CN115399729A - 一种在体细胞水平的视功能检测设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种在体细胞水平的视功能检测设备及方法,用以解决现有的视功能检测技术精度不足不能确定病变准确位置的技术问题。设备包括:第一光源用于发出扫描光信号,第一耦合器用于将扫描光信号划分为第一束光与第二束光,双轴扫描系统用于通过第一束光对样品扫描生成带有样品信息的后向散射光,反射镜用于对第二束光进行反射生成反射光,第二耦合器用于接收带有样品信息的后向散射光与反射光生成干涉光信号,计算机用于基于干涉光信号生成细胞级三维图像;第二光源用于生成刺激光信号,角膜电极用于接收样品在刺激光信号作用下产生的刺激电信号;计算机还用于基于刺激电信号和细胞级三维图像确定样品中一类细胞或一层细胞的具体病变位置。
Description
技术领域
本申请涉及光学系统技术领域,尤其涉及一种在体细胞水平的视功能检测设备及方法。
背景技术
人体视觉系统是一个将光信号转换为视神经电信号并传导至大脑形成视觉的系统。人眼视网膜受到能量(光或图形)的刺激后,在视神经细胞内引起光化学和光电反应,并产生电位改变,形成神经冲动,传给双极细胞、神经节细胞、经视神经、视交叉、视束、外侧膝状体、视放射终止于大脑皮质的距状裂视中枢,整个过程可以用电生理学方法记录下来。眼部疾病的诊断,最根本的是关系到视网膜至视中枢功能的系统检测。对于视功能的了解、判断和检测,较为常用的一种电生理学方法就是视网膜电图法。
视网膜电图是给眼以闪光或者图形刺激,在角膜处记录到的一组视网膜综合电反应,其主要反应了视网膜视锥视杆系统功能和其它层的功能情况。正常视网膜电图的记录依赖于视网膜各层细胞功能的正常,各层细胞中任何一种或者多种受损,都可以导致视网膜电图记录异常。在实际应用过程中,可以通过改变背景光、刺激光及记录条件等,分析视网膜电图不同的波,辅助各种视网膜疾病的诊断,但这种诊断方式只能获取人眼全视野或局部的功能异常信号,无法确定病变的具体位置。
发明内容
本申请实施例提供了一种在体细胞水平的视功能检测设备及方法,用以解决现有的视功能检测技术精度不足,不能确定病变的准确位置的技术问题。
一方面,本申请实施例提供了一种在体细胞水平的视功能检测设备,所述设备包括:用于生成样品的细胞级三维图像的自适应光学相干断层扫描OCT系统,与用于采集样品在刺激光信号作用下产生的刺激电信号的视觉电生理系统;其中,所述自适应OCT系统包括第一光源、第一耦合器、第二耦合器、双轴扫描系统、反射镜以及计算机;所述第一光源用于发出扫描光信号,所述第一耦合器用于将所述扫描光信号划分为第一束光与第二束光,所述双轴扫描系统用于通过所述第一束光对所述样品进行扫描,生成带有样品信息的后向散射光,所述反射镜用于对第二束光进行反射,生成反射光,所述第二耦合器用于接收所述带有样品信息的后向散射光与所述反射光,并基于所述带有样品信息的后向散射光与所述反射光生成干涉光信号,所述计算机用于基于所述干涉光信号生成所述细胞级三维图像;所述视觉电生理系统包括第二光源以及角膜电极;所述第二光源用于生成刺激光信号,所述角膜电极用于接收所述样品在所述刺激光信号作用下产生的刺激电信号;所述计算机还用于基于所述刺激电信号,确定所述样品的疾病种类及病变区域,并通过所述细胞级三维图像,确定所述样品中的一类细胞或一层细胞的具体病变位置。
在本申请说明书的一个或多个实施例中,所述自适应OCT系统还包括:波前校正器及扫描镜头;所述波前校正器用于实时校正进入样品中的所述第一束光的波前信息,使得光学系统的分辨率接近光学衍射极限,提高光学系统在样品组织中的光学分辨率;所述波前校正器将所述第一束光校正后,照射向所述样品,产生带有样品信息的后向散射光,所述带有样品信息的后向散射光携带照射范围内所述样品的细胞级别的图像信息;所述扫描镜头用于将所述双轴扫描系统传输过来的所述第一束光照射向所述样品,以及用于接收所述第一束光照射向样品后生成的带有样品信息的后向散射光。
