CN115399728A - 一种基于可变焦oct的眼轴测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于可变焦OCT的眼轴测量方法及装置。方法包括：采集前，通过眼后节光程调节模块使得眼后节光程处于基准位置，完成眼轴测量前的装置自检；采集时，第一参考臂光束与眼前节光程匹配，调节眼后节光程调节模块，第二参考臂光束与眼后节光程匹配，利用可变焦液体透镜将样品臂光束依次聚焦于眼角膜和视网膜；实现眼角膜和视网膜快速、聚焦成像。根据角膜和视网膜的OCT成像结果和眼后节光程调节模块的位移量，实现对待测眼轴长的测量。眼轴测量装置用于实施眼轴测量方法，能够对待测眼角膜和视网膜实现快速聚焦成像。本发明利用两路参考臂的干涉信号，在每次眼轴测量前快速标定眼后节参考臂的基准位置，提高眼轴测量的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术中的眼轴测量设备领域，具体地涉及了一种基于可变焦OCT(Optical Coherence Tomography，光学相干断层成像技术)的眼轴测量方法及装置。
技术背景
在各项眼科检查中，眼轴长是衡量近视程度的关键因素。目前测量眼轴长的技术主要包括超声生物测量(A型超声测量仪)和光学生物测量两大类，而A超在测量过程中需要接触角膜表面，易引起受试者的不适，而且探头对角膜的按压也会引起眼轴测量的误差。
光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography,OCT)技术利用生物组织的背向反射光的干涉信号，可以采集获得微米级分辨率的人眼前后节断层图像，凭借其非接触测量、实时性、高灵敏度以及高分辨率等优点为临床眼科生物测量提供更为准确的测量依据。目前已有一些基于OCT技术的眼轴测量方法及装置，这些方法可以实现眼轴测量，但仍存在以下缺点：在专利文献 202121905127.X、202010202763.X等公开的眼轴测量系统及方法中，样品臂的前后节光路共路，且只存在一路参考臂，装置仅能依赖光学延迟线的切换，分时获取待测眼前后节图像，光程切换速度的快慢会引起眼动的干扰，从而导致眼轴测量结果存在误差；在专利文献202011037937.8等公开的眼轴测量系统及方法中，样品臂眼前节和眼后节采用共路设计，在未使用变焦透镜情况下，仅能对眼前节进行聚焦成像，眼后节未聚焦，只能模糊成像，不能够准确确定视网膜色素上皮层的位置，影响眼轴测量的准确性。特别地，以上所述的基于 OCT技术的眼轴测量方法均存在一个缺点，即眼轴长的计算公式中包含光学延迟线的位移量，因光学安装或者装置使用期间出现的光机组件的微小移动，引起光学延迟线的初始基准位置不同，则会在眼轴长的测量中引入计算误差。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于可变焦OCT的眼轴测量方法及装置。本发明可对眼前节和眼后节快速交替聚焦，进一步实现眼前节和眼后节快速、清晰的成像，并提出了参考臂光程标定方法，有助于提升眼轴测量的准确性。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
一、一种基于可变焦OCT的眼轴测量方法
S1：在采集开始前，利用眼后节光程调节模块对眼轴测量装置进行自检，自检后标定眼后节光程调节模块处于眼轴测量的基准位置；
S2：调整眼轴测量装置，使虹膜图像清晰，则眼前节OCT图像出现在第一 OCT图像显示框的成像焦点位置，此时可变焦液体透镜的焦距记为第一焦距；
S3：眼后节光程调节模块的沿光轴移动，直至眼后节OCT图像出现在第二 OCT图像显示框的预设像素位置，记录眼后节光程调节模块的位移量；
S4：可变焦液体透镜在预设焦距范围内遍历，直至眼后节OCT图像清晰，记录可变焦液体透镜的焦距并记为第二焦距；
S5：可变焦液体透镜在第一焦距和第二焦距切换，交替采集眼前节和眼后节二维OCT图像；
S6：根据待测眼的眼前节和眼后节的二维OCT图像以及眼后节光程调节模块的位移量，计算待测眼的眼轴长值。
所述S1具体为：
调整眼后节光程调节模块，使得参考臂分束模块中的第一参考臂光束和第二参考臂光束在光纤耦合器形成干涉信号，光谱仪相机探测采集干涉图像，此时眼后节光程调节模块的位置作为眼轴测量的基准位置。
所述S2具体为：
调节眼轴测量装置，利用虹膜成像光路初步定位待测眼角膜位置，当虹膜图像清晰后，则待测眼角膜前表面正好位于接目物镜的焦点位置，此时眼前节 OCT图像出现在第一OCT图像显示框的成像焦点位置，再上下移动待测眼角膜断层切面位置，使第一OCT图像显示框中出现因角膜顶点强反射引起的中心光柱，此时可变焦液体透镜的焦距记为第一焦距。
