CN110755031A - 一种眼前后节频域光相干层析成像系统 - Google Patents

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Abstract

一种眼前后节频域光相干层析成像系统，眼前/后节成像过程中，FD‑OCT系统采用同一光路硬件，通过对样品臂中专门设计的扫描转换组件位置进行内调节，实现探测光扫描焦点范围从眼底视网膜到角膜处的转换。本发明在眼前/后节成像过程中，频域光相干层析成像系统采用同一光路硬件，通过对样品臂中专门设计的扫描转换组件位置进行内调节，实现探测光扫描焦点范围从眼底视网膜到角膜处的转换，从而使眼前后节频域光相干层析成像系统无需增加FD‑0CT系统硬件即可具有了眼前节成像功能。本发明无需增加额外成像物镜即可使眼后节频域光相干层析成像系统实现了眼前节成像功能，简化了使用检测操作过程和系统结构。

Description

一种眼前后节频域光相干层析成像系统
技术领域
本发明涉及一种眼前后节成像系统。特别是涉及一种眼前后节频域光相干层析成像系统。
背景技术
光学相干层析成像技术(Optical Coherence Tomography，OCT)由于其具有高分辨率、高灵敏度、非接触性、无损实时活体成像等优点，自上世纪90年代被成功应用于眼科疾病诊断领域[1]之后得到了迅速发展，其技术也由时域OCT阶段发展到频域OCT阶段；技术领域也由组织结构成像向组织功能成像发展。频域OCT包括FD-OCT和SS-OCT由于其高分辨力和快速的成像能力已成为临床眼科早期诊断老年性黄斑病变、糖尿病视网膜病变及青光眼等眼底病变的首选手段。眼前节OCT成像系统通常根据眼前节组织的光谱吸收特性采用波长大于1um的光源作为探测光源，如：1310nm，并且采用时域OCT技术，以获得足以覆盖眼前节范围的探测深度。随着FULL RANG OCT技术的出现，也有研究小组利用FD-OCT技术和大约840nm的光源对眼前节实现了成像，探测深度也覆盖了整个眼前节范围。眼底FD-OCT系统采用波长为约840nm的光源，以适应眼底对探测光谱的特性要求。为了扩展眼底FD-OCT系统的使用范围，目前临床上使用的主流眼底FD-OCT系统也都开发出眼前节成像拓展模块，实现了眼底和眼前节检测一体化系统功能，扩大了临床适用范围降低了整体系统成本。
但是，目前现有主流商业化眼底和眼前节检测一体化OCT系统大多采用了增加外置眼前节适配器的方案，以适应OCT系统从眼底成像模式到眼前节成像模式的转换。这就带来了以下几个问题：1、由于需要更换或增加成像物镜，势必带来操作的复杂性；2、由于需要更换或增加成像物镜，会使工作距离增加，对整个系统结构的工作距离范围带来了附加要求；3、为了适应从眼底成像模式到眼前节成像模式的转换，对参考臂的补偿范围也带来了额外要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够使眼前后节频域光相干层析成像系统无需增加FD-0CT系统硬件即可具有了眼前节成像功能的眼前后节频域光相干层析成像系统。