在本申请说明书的一个或多个实施例中,所述双轴扫描系统用于通过所述第一束光对所述样品进行扫描,具体为:所述双轴扫描系统为X、Y双轴扫描系统,用于通过所述扫描镜头将所述第一束光聚焦在所述样品上,所述双轴扫描系统的Y轴进入第一预设扫描位置后,所述双轴扫描系统的X轴发生横向移动,完成对所述样品的第一预设扫描区域的扫描;之后,所述双轴扫描系统的Y轴纵向移动至所述样品的第二预设扫描位置,所述双轴扫描系统的X轴发生横向移动,完成对所述样品的第二预设扫描区域的扫描;重复执行上述过程,直至所述双轴扫描系统的Y轴纵向移动至所述样品的第N预设扫描位置后,所述双轴扫描系统的X轴发生横向移动,完成对所述样品的第N预设扫描区域的扫描;其中,所述第一预设扫描位置在所述第一预设扫描区域的第一端,所述第二预设扫描位置在所述第二预设扫描区域的第一端,所述第N预设扫描位置在所述第N预设扫描区域的第一端。
在本申请说明书的一个或多个实施例中,所述自适应OCT系统还包括:第一准直器、第二准直器、第一环行器以及第二环行器;所述第一准直器用于将所述第二束光调整为平行光束,所述第一环行器用于为所述第二束光与所述反射光提供光传输通道;所述第二准直器用于将所述第一束光调整为平行光束,所述第二环行器用于为所述第一束光与所述带有样品信息的后向散射光提供光传输通道。
在本申请说明书的一个或多个实施例中,所述视觉电生理系统还包括:可调焦元件;所述可调焦元件用于调节所述第二光源产生的刺激光信号的焦距,以使所述刺激光信号到达所要照射位置的深度,经过所述调焦元件调焦后的所述刺激光信号在波前校正器的校正下聚焦到所述样品的一类细胞或者一层细胞上。
在本申请说明书的一个或多个实施例中,所述自适应OCT系统还包括:二向色镜;所述二向色镜用于,接收所述第一束光对应的平行光束,并将所述第一束光对应的平行光束全部送入所述双轴扫描系统;以及用于,反射调焦后的所述刺激光信号,并将调焦后的所述刺激光信号送入所述双轴扫描系统;还用于,接收光照射向所述样品后返回的光信号,所述光信号中含有带有样品信息的后向散射光。
在本申请说明书的一个或多个实施例中,所述自适应OCT系统还包括:信号接收装置与信号采集装置;所述信号接收装置用于接收所述第二耦合器生成的干涉光信号,并将所述干涉光信号转换为对应的电信号,所述信号采集装置用于采集所述干涉光信号对应的电信号,并将所述电信号传输至计算机,所述计算机将所述电信号转化为数字信号,并根据所述数字信号生成所述细胞级三维图像。
在本申请说明书的一个或多个实施例中,所述视觉电生理系统还包括:采集卡;所述采集卡用于对所述角膜电极接收到的刺激电信号进行采集,并将采集到的所述刺激电信号送入所述计算机,以便于所述计算机基于所述刺激电信号检测出所述样品上存在的疾病种类和病变区域。
在本申请说明书的一个或多个实施例中,所述计算机还用于,同步控制所述第二光源发出的刺激光信号与所述角膜电极接收所述刺激电信号。
另一方面,本申请实施例提供了一种在体细胞水平的视功能检测方法,应用如上述的一种在体细胞水平的视功能检测设备,方法包括:将第一光源发出扫描光信号通过第一耦合器划分为第一束光与第二束光;通过反射镜对所述第二束光进行反射得到反射光,以及通过双轴扫描系统将所述第一束光作用于样品,生成带有样品信息的后向散射光;将所述带有样品信息的后向散射光与所述反射光在第二耦合器中进行干涉,生成干涉光信号;基于所述干涉光信号,通过计算机生成所述样品对应的细胞级三维图像;将第二光源发出的刺激光信号作用于所述样品,通过角膜电极接收所述样品基于所述刺激光信号产生的刺激电信号;基于所述刺激电信号,通过所述细胞级三维图像,确定所述样品中的一类细胞或一层细胞的具体病变位置。