所述S3具体为：
眼后节光程调节模块从基准位置开始沿光轴移动，直至眼后节OCT图像出现在第二OCT图像显示框的预设像素位置，则第二参考臂光束的光程与样品臂光束在眼后节信息采集模式下的光程匹配，并记录下此时眼后节光程调节模块的位移量。
所述S6具体为：
根据待测眼的眼前节和眼后节的二维OCT图像，获取待测眼的角膜前表面和视网膜色素上皮细胞层像素位置，再根据眼后节光程调节模块的位移量，计算待测眼角膜前表面到视网膜色素上皮细胞层之间的距离并作为待测眼的眼轴长。
所述S6中，将待测眼的眼前节和眼后节的二维OCT图像合并为待测眼的 OCT二维成像结果，利用边界识别方法对待测眼的OCT二维成像结果进行图像处理后获得待测眼的角膜前表面和视网膜色素上皮细胞层像素位置；记待测眼角膜前表面的顶点至零光程差位置之间的距离为d1，视网膜色素上皮层至零光程差位置之间的距离为d2，眼后节光程调节模块的位移量为d3，则待测眼的眼轴长D满足D＝d2–d1+d3+d4。
二、一种基于可变焦OCT的眼轴测量装置
装置包括OCT主体模块、OCT样品臂模块、OCT参考臂模块、虹膜成像模块和固视模块；OCT主体模块中出射的样品臂光束入射至OCT样品臂模块中， OCT主体模块中出射的参考臂光束入射至OCT参考臂模块中，OCT样品臂模块分别与虹膜成像模块和固视模块相连，OCT样品臂模块对待测眼进行测量；
所述OCT主体模块包括宽带光源、光纤耦合器和光谱仪，其中光谱仪由光谱仪准直器、反射式光栅、光谱仪聚焦透镜和光谱仪相机组成；光纤耦合器的第一输入端与宽带光源相连，光纤耦合器的第二输入端与光谱仪准直器相连，光谱仪准直器依次与反射式光栅和光谱仪聚焦透镜相连后与光谱仪相机相连，光纤耦合器的第一输出端出射样品臂光束，光纤耦合器的第二输出端中出射参考臂光束，即光纤耦合器的第一输出端与OCT样品臂模块的样品臂准直器相连，光纤耦合器的第二输出端与OCT参考臂模块的偏振控制器相连。
所述OCT样品臂模块包括样品臂准直器、样品臂变焦模块、第二二向色镜、接目物镜和红外照明光源；OCT主体模块出射的样品臂光束入射至样品臂准直器中，经样品臂准直器后的样品臂光束沿光轴依次经样品臂变焦模块以及第二二向色镜的反射和接目物镜的透射后入射至待测眼，接目物镜的侧面安装有红外照明光源；
红外照明光源发出的光经待测眼的角膜反射后形成虹膜成像光束，虹膜成像光束沿着光轴依次经过接目物镜的透射和第二二向色镜的透射后入射至虹膜成像模块；
固视模块发出的固视光束入射至样品臂变焦模块，经样品臂变焦模块后的固视光束入射至第二二向色镜，经第二二向色镜反射的固视光束再经接目物镜的透射后入射至待测眼。
所述的红外照明光源包括但不限于使用两个或者两个以上的红外点状光源，并均匀的分布在接目物镜的两侧。
所述样品臂变焦模块包括液体可变焦透镜、扫描振镜和第一二向色镜；经样品臂准直器后的样品臂光束沿光轴依次经扫描振镜的反射、第一二向色镜的反射和液体可变焦透镜的透射后入射至第二二向色镜；在眼前节信息采集模式下，液体可变焦透镜的屈光为0D，从第一二向色镜18处反射的样品臂光束经过液体可变焦透镜处透射后仍以平行光束出射，再经第二二向色镜20反射后通过接目物镜汇聚于人眼角膜；在眼后节信息采集模式下，液体可变焦透镜的后焦点与接目物镜的前焦点重合，从第一二向色镜处反射回来的样品臂光束以平行光束进入液体可变焦透镜，经液体可变焦透镜透射后的样品臂光束再以平行光束形式在接目物镜处出射进入待测眼，最后经人眼晶状体汇聚于视网膜上。
所述样品臂变焦模块包括液体可变焦透镜、扫描振镜、第一二向色镜和样品臂中继透镜；经样品臂准直器后的样品臂光束沿光轴依次经液体可变焦透镜的透射、扫描振镜的反射、第一二向色镜的反射和样品臂中继透镜的透射后入射至第二二向色镜；在眼前节信息采集模式下，液体可变焦透镜的后焦点和样品臂中继透镜的前焦点重合，使经第二二向色镜反射的样品臂光束以平行光的形式进入接目物镜，再通过接目物镜汇聚在待测眼的角膜上，实现眼前节信息的采集；在眼后节信息采集模式下，样品臂中继透镜的后焦点和接目物镜的前焦点重合，使经接目物镜透射的样品臂光束以平行光的形式入射至待测眼，待测眼自身将样品臂光束汇聚在视网膜上，实现眼后节信息的采集。
所述OCT参考臂模块包括偏振控制器、参考臂准直器和参考臂分束模块， OCT主体模块出射的参考臂光束入射至偏振控制器中，经偏振控制器的参考臂光束经参考臂准直器后入射至参考臂分束模块，参考臂分束模块中将参考臂光束分为第一参考臂光束和第二参考臂光束，第一参考臂光束的光程与样品臂光束在眼前节信息采集模式下的光程匹配，第二参考臂光束的光程与样品臂光束在眼后节信息采集模式下的光程匹配。
