CN109965841B - 一种人工晶体植入术的弹性分析装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明所述一种人工晶体植入术的弹性分析装置及方法，在OCT成像组件的基础上，添加弹性测量组件，在执行ICL过程中实现对受检者在人工晶体到人眼晶状体的距离的精准监测，吹气时利用OCT成像组件检测角膜位移情况，应用应力应变等运动公式可测量角膜的硬度，通过角膜硬度的测量可以在填充物注射的过程中对眼内压进行实时监测，避免在手术过程中因眼压过高发生并发症，从而实现三维实时、高分辨率术中监控，便于手术医生及时把ICL位置调整到最佳状态，保证了充当保护的填充剂注射正确，保证了整个手术完成的效果，使ICL人工晶体植入手术中一次性完成。
Description
技术领域
本发明属于光学成像技术领域，具体涉及一种人工晶体植入术的弹性分析装置及方法。
背景技术
人工晶体植入术(implantable collamer lens,ICL)，一般植入人眼的镜片是采用胶原聚合物材料制成的，柔软又富有弹性。用于解决普通激光近视手术不能解决的超高度近视，如矫正300-2000度近视、近视同时伴有不超过250度散光。适用人群在21-45岁之间。人工晶体的放置位置下图所示，它处在一个很狭小的空间。一般在术前先做一个激光虹膜切开术，ICL通过这个通道注射到前房。ICL进入前房后就会慢慢展开。通过小探针将人工晶体挪到虹膜后边。但是人工晶体距离人眼晶状体太远或者太近，则会产生术后各种并发症。人工晶体与晶状体太近(拱高低于正常范围)可能会引起摩擦导致自身晶状体浑浊引起白内障，而且晶状体会随着年龄增长而慢慢增厚；而且晶体距离太近，不在正常范围内，需要从新取出来，重新进行放置。人工晶体与晶状体距离过远，也会对角膜造成压迫等不良影响。一般来说，拱高正常值是不低于200微米的。此外，晶体放置位置不准，还会引起眼压高、眼睛头痛、偏头痛等一系列症状。
现有技术大多采用眼压计测量眼内压，一般测量结果为多次测量结果的平均值，数据测量存在一定的误差。
发明内容
本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种人工晶体植入术的弹性分析装置及方法，可以对眼组织进行实时角膜弹力测量，指导术前ICL手术方案以及术中ICL操作尺度，达到实时检测，实时调整的目的。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种人工晶体植入术的弹性分析装置，包括OCT成像组件和弹性测量组件；
所述OCT成像组件包括光源、环形器、光纤耦合器、样品臂，参考臂，光
谱仪和采集处理器构成，其中，
环形器，用于接收光源发出的初始光；
光纤耦合器，用于将环形器输入的光分为两部分，
参考臂，用于接收光纤耦合器分出的一部分光；其内设有固定反射镜，进入的光束经固定反射镜后，向后散射的部分光束形成参考光；
样品臂，用于接收光纤耦合器分出的另一部分光；其内设有准直透镜、快速扫描振镜、慢速扫描振镜和第四透镜，进入光束由准直透镜反射，依次经过快速扫描振镜、慢速扫描振镜后，经第四透镜聚焦到待测样品，然后进行扫描，样品臂接收样品反射回来的后向散射光，形成样品光；
参考光和样品光原路返回后在光纤耦合器汇合，并由于光程差产生干涉，干涉光进入环形器导向后进入光谱仪；
光谱仪用于接收环形器提供的干涉光信号，实现光电转换/处理，输出光谱信号；
采集处理器，用于实时收集光谱信号，经处理与分析获得角膜图像；
所述弹性测量组件包括气泵和气体传输管，所述气体传输管设有气体控制阀门和气体喷嘴。
进一步，所述光源为1310nm波长的超辐射发光二极管。
进一步，所述样品臂内还设有偏振器。
进一步，所述光谱仪由准直透镜、光栅、第一透镜和相机构成，光束经准直透镜准直后进入光栅分束，然后经第一透镜聚焦到相机。
