是通过纵向扫描(A line)、横截面扫描(Bscan)再经过C方向的扫描来实现视网膜的黄斑区等区域的三维扫描，无法快速获得整个视网膜血流分布图；而本发明的系统在对视网膜进行快速二维扫描后，经过差分算法区分出静态组织和动态血流信息，从中最终获取血流等功能性信息。优势就是在于可以快速、大视场范围扫描，以实现对视网膜表层、深层、脉络膜血流信息的大范围提取，获取眼底血流的宏观信息。
综上，较之OCT系统与二维的SLO系统，本发明的面向眼部血流快速成像的相干光扫描检眼镜在设计与开发在成像环节都进行了优化，具体的优势如下：
1.与时域OCT相比，成像范围大，在6×6mm-12×12mm之间，加强了医生获取眼底大范围区域内的疾病早期信号的能力。
2.与频域OCT相比，光谱仪用平衡探测器代替，能使系统整体小型化，高效率、性价比高。
3.与传统SLO(二维)相比，加进了干涉仪后，结合超快共振型振镜和慢速振镜相结合的扫描方式，可以实现血流成像。一次成像就能获取整个层析面方向上的二维图像(en-face图像)，通过调节参考臂和样品臂的光程差，可以实现对各个待测面进行成像。这种成像的优点是可观测到大视场范围内的视网膜层面的病理变化，有助于全面检测和评价视网膜。
因此，本发明主要从提高系统在血流成像分辨率、成像速度和范围等方面着手改进SLO系统的结构与性能，实现OCT成像技术与SLO扫描技术的有效融合。具有小型化、易于操作、快速视网膜血管成像、实时图像采集、性价比高等巨大优势。值得大力产品化、市场化，有望成为眼科血管性疾病的标准诊断工具。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种面向眼部血流快速成像的相干光扫描检眼镜，其特征在于，所述检眼镜包括准直光源，分光模块，干涉系统，扫描装置，探测器，和采集处理器；
其中：所述准直光源，用于提供准直光束；
分光模块，将准直光束一分为二，形成第一直线光束和第二直线光束，并提供给干涉系统；同时接收由干涉系统反射回来的光束，将其提供给探测器；
干涉系统，用于收集第一直线光束经固定反射镜后，向后散射的部分光束作为参考光，及第二直线光束经过扫描装置后向后散射的部分光束作为样品光；
扫描装置，包括快速扫描振镜和慢速扫描振镜，所述第二直线光束依次经过快速扫描振镜和慢速扫描振镜到达待测样品进行扫描；
采集处理器，用于采集所述探测器探测到的信号，并对其进行处理，实现被测样品三维图像的重建。
2.根据权利要求1所述的检眼镜，其特征在于，所述快速扫描振镜的标定扫描频率为16kHz，最大扫描角度为5°。
3.根据权利要求1所述的检眼镜，其特征在于，所述慢速扫描振镜的最大扫描角度为40°。
4.根据权利要求1所述的检眼镜，其特征在于，所述准直光源为激光光源，所述激光光源的中心波长为750-850nm、半高宽为±5nm。
5.根据权利要求1所述的检眼镜，其特征在于，所述分光模块为光纤耦合器，所述准直光源和分光模块之间还设有环形器。
6.根据权利要求1所述的检眼镜，其特征在于，所述探测器为平衡探测器。
7.根据权利要求1所述的检眼镜，其特征在于，所述干涉系统还包括偏振控制器，分别位于所述分光模块和所述固定反射镜之间，及所述分光模块和所述扫描装置之间。
8.根据权利要求1所述的检眼镜，其特征在于，所述扫描装置还包括准直镜，所述第二直线光束在进入快速扫描振镜之前先通过准直镜。
9.根据权利要求1所述的检眼镜，其特征在于，所述检眼镜还包括可见光辅助调试设备，与所述分光模块的输入端连接。
10.根据权利要求1所述的检眼镜，其特征在于，所述检眼镜的成像范围在6×6mm-12×12mm。
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2018
- 2018-12-29 CN CN201811646166.5A patent/CN109691978A/zh active Pending
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