所述参考臂分束模块包括分光棱镜、参考臂第一聚焦透镜、参考臂第一反射镜、参考臂第二聚焦透镜和参考臂第二反射镜；
经参考臂准直器的参考臂光束入射至分光棱镜发生反射和透射，经分光棱镜透射的参考臂光束作为第一参考臂光束，经分光棱镜反射的参考臂光束作为第二参考臂光束，第一参考臂光束经参考臂第一聚焦透镜的汇聚后入射至参考臂第一反射镜发生反射，第一参考臂光束的光程与样品臂光束在眼前节信息采集模式下的光程匹配；第二参考臂光束经参考臂参考臂第二聚焦透镜的汇聚后入射至参考臂第二反射镜发生反射，参考臂第二聚焦透镜和参考臂第二反射镜整体作为眼后节光程调节模块，沿光轴对眼后节光程调节模块进行移动，实现第二参考臂光束的光程与样品臂光束在眼后节信息采集模式下的光程匹配。
所述参考臂分束模块包括参考臂第二反射镜和参考臂第三反射镜，经参考臂准直器的参考臂光束入射至参考臂第三反射镜，经参考臂第三反射镜反射的参考臂光束作为第一参考臂光束，第一参考臂光束的光程与样品臂光束在眼前节信息采集模式下的光程匹配；参考臂第三反射镜的中心开孔，穿过参考臂第三反射镜的中心孔后入射至参考臂第二反射镜的参考臂光束作为第二参考臂光束，参考臂第二反射镜作为眼后节光程调节模块，沿光轴对眼后节光程调节模块进行移动，实现第二参考臂光束的光程与样品臂光束在眼后节信息采集模式下的光程匹配。
所述第二二向色镜为长波通二向色镜，使红外照明光源发出的虹膜成像光束透射，样品臂光束反射以及固视光束反射；虹膜成像光路在透射过第二二向色镜后与OCT样品臂共光路。
所述第一二向色镜为短波通二向色镜，使固视光源发出的固视光束透射， OCT样品臂光束反射；固视光路在透射过第一二向色镜后与OCT样品臂共光路。
所述虹膜成像模块包括虹膜成像相机、虹膜成像聚焦透镜和虹膜成像发散透镜；
红外照明光源发出的光经待测眼的角膜反射后形成虹膜成像光束，虹膜成像光束沿着光轴依次经过接目物镜的透射、第二二向色镜的透射、虹膜成像发散透镜的透射和虹膜成像聚焦透镜的透射后进入到虹膜成像相机；
固视模块包括固视光源和固视透镜，固视光源发出的固视光束依次经过固视透镜的透射、第一二向色镜的透射、样品臂变焦模块的透射、第二二向色镜的反射和接目物镜的透射后经待测眼聚焦在待测眼视网膜上。
所述的眼后节光程调节模块下设置有位移台，位移台包括但不限于是手动位移台或电动位移台
所述参考臂第二聚焦透镜和参考臂第二反射镜在装置采集前自检时，通过眼后节光程调节模块的调节作为光程标定装置，在装置采集时又作为第二参考臂光路。
对比目前已有一些基于可变焦OCT的眼轴测量方法及装置，本发明的有益效果如下：
(1)针对现有眼轴测量方法中所存在的因为光路安装或使用期间出现光机械部件的位移带来的计算误差，本发明提出的基准位置标定方法能标定眼后节光程调节模块的基准位置，即标定第二参考臂光程的基准位置，根据基准位置对眼后节光程进行调节，再根据光程调节装置的位移量进行眼轴长的计算，从而消除了眼轴计算误差。
(2)对于仅对眼前节进行聚焦、眼后节仅有较模糊的成像结果的装置，不能确定视网膜色素上皮层的准确位置，影响眼轴长测量的准确性；针对已有技术的此缺点，本发明通过可变焦液体透镜，可以对眼前节和眼后节进行快速聚焦，得到清晰的二维层析成像结果，进一步提升眼轴测量的准确性。
(3)特别地，现有基于OCT的眼轴测量装置中有一个共同的不足，即眼轴长的计算公式中包含了光学延迟线的位移量，若在光路安装或使用期间出现光机械部件的位移，就会在眼轴测量中引入计算误差；针对已有技术的此不足，本发明采用了一种参考臂分束模块，将参考臂光束分成第一参考臂光束和第二参考臂光束，通过调节眼后节光程调节模块，在每次采集前，使两路参考臂发生干涉，根据两路参考臂的干涉信号，标定光程调节装置的基准位置，避免光路安装或使用期间出现光机械部件的位移引入的眼轴长度计算误差。
综上所述，本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于可变焦OCT的眼轴测量方法及装置，可对眼前节和眼后节快速聚焦，进一步实现眼前节和眼后节快速、清晰的成像，并提出了基准位置标定方法，在每次眼轴测量前能快速标定眼后节光程的基准位置，有助于提升眼轴测量的准确性。
附图说明
图1为本发明实施例的装置示意图；
图2为本发明实施例的样品臂聚焦眼前节示意图；
图3为本发明实施例的样品臂聚焦眼后节示意图；
图4本发明的样品臂一个实施例的示意图；
图5本发明的参考臂一个实施例的示意图；
图6本发明待测眼角膜和视网膜的OCT二维层析成像结果示意图。