本申请实施例提供的一种在体细胞水平的视功能检测设备及方法,具有以下有益效果:通过将自适应OCT系统与视觉电生理系统相结合,能够在细胞级别上观察到眼底细胞的变化情况和细胞在刺激光信号作用下对应电信号的变化情况,通过对单个细胞的电信号的变化,确定单个细胞的病变情况,进而确定病变的具体位置,也能够将光聚焦到某一层或某一类细胞上,对某一层或某一类细胞进行检测,实现了细胞级别的视功能检测。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解,构成本申请的一部分,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。在附图中:
图1为本申请实施例提供的一种在体细胞水平的视功能检测设备架构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
光学相干断层扫描技术(Optical Coherence Tomography,OCT)是一项新兴的光学成像技术。它利用弱相干光干涉仪的基本原理,检测生物组织不同深度层面对入射弱相干光的背向反射或几次散射信号,通过扫描可得到生物组织二维结构图像。OCT技术由于具有实时、在体、无创、分辨率高、成本低等特点已成为继X-CT和MRI技术之后的又一突破性技术。现如今,OCT技术已经在眼科、牙科和皮肤科的临床诊断中得到应用,在生物组织活体检测和成像方面有着广阔的应用前景。
OCT系统中光源发出的光会被分为两束,一束进入参考臂,一束进入样品臂。进入样品臂的光照射在样品上,光需要穿透被测样品的上层到达深层结构,才能够得到被测样品的截面图像。当光到达深层位置时光强会有一定程度的衰减,光的衰减会限制OCT技术的成像深度,造成被测样品OCT图像整体色感不一致,且在深层位置的局部对比度严重下降,从而掩盖被测样品的深层结构信息。在理想情况下,OCT系统发出的光束可以不受任何影响地聚焦在样品的某一点上。但在实际传输中,紊流、热晕使光发生少量变化,造成传输波前畸变,因此光束发散,减弱了发送到这一点上的光束强度。
自适应光学(Adaptive optics,AO)是一项使用可变形镜面矫正因紊流、热晕造成的光波波前发生畸变,从而改进光学系统性能的技术。刚开始时自适应光学技术应用在天文领域,直到1994年美国罗切斯特大学视觉科学中心的Junzhong Liang等将自适应光学应用于视觉研究,把哈特曼相机和自适应光学技术引入视网膜成像,建立了世界上第一台用于人眼的自适应光学成像系统,并且首次获得了活体人眼高分辨率单细胞(视锥细胞)图像。2005年,美国印第安纳大学视光学院,Jungtae Rha等人将自适应光学系统引入频谱光学相干断层扫描仪,大大提高了SD-OCT的成像分辨率,分别在眼底中心凹1°和2.4°区域内获得了单个锥状细胞的清晰图像。正是因为自适应光学技术能够实时校正人眼相差,从而获得接近衍射极限水平的图像,因此近些年来自适应成像技术得到了迅猛的发展。
人体视觉系统是一个将光信号转换为视神经电信号并传导至大脑形成视觉的系统。人眼视网膜受到能量(光或图形)的刺激后,在视神经细胞内引起光化学和光电反应,并产生电位改变,形成神经冲动,传给双极细胞、神经节细胞、经视神经、视交叉、视束、外侧膝状体、视放射终止于大脑皮质的距状裂视中枢,整个过程可以用电生理学方法记录下来。
眼部疾病的诊断,最根本的是关系到视网膜至视中枢功能的系统检测。对于视功能的了解、判断和检测,基本可以归为两大类:一类是生理物理学方法,如视野、视力、色觉、暗适应和对比敏感度等;另一类是电生理方法,如眼电图(EOG)、视诱发电位(VEP)、视网膜电图(ERG)等测定。
电生理诊断方法已被ISCEV标准化,能过够客观无损地对不适合做生理物理检查者,如老年人、婴幼儿、智力低下或伪盲者进行更为有效的是功能检查。同时电生理诊断法可以克服屈光间浑浊的障碍用以测定视功能,可弥补光学检查的不足。