本发明所采用的技术方案是：一种眼前后节频域光相干层析成像系统，包括有由沿OCT系统扫描成像光源SLD的光轴依次设置的光纤衰减器、光环行器、光纤分束器、光纤偏振控制器和光纤准直镜构成的光传输系统，用于接收光纤分束器分出的一路光并延迟后返回到光纤分束器的光学延迟线组件，还包括有设置在所述光传输系统输出光侧，用于接收光传输系统输出的光并调节为扫描光进行输出的扫描转换单元，用于在眼底扫描成像时对眼底进行照明的眼底照明组件，用于在进行眼底/眼前节扫描成像时，提供被测眼固视所用光的被测眼固视光组件，所述被测眼固视光组件和眼底照明组件所输出的光均依次通过中空反射镜、二色镜和系统物镜送入被测眼球，所述扫描转换单元输出的光依次通过二色镜和系统物镜送入被测眼球，眼底反馈的扫描光线依次通过系统物镜、二色镜、扫描转换单元和光传输系统进入所述信号接收处理单元，还依次通过系统物镜、二色镜和被测眼固视光组件进入用于观测眼底图像的观测单元，还设置有分别连接扫描转换单元、被测眼固视光组件和光传输系统中的光环行器的反馈光通道上的用于控制扫描、前后节成像转换、屈光补偿以及接收和处理眼底反馈的扫描光信号的信号控制和接收处理单元。
本发明的一种眼前后节频域光相干层析成像系统，在眼前/后节成像过程中，频域光相干层析成像系统采用同一光路硬件，通过对样品臂中专门设计的扫描转换组件位置进行内调节，实现探测光扫描焦点范围从眼底视网膜到角膜处的转换，从而使眼前后节频域光相干层析成像系统无需增加FD-0CT系统硬件即可具有了眼前节成像功能。本发明的优点在于：无需增加额外成像物镜即可使眼后节频域光相干层析成像系统实现了眼前节成像功能，简化了使用检测操作过程和系统结构。
附图说明
图1是本发明一种眼前后节频域光相干层析成像系统的整体结构示意图；
图2是本发明视网膜成像实施例的结构示意图；
图3是本发明角膜成像实施例的结构示意图；
图4是本发明系统获得的眼底视网膜层析图；
图5是本发明系统获得的眼前节角膜层析图像；
图6是本发明系统获得的眼前节房角层析图像。
图中
1：光传输系统 1.1：扫描成像光源SLD
1.2：光纤衰减器 1.3：光环行器
1.4：光纤分束器 1.5：光纤偏振控制器
1.6：光纤准直镜 2：光学延迟线组件
3：扫描转换组件 3.1：第一扫描振镜
3.2：第二扫描振镜 3.3：透镜
3.4：扫描步进电机 3.5：扫描丝杠
3.6：扫描调节螺母 4：信号接收处理单元
4.1：光谱检测组件 4.2：图像采集卡
4.3：计算机 4.4：I/O卡
5：被测眼固视光组件 5.1：内固视灯
5.2：第一透镜 5.3：第二透镜
5.4：分光镜 5.5：第三透镜
5.6：第四透镜 5.7：屈光补偿步进电机
5.8：屈光补偿丝杠 5.9：屈光补偿调节螺母
6：眼底照明组件 6.1：LED光
6.2：第一照明透镜 6.3：环形光靶
6.4：第二照明透镜 6.5：照明反射镜
6.6：第三照明透镜 7：观测单元
7.1：回馈反射镜 7.2：IR相机
8：中空反射镜 9：二色镜
10：系统物镜 11：眼球
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的一种眼前后节频域光相干层析成像系统做出详细说明。
如图1所示，本发明的一种眼前后节频域光相干层析成像系统，包括有由沿OCT系统扫描成像光源SLD1.1的光轴依次设置的光纤衰减器1.2、光环行器1.3、光纤分束器1.4、光纤偏振控制器1.5和光纤准直镜1.6构成的光传输系统1，用于接收光纤分束器1.4分出的一路光并延迟后返回到光纤分束器1.4的光学延迟线组件2，其特征在于，还包括有设置在所述光传输系统1输出光侧，用于接收光传输系统1输出的光并调节为扫描光进行输出的扫描转换单元3，用于在眼底扫描成像时对眼底进行照明的眼底照明组件6，用于在进行眼底/眼前节扫描成像时，提供被测眼固视所用光的被测眼固视光组件5，所述被测眼固视光组件5和眼底照明组件6所输出的光均依次通过中空反射镜8、二色镜9和系统物镜10送入被测眼球，所述扫描转换单元3输出的光依次通过二色镜9和系统物镜10送入被测眼球，眼底反馈的扫描光线依次通过系统物镜10、二色镜9、扫描转换单元3和光传输系统1进入所述信号接收处理单元4，眼底反馈的组织背景光还依次通过系统物镜10、二色镜9和被测眼固视光组件5进入用于观测眼底图像的观测单元7，还设置有分别连接扫描转换单元3、被测眼固视光组件5和光传输系统1中的光环行器1.3的反馈光通道上的用于控制扫描、前后节成像转换、屈光补偿以及接收和处理眼底反馈的扫描光信号的信号控制和接收处理单元4。