图中：1-宽带光源；2-光纤耦合器；3-偏振控制器；4-参考臂准直器；5-分光棱镜；6-参考臂第一聚焦透镜；7-参考臂第一反射镜；8-参考臂第二聚焦透镜； 9-参考臂第二反射镜；11-光谱仪准直器；12-反射式光栅；13-光谱仪聚焦透镜； 14-光谱仪相机；15-样品臂准直器；16-可变焦液体透镜；17-扫描振镜；18-第一二向色镜；19-样品臂中继透镜；20-第二二向色镜；21-接目物镜；22-红外照明光源；23-虹膜成像发散透镜；24-虹膜成像聚焦透镜；25-虹膜成像相机；26- 固视透镜；27-固视光源；28-待测眼；29-参考臂第三反射镜。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，附图形成本文的一部分。需要注意的是，这些说明及示例仅仅为示例性的，不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。
为了便于理解本发明的实施例，将各操作描述成多个离散的操作，但是，描述的顺序不代表实施操作的顺序。
本发明的实施例如下：
如图1所示，包括OCT主体模块、OCT样品臂模块、OCT参考臂模块、虹膜成像模块和固视模块；
OCT主体模块中出射的样品臂光束入射至OCT样品臂模块中，OCT主体模块中出射的参考臂光束入射至OCT参考臂模块中，OCT样品臂模块分别与虹膜成像模块和固视模块相连，OCT样品臂模块对待测眼28进行测量；
OCT主体模块包括宽带光源1、光纤耦合器2和光谱仪，其中光谱仪由光谱仪准直器11、反射式光栅12、光谱仪聚焦透镜13和光谱仪相机14组成；光纤耦合器2的第一输入端与宽带光源1相连，光纤耦合器2的第二输入端与光谱仪准直器11相连，光谱仪准直器11依次与反射式光栅12和光谱仪聚焦透镜 13相连后与光谱仪相机14相连，光纤耦合器3的第一输出端出射样品臂光束，光纤耦合器3的第二输出端中出射参考臂光束，即光纤耦合器3的第一输出端与OCT样品臂模块的样品臂准直器15相连，光纤耦合器3的第二输出端与OCT 参考臂模块的偏振控制器3相连。
OCT样品臂模块包括样品臂准直器15、样品臂变焦模块、第二二向色镜20、接目物镜21和红外照明光源22；OCT主体模块中的光纤耦合器3的第一输出端出射的样品臂光束入射至样品臂准直器15中，经样品臂准直器15后的样品臂光束沿光轴依次经样品臂变焦模块以及第二二向色镜20的反射和接目物镜21 的透射后入射至待测眼28，接目物镜21的侧面安装有红外照明光源22；
红外照明光源22发出的光经待测眼28的角膜反射后形成虹膜成像光束，虹膜成像光束沿着光轴依次经过接目物镜21的透射和第二二向色镜20的透射后入射至虹膜成像模块；
固视模块发出的固视光束入射至样品臂变焦模块，经样品臂变焦模块后的固视光束入射至第二二向色镜20，经第二二向色镜20反射的固视光束再经接目物镜21的透射后入射至待测眼28。
本发明的OCT样品臂模块一个实施例，如图2所示，样品臂变焦模块包括液体可变焦透镜16、扫描振镜17、第一二向色镜18和样品臂中继透镜19；经样品臂准直器15后的样品臂光束沿光轴依次经液体可变焦透镜16的透射、扫描振镜17的反射、第一二向色镜18的反射和样品臂中继透镜19的透射后入射至第二二向色镜20；
在眼前节信息采集模式下，液体可变焦透镜16的后焦点和样品臂中继透镜 19的前焦点重合，使经第二二向色镜20反射的样品臂光束以平行光的形式进入接目物镜21，再通过接目物镜21汇聚在待测眼28的角膜上，实现眼前节信息的采集，如图2所示；在眼后节信息采集模式下，样品臂中继透镜19的后焦点和接目物镜21的前焦点重合，此时可变焦液体透镜16的屈光度为0D，使经接目物镜21透射的样品臂光束以平行光的形式入射至待测眼28，待测眼28自身将样品臂光束汇聚在视网膜上，实现眼后节信息的采集，如图3所示；携带眼前节信息的样品臂光束和携带眼后节信息的样品臂光束沿原光路返回后交替从光纤耦合器2的第一输出端传输至光谱仪相机14。
如图4所示，本发明的OCT样品臂模块另一个实施例为，样品臂变焦模块包括液体可变焦透镜16、扫描振镜17和第一二向色镜18；经样品臂准直器15 后的样品臂光束沿光轴依次经扫描振镜17的反射、第一二向色镜18的反射和液体可变焦透镜16的透射后入射至第二二向色镜20；