德国生理学家Du Bois-Reymond于1849年在欧洲鲤眼的动物实验中,首先发现立体眼球的前后极间存在的电位差,角膜侧相对后极部位为正,有数毫伏。这个发现开创了眼生物研究的新纪元。1865年瑞典科学家Frithiof和Holmgren首先观察到鱼眼的ERG,1934年Granit首先阐明了ERG主要成分的细胞起源,1945年,Karpe最先将视网膜电图(ERG)引入临床应用。
视网膜电图(ERG)是给眼以闪光或者图形刺激,在角膜处记录到的一组视网膜综合电反应。ERG来源于视网膜感光细胞及其后的双极细胞和神经节细胞,还有一些参与到光信号转化为生物电信号的水平细胞和无长突细胞。ERG主要反应了视网膜视锥视杆系统功能和其它层的功能情况。正常ERG的记录依赖于视网膜各层细胞功能的正常。各层细胞中任何一种或者多种受损,都可以导致ERG记录正常。
通过改变背景光、刺激光及记录条件,分析ERG不同的波,可辅助各种视网膜疾病的诊断。
1.闪光ERG主要由一个负相的a波和一个正相的b波组成,叠加在b波上的一组小波为振荡电位(oscillatory potentials,Ops)。其各波改变的临床意义如下:(1)a波和b波均下降:反应视网膜内层和外层均有损害,见于视网膜色素变性、玻璃体变性、脉络膜视网膜炎、全视网膜光凝后、视网膜脱离、铁锈或铜锈症、药物中毒;(2)b波下降,a波正常:夜盲症Ⅱ型、小口病(延长暗适应时间,提示视网膜内层功能障碍,见于先天性静止性b波可恢复正常)、青少年视网膜劈裂症、视网膜中央动脉或静脉阻塞;(3)ERG视锥细胞反应异常,视杆细胞反应正常:见于全色盲、进行性视锥细胞营养不良;(4)Ops波下降或消失:见于视网膜缺血状态,如糖尿病视网膜病变、视网膜中央静脉阻塞的缺血型和视网膜静脉周围炎等。
2.图形ERG它由Pl(P-50)的正相波和其后Nl(N-95)的负相波组成,图形ERG的起源与神经节细胞的活动密切相关,它的正相波有视网膜其他结构的活动参与。临床应用于开角型青光眼(图形ERG的改变早于图形VEP)、黄斑病变等。
3.多焦ERG即多位点视网膜电图。它是通过计算机控制的刺激器,以多个六边形模式来刺激视网膜,刺激单元明暗变化由序列来决定,得到的连续ERG混合反应信号,经计算机分析处理,得出每个刺激单元相应的局部ERG信号,通过多位点曲线阵列来表达,同时可以维地形图显示。此外还可以平均反应曲线波形(如6个环、4个象限、上下半野甚至是任意组合的平均反应),以及多种组合图等形式呈送结果。它主要反映了后极部的局部视网膜功能。
视觉电生理仪系统能够通过对特定视觉电生理信号的提取,实现对眼科疾病准确的早期定位诊断,是现代眼科病理学研究和临床诊断不可缺少的检查设备,视觉电生理的检查已成为眼科常规检查的手段之一。上世纪九十年代开发出多焦ERG,能够进行更精确的视网膜局部刺激和定位,以及定量分析,适合进行局部病变的诊断,但传统ERG在评价视网膜整体功能上仍有不可取代的价值。随着视觉电生理研究方法在虚拟视觉色觉研究等领域越来越广泛的应用,对视觉电生理检测系统的实时性及检测精度、记录数据容量等提出了进一步的要求。
以上现有技术的存在的问题:
1、ERG精度不足,不能确定病灶的准确位置;
2、无法刺激单个细胞,检测单个细胞的应激反应;
3、无法精准聚焦某个层次或某一类细胞。
ERG检测通过获取光或图形对眼睛的刺激产生的电反应确定人眼功能是否正常,只能获取人眼全视野或局部的功能异常信号,无法确定病变的具体位置。自适应OCT可以在细胞级别上对人眼底部进行细胞级的三维成像。因此,将自适应OCT于ERG相结合可以将对人眼底部功能的检查从全视野和局部逐步聚焦到单个细胞,对单个细胞进行刺激,通过对单个细胞的电信号的变化,确定单个细胞的病变情况,以此确定病变的具体位置。也可以将检查聚焦到某一层的细胞,对某一层的细胞进行刺激,得到某一层细胞的检查结果。
下面通过附图对本申请实施例提出的技术方案进行详细的说明。