所述的被测眼固视光组件5包括有：内固视灯5.1，以及沿内固视灯5.1出射光路上依次设置的第一透镜5.2、第二透镜5.3、分光镜5.4、第三透镜5.5和第四透镜5.6，所述第四透镜5.6的输出光依次通过所述的中空反射镜8、二色镜9和系统物镜10用于向被测眼底组织输出被测眼固视所用光，所述第四透镜5.6还从所述中空反射镜8接收从被测眼底组织反馈的组织背景光线，所述分光镜5.4分出的一路被测眼底组织反馈的组织背景光线进入所述的观测单元7，
所述的第三透镜5.5连接有用于通过调节第三透镜5.5与所述分光镜5.4及第四透镜5.6之间距离而对被测眼进行屈光补偿的调节机构，所述的调节机构包括有：屈光补偿步进电机5.7、设置在所述屈光补偿步进电机5.7上的屈光补偿丝杠5.8，以及螺纹连接在所述屈光补偿丝杠5.8上的屈光补偿调节螺母5.9，所述的屈光补偿调节螺母5.9连接所述第三透镜5.5，当屈光补偿步进电机5.7驱动屈光补偿丝杠5.8旋转时，所述的屈光补偿调节螺母5.9带动所述第三透镜5.5沿光路移动，实现对被测眼进行屈光补偿。
所述的扫描转换单元3包括有：用于接收光传输系统1中的光纤准直镜1.6发出的扫描光的扫描转换组件和用于调节扫描转换组件与二色镜9之间距离的距离调节机构。所述的扫描转换组件包括有：依次设置在光路上的第一扫描振镜3.1、第二扫描振镜3.2以及扫描透镜3.3，其中，所述的第一扫描振镜3.1接收光传输系统1中的光纤准直镜1.6发出的扫描光，所述扫描透镜3.3的透射光线输出给二色镜9，所述扫描透镜3.3还通过所述的二色镜9接收被测眼底组织反馈的扫描光线，并通过光传输系统1送入信号接收处理单元4。所述的距离调节机构包括有扫描步进电机3.4，设置在所述扫描步进电机3.4上的扫描丝杠3.5，以及螺纹连接在所述扫描丝杠3.5上的扫描调节螺母3.6，所述的扫描调节螺母3.6连接所述扫描转换组件，当扫描步进电机3.4驱动扫描丝杠3.5旋转时，所述的扫描调节螺母3.6带动所述扫描转换组件整体移动，来调节扫描转换组与所述的二色镜9之间的距离。
所述的眼底照明组件6包括有：LED光6.1，依次设置在所述LED光6.1出射光路上的第一照明透镜6.2、环形光靶6.3、第二照明透镜6.4、照明反射镜6.5和第三照明透镜6.6，所述第三照明透镜6.6的出射光由所述的中空反射镜8接收，用于照亮被测眼底。
所述的观测单元7包括有用于接收被测眼固视光组件5中的分光镜5.4所分出的被测眼底组织反馈的组织背景光线的回馈反射镜7.1和用于接收所述回馈反射镜7.1反射的被测眼底组织反馈的组织背景光线的IR相机7.2。
所述的信号控制和接收处理单元4，包括有：依次连接的：光谱检测组件4.1、图像采集卡4.2、计算机4.3和I/O卡4.4，其中，所述的光谱检测组件4.1的输入端连接光传输系统1中的光环行器1.3的反馈光通道c，所述I/O卡4.4分别连接扫描转换组件3中的第一扫描振镜3.1、第二扫描振镜3.2和扫描步进电机3.4，以及被测眼固视光组件5中的屈光补偿步进电机5.7。
本发明的一种眼前后节频域光相干层析成像系统工作原理如下：