在眼前节信息采集模式下，液体可变焦透镜16的屈光为0D，从第一二向色镜18处反射的样品臂光束经过液体可变焦透镜16处透射后仍以平行光束出射，再经第二二向色镜20反射后通过接目物镜21汇聚于人眼角膜；在眼后节信息采集模式下，液体可变焦透镜16调整焦距，使得液体可变焦透镜16的后焦点与接目物镜21的前焦点重合，构成一个开普勒望远镜系统，从第一二向色镜18处反射回来的样品臂光束以平行光束进入液体可变焦透镜16，经液体可变焦透镜16透射后的样品臂光束再以平行光束形式在接目物镜21处出射进入待测眼28，最后经人眼晶状体汇聚于视网膜上；通过将液体可变焦透镜16的焦距切换与光谱仪相机14采集同步，可以实现快速聚焦、交替采集全眼的OCT图像。
固视模块发出的固视光束入射至第一二向色镜18，经第一二向色镜18透射后的固视光束与经第一二向色镜18反射后的样品臂光束共光路。
红外照明光源包括但不限于使用两个或者两个以上的红外点状光源，并均匀的分布在接目物镜的两侧。
红外照明光源22发出的光经待测眼28的角膜反射后形成虹膜成像光束，虹膜成像光束沿着光轴依次经过接目物镜21的透射和第二二向色镜20的透射后入射至虹膜成像模块；
OCT参考臂模块包括偏振控制器3、参考臂准直器4和参考臂分束模块，OCT主体模块中的光纤耦合器3的第二输出端出射的参考臂光束入射至偏振控制器3中，经偏振控制器3的参考臂光束经参考臂准直器4后入射至参考臂分束模块，参考臂分束模块中将参考臂光束分为第一参考臂光束和第二参考臂光束，第一参考臂光束的光程与样品臂光束在眼前节信息采集模式下的光程匹配，第一参考臂光束和携带了眼前节信息的样品臂光束在光纤耦合器2处产生样品臂眼前节弱相干干涉信号，由光谱仪相机14接收干涉信号后获得眼前节OCT 图像；第二参考臂光束的光程与样品臂光束在眼后节信息采集模式下的光程匹配，第二参考臂光束和携带了眼后节信息的样品臂光束在光纤耦合器2处产生样品臂眼后节弱相干干涉信号，由光谱仪相机14接收干涉信号后获得眼后节 OCT图像。
如图1所示，参考臂分束模块包括分光棱镜5、参考臂第一聚焦透镜6、参考臂第一反射镜7、参考臂第二聚焦透镜8和参考臂第二反射镜9；
经参考臂准直器4的参考臂光束入射至分光棱镜5发生反射和透射，经分光棱镜5透射的参考臂光束作为第一参考臂光束，经分光棱镜5反射的参考臂光束作为第二参考臂光束，第一参考臂光束经参考臂第一聚焦透镜6的汇聚后入射至参考臂第一反射镜7发生反射，第一参考臂光束的光程与样品臂光束在眼前节信息采集模式下的光程匹配；第二参考臂光束经参考臂第二聚焦透镜8 的汇聚后入射至参考臂第二反射镜9发生反射，参考臂第二聚焦透镜8和参考臂第二反射镜9整体作为眼后节光程调节模块，沿光轴对眼后节光程调节模块进行移动，实现第二参考臂光束的光程与样品臂光束在眼后节信息采集模式下的光程匹配。
虹膜成像模块包括虹膜成像相机25、虹膜成像聚焦透镜24和虹膜成像发散透镜23；红外照明光源22发出的光经待测眼28的角膜反射后形成虹膜成像光束，虹膜成像光束沿着光轴依次经过接目物镜21的透射、第二二向色镜20的透射、虹膜成像发散透镜23的透射和虹膜成像聚焦透镜24的透射后进入到虹膜成像相机25；
第二二向色镜20为长波通二向色镜，使红外照明光源22发出的虹膜成像光束透射，样品臂光束反射以及固视光束反射；虹膜成像光路在透射过第二二向色镜后与OCT样品臂共光路。
固视模块包括固视光源27和固视透镜26，固视光源27发出的固视光束依次经过固视透镜26的透射、第一二向色镜18的透射、样品臂聚焦透镜19的透射、第二二向色镜20的反射和接目物镜21的透射后经待测眼28聚焦在待测眼视网膜上。
第一二向色镜18为短波通二向色镜，使固视光源27发出的固视光束透射， OCT样品臂光束反射；固视光路在透射过第一二向色镜后与OCT样品臂共光路。
眼后节光程调节模块下设置有位移台，位移台包括但不限于是手动位移台或电动位移台。
参考臂第二聚焦透镜8和参考臂第二反射镜9在装置采集前自检时，通过移动参考臂第二聚焦透镜8和参考臂第二反射镜9的位移台实现自检。
在眼轴测量过程中，宽带光源1发出OCT光束，经光纤耦合器2分光，一路经过偏振控制器3进入参考臂，通过参考臂准直器准直，以平行光束进入分光棱镜，分成第一参考臂光束和第二参考臂光束，分别经过参考臂第一聚焦透镜6和参考臂第二聚焦透镜8汇聚在参考臂第一反射镜7和参考臂第二反射镜9 上，经过反射镜反射后原光路返回光纤耦合器2；另一路经样品臂准直器15，以平行光束进入液体可变焦透镜16，在眼前节信息采集模式下，可变焦透镜的后焦点与中继透镜的前焦点重合，使样品臂准直器15发出的平行光束经过液体可变焦透镜16、扫描振镜17、第一二向色镜18、中继透镜19后，仍以平行光束经过第二二向色镜反射后进入接目物镜21汇聚于待测眼28角膜，形成携带待测眼前节信息的第一样品臂光束返回至光纤耦合器2，并与第一参考臂光束形成眼前节弱相干干涉信号，最后由光谱仪及其相机接收；在眼后节信息采集模式下，可变焦透镜的屈光度为0D，样品臂准直器15发出的平行光束经过可变焦透镜，仍以平行光束经过扫描振镜17和第一二向色镜18反射后，进入样品臂中继透镜19，此时样品臂中继透镜19的后焦点与接目物镜21的前焦点重合，样品臂光束以平行光束进入待测眼28，经过人眼晶状体汇聚于视网膜上，形成携带待测眼后节信息的第二样品臂光束返回至光纤耦合器2，并与第二参考臂光束形成眼后节弱相干干涉信号，最后由光谱仪及其相机接收。另外，在眼后节信息采集模式下，通过调节可变焦透镜的屈光，来改变样品臂光束的汇聚程度，使得在不同屈光度人眼条件下，第二样品臂光束都能汇聚在人眼视网膜上。