图1为本申请实施例提供的一种在体细胞水平的视功能检测设备架构示意图。如图1所示,本申请实施例中的视功能检测设备包括,第一光源1、第一耦合器2、第一环行器3、第一准直器4、反射镜5、第二环行器6、第二准直器7、二向色镜8、双轴扫描系统9、波前校正器10、扫描镜头11、第二耦合器13、信号接收装置14、信号采集装置15和计算机16、第二光源17、可调焦元件18、采集卡19以及角膜电极20。
为了说明自适应OCT系统与视觉电生理系统结合的光路系统原理,现以最简单的自适应OCT系统为例进行介绍,在实际应用过程中使用的自适应OCT系统包括但不限于本申请实施例中所述的光路。
在本申请实施例的一种或多种可能实现方式中,视功能检测设备包含由上述器件构成的两个子系统:自适应OCT系统、视觉电生理系统;其中,自适应OCT系统用于生成样品的细胞级三维图像,视觉电生理系统用于采集样品在刺激光信号作用下产生的刺激电信号。
进一步地,自适应OCT系统包括:第一光源1、第一耦合器2、第一环行器3、第一准直器4、反射镜5、第二环行器6、第二准直器7、二向色镜8、双轴扫描系统9、波前校正器10、扫描镜头11、第二耦合器13、信号接收装置14、信号采集装置15以及计算机16,其中,第一光源1用于发出扫描光信号,第一耦合器2用于将前述扫描光信号划分为第一束光与第二束光(为便于描述,第一束光走第二环行器6对应的光路,第二束光走第一环行器3对应的光路),第一环行器3用于为第二束光提供光传输通道,第一准直器4用于将第二束光调整为平行光束,反射镜5用于对平行光束进行反射,生成反射光,第二环行器6用于为第一束光提供光传输通道,第二准直器7用于将第一束光调整为平行光束,二向色镜8用于将平行光束全部送入双轴扫描系统9,双轴扫描系统9将光传输至扫描镜头11,第一束光通过扫描镜头11照射向样品12,生成带有样品信息的后向散射光,另外,波前校正器10用于对第一束光的波前信息进行实时校正,使得光学系统的分辨率接近光学衍射极限,波前校正器10对第一束光进行校正后照射向样品12,生成的带有样品信息的后向散射光携带照射范围内样品12的细胞级别的图像信息,第二耦合器13用于接收带有样品信息的后向散射光与反射光,带有样品信息的后向散射光与反射光在第二耦合器13中相互干涉生成干涉光,信号接收装置14用于接收第二耦合器13生成的干涉光信号,将干涉光信号转换为对应的电信号,信号采集装置15用于接收干涉光信号对应的电信号,并将电信号传输至计算机16,计算机16用于将对应的电信号转化为数字信号,根据数字信号生成样品12的细胞级三维图像。
在上述过程中,第一环行器3还用于为第二束光的反射光提供光传输通道,以及,第二环行器6还用于为带有样品信息的后向散射光提供光传输通道。
更进一步地,视觉电生理系统包括:第二光源17、可调焦元件18、采集卡19以及角膜电极20;其中,第二光源17用于生成刺激光信号,可调焦元件18用于调节第二光源17产生的刺激光信号到达所要照射位置的深度,经过调焦后的刺激光信号在波前校正器10的校正下聚焦到样品12的一类细胞或者一层细胞上,角膜电极20用于接收样品12在刺激光信号作用下产生的刺激电信号,采集卡19用于对角膜电极20接收到的刺激电信号进行采集,并将采集到的刺激电信号送入计算机16,以便于计算机16基于刺激电信号检测出样品12上的疾病种类和病变区域。
视觉电生理系统在工作时还需要用到自适应OCT系统中的部分器件,例如用到,二向色镜8用于将调焦后的刺激光信号送入双轴扫描系统9,并接收光照射向样品12后返回的光信号,该光信含有带有样品信息的后向散射光,带有样品信息的后向散射光穿过二向色镜进入第二准直器。