OCT系统扫描成像光源SLD 1.1发出的弱相干光源经光纤衰减器1.2连接到光环行器1.3的端口a；经光环行器1.3的端口b输出到光纤分束器1.4；光纤分束器1.4将输入光分为两路，一路传送给光学延迟线组件2，另外一路经光纤偏振控制器1.5送至光纤准直镜1.6。光纤准直镜1.6发出的准直光投送到扫描转换组件3。投送到扫描转换组件3上的输入准直光经第一扫描振镜3.1、第二扫描振镜3.2和透镜3.3投送到二色镜9表面，并经二色镜9反射到系统物镜10。经系统物镜10输出的扫描成像光线投射到被测眼组织进行扫描成像。
由被测眼组织反射回来的带有组织结构信息的扫描光线经系统物镜10、二色镜9、扫描转换组件3返回到光纤准直镜1.6，并汇聚到光纤分束器1.4，与由光学延迟线反回的参考臂光线在光线分束器中产生汇聚干涉，汇聚光线经光环行器1.3的端口c输出到光谱检测组件4.1，光谱检测组件4.1输出光谱信号通过图像采集卡4.2进入计算机4.3处理合成，得到组织的2D/3D层析图像。所述计算机4.3的控制控制信号通过I/O卡4.4分别送入扫描转换组件3中的第一扫描振镜3.1、第二扫描振镜3.2和扫描步进电机3.4，以及送入被测眼固视光组件5中的屈光补偿步进电机5.7，用于控制扫描、前后节成像转换和屈光补偿。
眼底扫描成像时，经中控反射镜8、二色镜9和系统物镜10将眼底照明组件6产生的一束环形光成像到眼瞳孔处，环形光经瞳孔投射到眼底视网膜，照亮眼底。眼底视网膜的像经系统物镜10、二色镜9、中控反射镜8、第四透镜5.6、第三透镜5.5投射到IR相机7.2，以便用IR相机对眼底进行观察。第三透镜5.5由屈光补偿步进电机5.7控制，用于IR相机对眼底进行观察成像时对被测眼的屈光补偿。
内固视灯5.1用于进行眼底/眼前节扫描成像时，提供被测眼固视所用。内固视灯5.1经第一透镜5.2、第二透镜5.3、分光镜5.4、第三透镜5.5、第四透镜5.6、中空反射镜8、二色镜9、系统物镜10投送到被被测眼底。调节第三透镜5.5，可将内固视灯5.1的光清晰的投送到被测眼视网膜处。
眼前后节扫描成像的转换是通过扫描步进电机3.4驱动扫描转换组件沿光轴变换空间位置实现的。由于扫描转换组件作为一个整体移动，不改变样品臂(由系统物镜10、二色镜9、透镜3.3、第二扫描振镜3.2、第一扫描振镜3.1和光纤准直镜1.6构成)的光程，即不改变样品臂与由光延迟线组件的参考臂间的光程差，也就不影响光干涉信号的空间位置，只影响OCT扫描成像光线的焦点范围位置。
眼底扫描时，如图2所示。扫描步进电机3.4驱动由第一扫描振镜3.1、第二扫描振镜3.2及透镜3.3组成的扫描转换组件沿光轴移动。对于正视眼，当扫描转换组件移动到透镜3.3的前焦点与系统物镜10的后焦点重合位置时，此时系统物镜10输出的检测扫描光线为平行光，经被测眼组织后光线聚焦到眼底视网膜组织。该光线的光经被测眼组织反射或散射，部分光线经原路返回到光纤分束器1.4，与由光学延迟线组件反回的参考臂光线在光纤分束器1.4中产生汇聚干涉，并经光环行器1.3、光谱检测组件4.1将带有被测眼组织结构信息的干涉信号送入图像采集卡4.2，获得该点位的被测眼底组织信息。同理，当第一扫描振镜3.1、第二扫描振镜3.2进行扫描时，即可获得沿扫描方向的2D/3D眼底组织层析信息。经计算机系统进行信号处理、图像重建后获得眼底组织的2D/3D层析图像。对于非正视眼，通过移动扫描转换组件使透镜3.3的前焦点接近系统物镜10的后焦点位置附近，同样可以使扫描成像光线聚焦到被测眼底视网膜组织并成像。