在眼轴测量过程中，固视光源27经内部孔径光阑后，近似为一点光源，经过固视透镜后，形成一束平行可见光束在第一二向色镜18处透射，样品臂中样品臂中继透镜19的后焦点与接目物镜21的前焦点重合，经样品臂中继透镜19 和接目物镜21后聚焦在待测眼28的视网膜上，用于维持待测眼28的视线稳定。
在眼轴测量过程中，红外照明光源22发出照明光束照亮待测眼28的前节，携带眼前节的视觉信号依次经过接目物镜21、第二二向色镜20、虹膜成像发散透镜23、虹膜成像聚焦透镜24透射，最终会聚在虹膜成像相机25的靶面上，实时获取待测眼28的虹膜成像结果。
如图5所示，本发明的OCT参考臂模块另一个实施例为，参考臂分束模块包括参考臂第二反射镜9和参考臂第三反射镜29，参考臂第三反射镜29为一款中间开孔的反射镜，开孔的直径为参考臂准直器4出射光斑直径的
倍，保证第一参考臂光束和第二参考臂光束光强相等，经参考臂准直器4的参考臂光束入射至参考臂第三反射镜29，经参考臂第三反射镜29反射的参考臂光束作为第一参考臂光束，第一参考臂光束的光程与样品臂光束在眼前节信息采集模式下的光程匹配；参考臂第三反射镜29的中心开孔，穿过参考臂第三反射镜29 的中心孔后入射至参考臂第二反射镜9的参考臂光束作为第二参考臂光束，即经参考臂第二反射镜9反射的参考臂光束，参考臂第二反射镜9作为眼后节光程调节模块，沿光轴对眼后节光程调节模块进行移动，实现第二参考臂光束的光程与样品臂光束在眼后节信息采集模式下的光程匹配。在眼轴测量开始前，通过移动参考臂第二反射镜9，使第一参考臂光束和第二参考臂光束发生干涉，利用双参考臂的干涉信号对眼轴测量的光路进行自检，使得眼后节光程调节模块处于零光程基准位置。
本发明方法包括以下步骤：
S1：在采集开始前，利用眼后节光程调节模块对眼轴测量装置进行自检，自检后标定眼后节光程调节模块处于眼轴测量的基准位置；
S1具体为：
调整眼后节光程调节模块，使得参考臂分束模块中的第一参考臂光束和第二参考臂光束在光纤耦合器2形成干涉信号，光谱仪相机14探测采集干涉图像，此时眼后节光程调节模块的位置作为眼轴测量的基准位置。当参考臂分束模块由分光棱镜5、参考臂第一聚焦透镜6、参考臂第一反射镜7、参考臂第二聚焦透镜8和参考臂第二反射镜9组成时，调节眼后节光程调节模块使干涉图像位于零光程差位置，此时第一参考臂光束和第二参考臂光束分别沿各自的光路传播后经反射镜反射回到分光棱镜，第一参考臂光束的光程与第二参考臂光束的光程相等，两参考臂的光程差d4为零。当参考臂分束模块由参考臂第二反射镜 9和参考臂第三反射镜29组成时，调节眼后节光程调节模块，使第一参考臂光束和第二参考臂光束发生干涉，由于反射镜厚度的限制，干涉图像不再位于零光程差位置，选择合适的干涉位置进行标定，根据设定的干涉包络峰值位置，记下此时两参考臂的光程差为d4。
S2：调整眼轴测量装置，使虹膜图像清晰，则眼前节OCT图像出现在第一OCT图像显示框的成像焦点位置，此时可变焦液体透镜16的焦距记为第一焦距；在眼前节和眼后节交替成像的OCT系统中，眼前节和眼后节OCT图像是通过奇偶帧区分开的，奇数帧对应眼前节，偶数帧对应眼后节；所以在成像软件中，通常会设置有奇偶帧两个图像显示框，此处的眼前节出现在奇数成像框(即第一 OCT图像显示框)中，之后的眼后节会出现在偶数成像框(即第二OCT图像显示框)中。
S2具体为：
调节眼轴测量装置，利用虹膜成像光路初步定位待测眼28角膜位置，虹膜成像光路和眼前节OCT光路是共焦的，当虹膜图像清晰后，则待测眼角膜前表面正好位于接目物镜21的焦点位置，此时眼前节OCT图像出现在第一OCT图像显示框的成像焦点位置(即预设像素位置)，再上下移动待测眼角膜断层切面位置，使第一OCT图像显示框中出现因角膜顶点强反射引起的中心光柱，此时可变焦液体透镜16的焦距记为第一焦距。
S3：眼后节光程调节模块的沿光轴移动，直至眼后节OCT图像出现在第二 OCT图像显示框的预设像素位置，记录眼后节光程调节模块的位移量；