在本申请实施例的一种或多种可能实现方式中,双轴扫描系统9通过第一束光对样品12进行扫描,具体为,双轴扫描系统为X、Y双轴扫描系统,通过扫描镜头11将第一束光聚焦在样品12上,双轴扫描系统9的Y轴进入第一预设扫描位置,进入第一预设扫描位置后X轴发生横向移动,完成样品12的第一预设扫描区域的扫描过程;之后,双轴扫描系统9控制所述Y轴纵向移动至所述样品12的第二预设扫描位置,进入第二预设扫描位置后X轴发生横向移动,完成样品12的第二预设扫描区域的扫描过程;重复执行上述过程,直至双轴扫描系统9控制所述Y轴纵向移动至样品12的第N预设扫描位置,进入第N预设扫描位置后X轴发生横向移动,完成样品12的第N预设扫描区域的扫描过程;其中,第一预设扫描位置在第一预设扫描区域的第一端,第二预设扫描位置在第二预设扫描区域的第一端,……,第N预设扫描位置在第N预设扫描区域的第一端。需要说明的是,第一预设扫描位置、第二预设扫描位置,……,第N预设扫描位置,在预设扫描区域的同一端,并且,第一预设扫描区域、第二预设扫描区域,……,第N预设扫描区域构成样品12扫描区域。
在本申请实施例的一种或多种可能实现方式中,为了便于计算机16能够及时接收到样品12在刺激光信号作用下产生的变化,也即,为了角膜电极20能够及时接收到样品12的刺激电信号,本申请实施例中计算机16会同步控制第二光源17发出刺激光信号与角膜电极20接收刺激电信号。
下面通过光的传播过程,对本申请实施例中的视功能检测系统进行进一步说明:
自适应OCT系统中的第一光源1的光照射进第一耦合器2后被分为两束,分别为第一束光和第二束光。第二束光由第一环行器3的通道24进入第一环行器3后,由第一环行器3的通道26进入第一准直器4,第一准直器4将光变为平行光束后照射到反射镜5上,照射到反射镜5上的光发生反射,生成反射光,反射光经第一准直器4后由第一环行器3的通道26进入第一环行器3,反射光在第一环行器3中运行至通道25后,由第一环行器3的通道25进入第二耦合器13。同时,第一束光由第二环行器6的通道21进入第二环行器6后,由第二环行器6的通道23进入第二准直器7,第二准直器7将光变为平行光束后照射向二向色镜8,此时照向二向色镜8的光全部透过二向色镜8进入双轴扫描系统9,双轴扫描系统9将第一束光传输至波前校正器10,波前校正器10将校正后的光传输至扫描镜头11后,由扫描镜头11照射向样品12,得到带有样品信息的后向散射光,带有样品信息的后向散射光依次经过扫描镜头11、波前校正器10、双轴扫描系统9、二向色镜8和第二准直器7后由第二环行器6的通道23经过第二环行器6的通道22进入第二耦合器13,与反射光在第二耦合器13中相互干涉,形成干涉光,干涉光被信号接收装置14接收后将光信号转化为对应的电信号由信号采集装置15接收并传输至计算机16,计算机16将电信号转化为数字信号,根据OCT技术的相应算法呈现样品12扫描位置的细胞级三维图像。
在上述过程中,计算机16根据细胞级三维图像的图像清晰度等指标将调整指令传回波前校正器10,波前校正器10根据计算机16给出的调整指令对由双轴扫描系统9传输出来的光进行波前信息的校正。
进一步地,视觉电生理系统中的第二光源17发出的刺激光信号进入可调焦元件18,经过调焦后照向二向色镜8,调焦后的刺激光信号被二向色镜8反射后进入自适应OCT系统中的双轴扫描系统9,双轴扫描系统9将光发出后,依次进入波前校正器10和扫描镜头11,光由扫描镜头11照射到样品12上,样品12被刺激光信号刺激后会产生相应的刺激电信号,这部分刺激电信号被角膜电极20接收后传送至采集卡19,采集卡19将该刺激电信号传输进计算机16,以便于计算机16确定样品12的疾病种类和病变位置。
在上述过程中,计算机16实现设备的控制过程,控制双轴扫描系统9将接收到的光对样品12进行扫描;控制波前校正器10对接收到的光进行校正,提高光学分辨率;同步控制第二光源17发出刺激光信号和角膜电极20接收刺激电信号;控制可调焦元件18调节光的聚焦深度。
在本申请实施例的一种或多种可能实现方式中,第一光源1采用的是近红外宽光谱弱相干光源,其中心波长为1050nm,3dB宽度波长范围在1000-1100nm,第二光源17可以是:白色光600cd.m-2,闪光刺激5ms,闪光强度3.0cd.s.m-2,刺激间隔1S,但所有参数都可以根据测试要求调整,如:刺激光颜色、强度、刺激时间、刺激间隔等。