眼前节扫描时，如图3所示。设定系统物镜10与被测眼角膜间的距离为LO，系统物镜10的焦距为f10，透镜3.3的焦距为f3.3。扫描步进电机3.4驱动由第一扫描振镜3.1、第二扫描振镜3.2及透镜3.3组成的扫描转换组件沿光轴移动。当系统物镜10与透镜3.3间的距离为L(L＝L1+L2)时，由于光纤准直镜1.6输出的扫描光为准直光，经第一扫描振镜3.1、第二扫描振镜3.2及透镜3.3后聚焦在透镜3.3的焦平面上。将光线的聚焦点作为系统物镜10的物点，通过系统物镜10进行成像。此时，系统物镜10的物距为L-f3.3,像距为LO。由透镜物像关系公式：
1/(L-f3.3)+1/LO＝1/f10
只要控制好透镜3.3与系统物镜10间的距离L，即可在眼前节角膜处获得扫描检测光线的汇聚点。当第一扫描振镜3.1、第二扫描振镜3.2工作时，即可在眼前节角膜处获得扫描光线的汇聚面。投射到眼前节角膜处的扫描光线被眼组织反射或散射，部分光线经原路返回到光纤分束器1.4，与由光学延迟线组件2反回的光线在光纤分束器1.4中产生汇聚干涉，并经光环行器1.3、光谱检测组件4.1将带有组织结构信息的干涉信号送入图像采集卡4.2，获得该点位的眼前节角膜组织信息，经计算机系统4.3进行信号处理、图像重建后获得眼前节组织的2D/3D层析图像。
图4至图6为利用本发明构建的眼前/后节FD-OCT成像系统获得的眼前后节组织层析成像图。

Claims (9)

1.一种眼前后节频域光相干层析成像系统，包括有由沿OCT系统扫描成像光源SLD(1.1)的光轴依次设置的光纤衰减器(1.2)、光环行器(1.3)、光纤分束器(1.4)、光纤偏振控制器(1.5)和光纤准直镜(1.6)构成的光传输系统(1)，用于接收光纤分束器(1.4)分出的一路光并延迟后返回到光纤分束器(1.4)的光学延迟线组件(2)，其特征在于，还包括有设置在所述光传输系统(1)输出光侧，用于接收光传输系统(1)输出的光并调节为扫描光进行输出的扫描转换单元(3)，用于在眼底扫描成像时对眼底进行照明的眼底照明组件(6)，用于在进行眼底/眼前节扫描成像时，提供被测眼固视所用光的被测眼固视光组件(5)，所述被测眼固视光组件(5)和眼底照明组件(6)所输出的光均依次通过中空反射镜(8)、二色镜(9)和系统物镜(10)送入被测眼球，所述扫描转换单元(3)输出的光依次通过二色镜(9)和系统物镜(10)送入被测眼球，眼底反馈的扫描光线依次通过系统物镜(10)、二色镜(9)、扫描转换单元(3)和光传输系统(1)进入所述信号接收处理单元(4)，还依次通过系统物镜(10)、二色镜(9)和被测眼固视光组件(5)进入用于观测眼底图像的观测单元(7)，还设置有分别连接扫描转换单元(3)、被测眼固视光组件(5)和光传输系统(1)中的光环行器(1.3)的反馈光通道上的用于控制扫描、前后节成像转换、屈光补偿以及接收和处理眼底反馈的扫描光信号的信号控制和接收处理单元(4)。
2.根据权利要求1所述的一种眼前后节频域光相干层析成像系统，其特征在于，所述的被测眼固视光组件(5)包括有：内固视灯(5.1)，以及沿内固视灯(5.1)出射光路上依次设置的第一透镜(5.2)、第二透镜(5.3)、分光镜(5.4)、第三透镜(5.5)和第四透镜(5.6)，所述第四透镜(5.6)的输出光依次通过所述的中空反射镜(8)、二色镜(9)和系统物镜(10)用于向被测眼底组织输出被测眼固视所用光，所述第四透镜(5.6)还从所述中空反射镜(8)接收从被测眼底组织反馈的组织背景光信号，所述分光镜(5.4)分出的一路被测眼底组织反馈的组织背景光信号进入所述的观测单元(7)。