进一步，所述气体控制阀门还连接计时器。
进一步，所述气体喷嘴为开口大小可调的气体喷嘴。
一种人工晶体植入术的弹性分析方法，通过OCT成像组件得到角膜图像，弹性测量组件的气体喷嘴每秒给角膜吹气一次，在气体吹气过程中，利用OCT成像组件检测角膜位移情况，
应用应力应变运动公式测量角膜的硬度，通过角膜硬度的测量，实现在填充物注射的过程中对眼内压进行实时监测。
进一步，计算过程如下：首先利用OCT成像组件求取吹气过程中角膜的形变量：
其中d(x,z)代表二维图像上两个方向的物理形变量，代表随时间分布的相邻的二维图像的相位差，n代表角膜折射率，一般为1.38，t为数据采集时间，随形变量而产生的应力应变运动公式为：
其中z0为光照在角膜上的初始位置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明所述一种人工晶体植入术的弹性分析装置及方法，在执行ICL过程中实现对受检者在人工晶体到人眼晶状体的距离的精准监测，利用OCT成像组件检测角膜位移情况，应用应力应变等运动公式可测量角膜的硬度，通过角膜硬度的测量可以在填充物注射的过程中对眼内压进行实时监测，避免在手术过程中因眼压过高发生并发症，从而实现三维实时、高分辨率术中监控，便于手术医生及时把ICL位置调整到最佳状态，保证了充当保护的填充剂注射正确，保证了整个手术完成的效果，使ICL人工晶体植入手术中一次性完成。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：
图1是本发明所述一种人工晶体植入术的弹性分析装置的结构示意图；
图2是本发明所述一种人工晶体植入术的弹性分析方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
参阅图1和图2，本发明所述一种人工晶体植入术的弹性分析装置，其中OCT成像组件包括光源1、环形器2、光纤耦合器3、样品臂，参考臂，光谱仪4和采集处理器17。
其中，光源1为1310nm波长的超辐射发光二极管；光纤耦合器3为2×2光纤耦合器；参考臂内设有第一准直透镜5，第二透镜6，和固定反射镜7；样品臂内设有第一偏振器8、第二准直透镜9、快速扫描振镜10、慢速扫描振镜11、第四透镜12，样品臂的扫描对焦方式可以采用自动、手动操作模式；具有单线扫描、十字线扫描等多种扫描模式。扫描角度可以根据需要调节，采集图像时间在0.5s-2s之间，纵向分辨率15μm，横向分辨率20μm，可以对眼前节结构的生物测量包括在人工晶体植入术(ICL)过程进行动态观察和实时成像，光谱仪由第二准直透镜13、光栅14、第一透镜15和相机16构成。
弹性测量组件包括气泵18和气体传输管19，气体传输管设有气体控制阀门20和气体喷嘴21，气体喷嘴21为开口大小可调的气体喷嘴21，可根据角膜的大小调整吹气角度。
OCT成像组件的工作过程是：
光源1发出1310nm波长的初始光，先进入环形器2，然后导入2×2光纤耦合器3，被平均分为两部分，分别进入样品臂和参考臂；进入参考臂的光束经过第一准直透镜5和第二透镜6聚焦到固定反射镜7，经固定反射镜7后，向后散射的部分光束形成参考光；进入样品臂光，先经过第一偏振器8调整偏振态，然后由准直透镜9反射，依次经过快速扫描振镜10、慢速扫描振镜11后，经第四透镜12聚焦到达待测样品进行扫描，样品臂接收样品反射回来的后向散射光，形成样品光；参考光和样品光原路返回后在光纤耦合器3汇合，并由于光程差产生干涉，干涉光进入环形器2导向后进入光谱仪；进入光谱仪的光束经准直器13准直后进入光栅14分束，然后经第一透镜15聚焦到相机16，实现光电转换/处理，输出光谱信号；然后经过采集处理器17收集处理得到角膜图像。