另外,本申请实施例中的视功能检测设备,其使用方法如下:第一光源1发出的光照射到样品12上,自适应OCT系统在计算机16上可以得到扫描部位的细胞级别的三维图像。第二光源17与角膜电极20同步启动,第二光源17发出的光刺激样品12,角膜电极20收集光刺激样品12后产生的电信号的强度和频率,并反馈到计算机16,以便于计算机16根据电信号确定病症和异常部位(或者病变部位)的大致位置,可调焦元件18调节第二光源17发出的光的聚焦深度,自适应OCT系统中的波前校正器10可以将光直接聚焦到病变部位的一层细胞或一类细胞上,第二光源17和角膜电极20同步对病变部位进行刺激和检测。
以上为本申请实施例中的设备实施例,基于同样的发明构思,本申请实施例还提供了一种在体细胞水平的视功能检测方法。
本申请实施例的视功能检测方法应用如前述实施例所描述的一种在体细胞水平的视功能检测设备,方法包括:将第一光源发出扫描光信号通过第一耦合器划分为第一束光与第二束光;通过反射镜对所述第二束光进行反射得到反射光,以及通过双轴扫描系统将所述第一束光作用于样品,生成带有样品信息的后向散射光;将所述带有样品信息的后向散射光与所述反射光在第二耦合器中进行干涉,生成干涉光信号;基于所述干涉光信号,通过计算机生成所述样品对应的细胞级三维图像;将第二光源发出的刺激光信号作用于所述样品,通过角膜电极接收所述样品基于所述刺激光信号产生的刺激电信号;基于所述刺激电信号,通过所述细胞级三维图像,确定所述样品中的一类细胞或一层细胞的具体病变位置。
本申请中的各个实施例均采用递进的方式描述,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
还需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的实施例而已,并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种在体细胞水平的视功能检测设备,其特征在于,所述设备包括:用于生成样品的细胞级三维图像的自适应光学相干断层扫描OCT系统,与用于采集样品在刺激光信号作用下产生的刺激电信号的视觉电生理系统;其中,
所述自适应OCT系统包括第一光源、第一耦合器、第二耦合器、双轴扫描系统、反射镜以及计算机;所述第一光源用于发出扫描光信号,所述第一耦合器用于将所述扫描光信号划分为第一束光与第二束光,所述双轴扫描系统用于通过所述第一束光对所述样品进行扫描,生成带有样品信息的后向散射光,所述反射镜用于对第二束光进行反射,生成反射光,所述第二耦合器用于接收所述带有样品信息的后向散射光与所述反射光,并基于所述带有样品信息的后向散射光与所述反射光生成干涉光信号,所述计算机用于基于所述干涉光信号生成所述细胞级三维图像;
所述视觉电生理系统包括第二光源以及角膜电极;所述第二光源用于生成刺激光信号,所述角膜电极用于接收所述样品在所述刺激光信号作用下产生的刺激电信号;
所述计算机还用于基于所述刺激电信号,确定所述样品的疾病种类及病变区域,并通过所述细胞级三维图像,确定所述样品中的一类细胞或一层细胞的具体病变位置。
2.根据权利要求1所述的一种在体细胞水平的视功能检测设备,其特征在于,所述自适应OCT系统还包括:波前校正器及扫描镜头;
所述波前校正器用于实时校正进入所述样品中的所述第一束光的波前信息;
所述扫描镜头用于将所述双轴扫描系统传输过来的所述第一束光照射向所述样品;以及用于接收所述第一束光照射向所述样品后生成的所述带有样品信息的后向散射光。
3.根据权利要求2所述的一种在体细胞水平的视功能检测设备,其特征在于,所述双轴扫描系统用于通过所述第一束光对所述样品进行扫描,具体为:
所述双轴扫描系统为X、Y双轴扫描系统,用于通过所述扫描镜头将所述第一束光聚焦在所述样品上,所述双轴扫描系统的Y轴进入第一预设扫描位置后,所述双轴扫描系统的X轴发生横向移动,完成对所述样品的第一预设扫描区域的扫描过程;
之后,所述双轴扫描系统的Y轴纵向移动至所述样品的第二预设扫描位置,所述双轴扫描系统的X轴发生横向移动,完成对所述样品的第二预设扫描区域的扫描过程;
重复执行上述过程,直至所述双轴扫描系统的Y轴纵向移动至所述样品的第N预设扫描位置后,所述双轴扫描系统的X轴发生横向移动,完成对所述样品的第N预设扫描区域的扫描过程;
其中,所述第一预设扫描位置在所述第一预设扫描区域的第一端,所述第二预设扫描位置在所述第二预设扫描区域的第一端,所述第N预设扫描位置在所述第N预设扫描区域的第一端。
4.根据权利要求1所述的一种在体细胞水平的视功能检测设备,其特征在于,所述自适应OCT系统还包括:第一准直器、第二准直器、第一环行器以及第二环行器;
所述第一准直器用于将所述第二束光调整为平行光束,所述第一环行器用于为所述第二束光与所述反射光提供光传输通道;
所述第二准直器用于将所述第一束光调整为平行光束,所述第二环行器用于为所述第一束光与所述带有样品信息的后向散射光提供光传输通道。
5.根据权利要求1所述的一种在体细胞水平的视功能检测设备,其特征在于,所述视觉电生理系统还包括:可调焦元件;
所述可调焦元件用于调节所述第二光源产生的所述刺激光信号的焦距,以使所述刺激光信号到达所要照射位置的深度。
6.根据权利要求1所述的一种在体细胞水平的视功能检测设备,其特征在于,所述自适应OCT系统还包括:二向色镜;
所述二向色镜用于,接收所述第一束光对应的平行光束,并将所述第一束光对应的平行光束全部送入所述双轴扫描系统;
以及用于,反射所述可调焦元件调焦后的所述刺激光信号,并将调焦后的所述刺激光信号送入所述双轴扫描系统;
还用于,接收所述双轴扫描系统扫描所述样品后返回的光信号,所述返回的光信号中含有所述带有样品信息的后向散射光。
7.根据权利要求1所述的一种在体细胞水平的视功能检测设备,其特征在于,所述自适应OCT系统还包括:信号接收装置与信号采集装置;
所述信号接收装置用于接收所述第二耦合器生成的干涉光信号,并将所述干涉光信号转换为对应的电信号,所述信号采集装置用于接收所述信号接收装置传输出来的电信号,并将所述电信号传输至所述计算机,所述计算机用于将所述电信号转换为数字信号,并根据所述数字信号生成所述细胞级三维图像。
8.根据权利要求1所述的一种在体细胞水平的视功能检测设备,其特征在于,所述视觉电生理系统还包括:采集卡;
所述采集卡用于对所述角膜电极接收到的所述刺激电信号进行采集,并将采集到的所述刺激电信号送入所述计算机,以便于所述计算机基于所述刺激电信号检测出所述样品上存在的疾病种类和病变区域。
9.根据权利要求1所述的一种在体细胞水平的视功能检测设备,其特征在于,所述计算机还用于,
同步控制所述第二光源发出的刺激光信号与所述角膜电极接收所述刺激电信号。
10.一种在体细胞水平的视功能检测方法,应用如权利要求1-9任一项所述的一种在体细胞水平的视功能检测设备,其特征在于,所述方法包括:
将第一光源发出扫描光信号通过第一耦合器划分为第一束光与第二束光;
通过反射镜对所述第二束光进行反射得到反射光,以及通过双轴扫描系统将所述第一束光作用于样品,生成带有样品信息的后向散射光;
将所述带有样品信息的后向散射光与所述反射光在第二耦合器中进行干涉,生成干涉光信号;
基于所述干涉光信号,通过计算机生成所述样品对应的细胞级三维图像;
将第二光源发出的刺激光信号作用于所述样品,通过角膜电极接收所述样品基于所述刺激光信号产生的刺激电信号;
基于所述刺激电信号,通过所述细胞级三维图像,确定所述样品中的一类细胞或一层细胞的具体病变位置。
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