S3具体为：
眼后节光程调节模块从基准位置开始沿光轴移动，直至眼后节OCT图像出现在第二OCT图像显示框的预设像素位置，则第二参考臂光束的光程与样品臂光束在眼后节信息采集模式下的光程匹配，并记录下此时眼后节光程调节模块的位移量。
S4：可变焦液体透镜16在预设焦距范围内遍历，直至眼后节OCT图像清晰，记录可变焦液体透镜16的焦距并记为第二焦距；可变焦液体透镜在第二焦距时，进行的是眼后节信息采集模式。
S5：可变焦液体透镜在第一焦距和第二焦距切换，交替采集眼前节和眼后节二维OCT图像；
S6：根据待测眼28的眼前节和眼后节的二维OCT图像以及眼后节光程调节模块的位移量，计算待测眼的眼轴长值。
S6具体为：
根据待测眼28的眼前节和眼后节的二维OCT图像，获取待测眼28的角膜前表面和视网膜色素上皮细胞层像素位置，再根据眼后节光程调节模块的位移量，计算待测眼28角膜前表面到视网膜色素上皮细胞层之间的距离并作为待测眼28的眼轴长。
如图6所示，S6中，将待测眼28的眼前节和眼后节的二维OCT图像合并为待测眼28的OCT二维成像结果，利用边界识别方法对待测眼28的OCT二维成像结果进行图像处理后获得待测眼28的角膜前表面和视网膜色素上皮细胞层像素位置；记待测眼28角膜前表面的顶点至零光程差位置之间的距离为d1，视网膜色素上皮层至零光程差位置之间的距离为d2，眼后节光程调节模块的位移量为d3，则待测眼28的眼轴长D满足D＝d2–d1+d3+d4。
当参考臂分束模块包括分光棱镜5、参考臂第一聚焦透镜6、参考臂第一反射镜7、参考臂第二聚焦透镜8和参考臂第二反射镜9时，即零光程标定时，d4 ＝0；当参考臂分束模块包括参考臂第二反射镜9和参考臂第三反射镜29时，d4 ≠0。
Claims (10)
1.一种基于可变焦OCT的眼轴测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在采集开始前，利用眼后节光程调节模块对眼轴测量装置进行自检，自检后标定眼后节光程调节模块处于眼轴测量的基准位置；
S2：调整眼轴测量装置，使虹膜图像清晰，则眼前节OCT图像出现在第一OCT图像显示框的成像焦点位置，此时可变焦液体透镜(16)的焦距记为第一焦距；
S3：眼后节光程调节模块的沿光轴移动，直至眼后节OCT图像出现在第二OCT图像显示框的预设像素位置，记录眼后节光程调节模块的位移量；
S4：可变焦液体透镜(16)在预设焦距范围内遍历，直至眼后节OCT图像清晰，记录可变焦液体透镜(16)的焦距并记为第二焦距；
S5：可变焦液体透镜在第一焦距和第二焦距切换，交替采集眼前节和眼后节二维OCT图像；
S6：根据待测眼(28)的眼前节和眼后节的二维OCT图像以及眼后节光程调节模块的位移量，计算待测眼的眼轴长值。
2.根据权利要求1所述的一种基于可变焦OCT的眼轴测量方法，其特征在于，所述S1具体为：
调整眼后节光程调节模块，使得参考臂分束模块中的第一参考臂光束和第二参考臂光束在光纤耦合器(2)形成干涉信号，光谱仪相机(14)探测采集干涉图像，此时眼后节光程调节模块的位置作为眼轴测量的基准位置。
3.根据权利要求1所述的一种基于可变焦OCT的眼轴测量方法，其特征在于，所述S2具体为：
调节眼轴测量装置，利用虹膜成像光路初步定位待测眼(28)角膜位置，当虹膜图像清晰后，则待测眼角膜前表面正好位于接目物镜(21)的焦点位置，此时眼前节OCT图像出现在第一OCT图像显示框的成像焦点位置，再上下移动待测眼角膜断层切面位置，使第一OCT图像显示框中出现因角膜顶点强反射引起的中心光柱，此时可变焦液体透镜(16)的焦距记为第一焦距。
4.根据权利要求1所述的一种基于可变焦OCT的眼轴测量方法，其特征在于，所述S3具体为：
眼后节光程调节模块从基准位置开始沿光轴移动，直至眼后节OCT图像出现在第二OCT图像显示框的预设像素位置，则第二参考臂光束的光程与样品臂光束在眼后节信息采集模式下的光程匹配，并记录下此时眼后节光程调节模块的位移量。
5.根据权利要求1所述的一种基于可变焦OCT的眼轴测量方法，其特征在于，所述S6具体为：
根据待测眼(28)的眼前节和眼后节的二维OCT图像，获取待测眼(28)的角膜前表面和视网膜色素上皮细胞层像素位置，再根据眼后节光程调节模块的位移量，计算待测眼(28)角膜前表面到视网膜色素上皮细胞层之间的距离并作为待测眼(28)的眼轴长。