3.根据权利要求2所述的一种眼前后节频域光相干层析成像系统，其特征在于，所述的第三透镜(5.5)连接有用于通过调节第三透镜(5.5)与所述分光镜(5.4)及第四透镜(5.6)之间距离而对被测眼进行屈光补偿的调节机构，所述的调节机构包括有：屈光补偿步进电机(5.7)、设置在所述屈光补偿步进电机(5.7)上的屈光补偿丝杠(5.8)，以及螺纹连接在所述屈光补偿丝杠(5.8)上的屈光补偿调节螺母(5.9)，所述的屈光补偿调节螺母(5.9)连接所述第三透镜(5.5)，当屈光补偿步进电机(5.7)驱动屈光补偿丝杠(5.8)旋转时，所述的屈光补偿调节螺母(5.9)带动所述第三透镜(5.5)沿光路移动，实现对被测眼进行屈光补偿。
4.根据权利要求1所述的一种眼前后节频域光相干层析成像系统，其特征在于，所述的扫描转换单元(3)包括有：用于接收光传输系统(1)中的光纤准直镜(1.6)发出的扫描光的扫描转换组件和用于调节扫描转换组件与二色镜(9)之间距离的距离调节机构。
5.根据权利要求4所述的一种眼前后节频域光相干层析成像系统，其特征在于，所述的扫描转换组件包括有：依次设置在光路上的第一扫描振镜(3.1)、第二扫描振镜(3.2)以及扫描透镜(3.3)，其中，所述的第一扫描振镜(3.1)接收光传输系统(1)中的光纤准直镜(1.6)发出的扫描光，所述扫描透镜(3.3)的透射光线输出给二色镜(9)，所述扫描透镜(3.3)还通过所述的二色镜(9)接收被测眼底组织反馈的扫描光线，并通过光传输系统(1)送入信号接收处理单元(4)。
6.根据权利要求4所述的一种眼前后节频域光相干层析成像系统，其特征在于，所述的距离调节机构包括有扫描步进电机(3.4)，设置在所述扫描步进电机(3.4)上的扫描丝杠(3.5)，以及螺纹连接在所述扫描丝杠(3.5)上的扫描调节螺母(3.6)，所述的扫描调节螺母(3.6)连接所述扫描转换组件，当扫描步进电机(3.4)驱动扫描丝杠(3.5)旋转时，所述的扫描调节螺母(3.6)带动所述扫描转换组件整体移动，来调节扫描转换组与所述的二色镜(9)之间的距离。
7.根据权利要求1所述的一种眼前后节频域光相干层析成像系统，其特征在于，所述的眼底照明组件(6)包括有：LED光(6.1)，依次设置在所述LED光(6.1)出射光路上的第一照明透镜(6.2)、环形光靶(6.3)、第二照明透镜(6.4)、照明反射镜(6.5)和第三照明透镜(6.6)，所述第三照明透镜(6.6)的出射光由所述的中空反射镜(8)接收，用于照亮被测眼底。
8.根据权利要求1所述的一种眼前后节频域光相干层析成像系统，其特征在于，所述的观测单元(7)包括有用于接收被测眼固视光组件(5)中的分光镜(5.4)所分出的被测眼底组织反馈的组织背景光线的回馈反射镜(7.1)和用于接收所述回馈反射镜(7.1)反射的被测眼底组织反馈的组织背景光线的IR相机(7.2)。
9.根据权利要求1所述的一种眼前后节频域光相干层析成像系统，其特征在于，所述的信号控制和接收处理单元(4)，包括有：依次连接的：光谱检测组件(4.1)、图像采集卡(4.2)、计算机(4.3)和I/O卡(4.4)，其中，所述的光谱检测组件(4.1)的输入端连接光传输系统(1)中的光环行器(1.3)的反馈光通道(c)，所述I/O卡(4.4)分别连接扫描转换组件(3)中的第一扫描振镜(3.1)、第二扫描振镜(3.2)和扫描步进电机(3.4)，以及被测眼固视光组件(5)中的屈光补偿步进电机(5.7)。
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