通过OCT成像组件得到角膜图像，弹性测量组件的气体喷嘴每秒给角膜吹气一次，在气体吹气过程中，吹气时利用OCT成像组件检测角膜位移情况，应用应力应变运动公式测量角膜的硬度，通过角膜硬度的测量，实现在填充物注射的过程中对眼内压进行实时监测。
计算过程如下：首先利用OCT成像组件求取吹气过程中角膜的形变量：
其中d(x,z)代表二维图像上两个方向的物理形变量，代表随时间分
布的相邻的二维图像的相位差，n代表角膜折射率，一般为1.38，t为数据
采集时间，随形变量而产生的应力应变运动公式为：
其中z0为光照在角膜上的初始位置。
弹性分析首先用于通过测量样品内的局部变形和应变来评估组织生物力学。依靠外部刺激方法(吹气)来加载组织，并且基于OCT的检测方法来测量相应的组织响应,利用来自复杂OCT信号的干涉相位信息的相位分辨OCT检测的出现，其对组织位移达到纳米级和亚纳米级灵敏度，能够评估和提取组织变形的不同参数。
仔细量化生物力学性质的变化可以为早期诊断和改善各种疾病的治疗提供方法，并且可以更好地理解细胞，组织和器官的不同生理条件。例如，在眼科学中，角膜生物力学的监测可以帮助优化和定制屈光手术的过程。
最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是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 (6)
1.一种人工晶体植入术的弹性分析装置，其特征在于，包括OCT成像组件和弹性测量组件；
所述OCT成像组件包括光源、环形器、光纤耦合器、样品臂，参考臂，光谱仪和采集处理器构成，其中，
环形器，用于接收光源发出的初始光；
光纤耦合器，用于将环形器输入的光分为两部分，
参考臂，用于接收光纤耦合器分出的一部分光；其内设有固定反射镜，进入的光束经固定反射镜后，向后散射的部分光束形成参考光；
样品臂，用于接收光纤耦合器分出的另一部分光；其内设有准直透镜、快速扫描振镜、慢速扫描振镜和第四透镜，进入光束由准直透镜反射，依次经过快速扫描振镜、慢速扫描振镜后，经第四透镜聚焦到待测样品，然后进行扫描，样品臂接收样品反射回来的后向散射光，形成样品光；
参考光和样品光原路返回后在光纤耦合器汇合，并由于光程差产生干涉，干涉光进入环形器导向后进入光谱仪；
光谱仪用于接收环形器提供的干涉光信号，实现光电转换/处理，输出光谱信号；
采集处理器，用于实时收集光谱信号，经处理与分析获得角膜图像；
所述弹性测量组件包括气泵和气体传输管，所述气体传输管设有气体控制阀门和气体喷嘴；
通过OCT成像组件得到角膜图像，弹性测量组件的气体喷嘴每秒给角膜吹气一次，在气体吹气过程中，利用OCT成像组件检测角膜位移情况，应用应力应变运动公式测量角膜的硬度；
利用OCT成像组件求取吹气过程中角膜的形变量：
其中d(x,z)代表二维图像上两个方向的物理形变量，Δφ(x,z,t)代表随时间分布的相邻的二维图像的相位差，n代表角膜折射率，一般为1.38，t为数据采集时间，随形变量而产生的应力应变运动公式为：
其中，z0为光照在角膜上的初始位置。
2.根据权利要求1所述一种人工晶体植入术的弹性分析装置，其特征在于，所述光源为1310nm波长的超辐射发光二极管。
3.根据权利要求1所述一种人工晶体植入术的弹性分析装置，其特征在于，所述样品臂内还设有偏振器。
4.根据权利要求1所述一种人工晶体植入术的弹性分析装置，其特征在于，所述光谱仪由准直透镜、光栅、第一透镜和相机构成，光束经准直透镜准直后进入光栅分束，然后经第一透镜聚焦到相机。
5.根据权利要求1所述一种人工晶体植入术的弹性分析装置，其特征在于，所述气体控制阀门还连接计时器。
6.根据权利要求1所述一种人工晶体植入术的弹性分析装置，其特征在于，所述气体喷嘴为开口大小可调的气体喷嘴。
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