6.用于实施权利要求1-5任一所述眼轴测量方法的一种基于可变焦OCT的眼轴测量装置，其特征在于，包括OCT主体模块、OCT样品臂模块、OCT参考臂模块、虹膜成像模块和固视模块；OCT主体模块中出射的样品臂光束入射至OCT样品臂模块中，OCT主体模块中出射的参考臂光束入射至OCT参考臂模块中，OCT样品臂模块分别与虹膜成像模块和固视模块相连，OCT样品臂模块对待测眼(28)进行测量；
所述OCT样品臂模块包括样品臂准直器(15)、样品臂变焦模块、第二二向色镜(20)、接目物镜(21)和红外照明光源(22)；OCT主体模块出射的样品臂光束入射至样品臂准直器(15)中，经样品臂准直器(15)后的样品臂光束沿光轴依次经样品臂变焦模块以及第二二向色镜(20)的反射和接目物镜(21)的透射后入射至待测眼(28)，接目物镜(21)的侧面安装有红外照明光源(22)；
红外照明光源(22)发出的光经待测眼(28)的角膜反射后形成虹膜成像光束，虹膜成像光束沿着光轴依次经过接目物镜(21)的透射和第二二向色镜(20)的透射后入射至虹膜成像模块；
固视模块发出的固视光束入射至样品臂变焦模块，经样品臂变焦模块后的固视光束入射至第二二向色镜(20)，经第二二向色镜(20)反射的固视光束再经接目物镜(21)的透射后入射至待测眼(28)。
7.根据权利要求6所述的一种基于可变焦OCT的眼轴测量装置，其特征在于，所述样品臂变焦模块包括液体可变焦透镜(16)、扫描振镜(17)和第一二向色镜(18)；经样品臂准直器(15)后的样品臂光束沿光轴依次经扫描振镜(17)的反射、第一二向色镜(18)的反射和液体可变焦透镜(16)的透射后入射至第二二向色镜(20)；在眼前节信息采集模式下，液体可变焦透镜(16)的屈光为0D，从第一二向色镜18处反射的样品臂光束经过液体可变焦透镜(16)处透射后仍以平行光束出射，再经第二二向色镜20反射后通过接目物镜(21)汇聚于人眼角膜；在眼后节信息采集模式下，液体可变焦透镜(16)的后焦点与接目物镜(21)的前焦点重合，从第一二向色镜(18)处反射回来的样品臂光束以平行光束进入液体可变焦透镜(16)，经液体可变焦透镜(16)透射后的样品臂光束再以平行光束形式在接目物镜(21)处出射进入待测眼(28)，最后经人眼晶状体汇聚于视网膜上。
8.根据权利要求6所述的一种基于可变焦OCT的眼轴测量装置，其特征在于，所述样品臂变焦模块包括液体可变焦透镜(16)、扫描振镜(17)、第一二向色镜(18)和样品臂中继透镜(19)；经样品臂准直器(15)后的样品臂光束沿光轴依次经液体可变焦透镜(16)的透射、扫描振镜(17)的反射、第一二向色镜(18)的反射和样品臂中继透镜(19)的透射后入射至第二二向色镜(20)；在眼前节信息采集模式下，液体可变焦透镜(16)的后焦点和样品臂中继透镜(19)的前焦点重合，使经第二二向色镜(20)反射的样品臂光束以平行光的形式进入接目物镜(21)，再通过接目物镜(21)汇聚在待测眼(28)的角膜上，实现眼前节信息的采集；在眼后节信息采集模式下，样品臂中继透镜(19)的后焦点和接目物镜(21)的前焦点重合，使经接目物镜(21)透射的样品臂光束以平行光的形式入射至待测眼(28)，待测眼(28)自身将样品臂光束汇聚在视网膜上，实现眼后节信息的采集。
9.根据权利要求6所述的一种基于可变焦OCT的眼轴测量装置，其特征在于，所述OCT参考臂模块包括偏振控制器(3)、参考臂准直器(4)和参考臂分束模块，OCT主体模块出射的参考臂光束入射至偏振控制器(3)中，经偏振控制器(3)的参考臂光束经参考臂准直器(4)后入射至参考臂分束模块，参考臂分束模块中将参考臂光束分为第一参考臂光束和第二参考臂光束，第一参考臂光束的光程与样品臂光束在眼前节信息采集模式下的光程匹配，第二参考臂光束的光程与样品臂光束在眼后节信息采集模式下的光程匹配。
10.根据权利要求9所述的一种基于可变焦OCT的眼轴测量装置，其特征在于，所述参考臂分束模块包括参考臂第二反射镜(9)和参考臂第三反射镜(29)，经参考臂准直器(4)的参考臂光束入射至参考臂第三反射镜(29)，经参考臂第三反射镜(29)反射的参考臂光束作为第一参考臂光束，第一参考臂光束的光程与样品臂光束在眼前节信息采集模式下的光程匹配；参考臂第三反射镜(29)的中心开孔，穿过参考臂第三反射镜(29)的中心孔后入射至参考臂第二反射镜(9)的参考臂光束作为第二参考臂光束，参考臂第二反射镜(9)作为眼后节光程调节模块，沿光轴对眼后节光程调节模块进行移动，实现第二参考臂光束的光程与样品臂光束在眼后节信息采集模式下的光程匹配。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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