CN115634098B - 一种高速眼科手术导航oct系统及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种高速眼科手术导航OCT系统及实现方法，包括OCT成像模块和显微镜成像模块；OCT成像模块包括第一OCT成像子单元和第二OCT成像子单元，分别用于成像眼前节的不同深度位置，进而拼接实现整个眼前节的高速二维断层成像或三维OCT体积成像；第一OCT成像子单元和第二OCT成像子单元是同时进行OCT成像的；控制单元将来自扫频激光器的触发信号T0根据计算机指令，选择性的对触发信号T0进行延时、导通或者断开，然后输出处理后的触发信号T1、T2、T3分别给第一采集模块、第二采集模块和第三采集模块的外触发端口。本发明打破目前OCT实时成像速度慢的缺点，为眼前节手术的OCT导航带来新的解决方法。

Description

一种高速眼科手术导航OCT系统及实现方法

技术领域

本发明涉及一种OCT技术领域，特别是涉及一种高速眼科手术导航OCT系统及实现方法。

背景技术

根据世界卫生组织(WHO)数据，2020年有10亿人的视力损伤原能被预防或尚待解决，其中白内障6520万、青光眼6900万等，预防治疗率有待提升。在致盲原因中白内障占9％、青光眼占10％，二者均为世界致盲和视力障碍的主要原因。我国眼科医院及卫生机构眼科床位数均持续增加，直接推动了眼科显微镜的采购需求。与国外眼科显微镜产品相比，国产产品具有明显的价格优势，这有利于降低医院的经营成本和患者的就医成本。但在高端产品领域，国内产品在口碑及质量上存在较大的竞争劣势。

光学相干断层扫描(OCT)是一种非接触式成像模式，能够检测来自具有高灵敏度和微米尺度空间分辨率的组织的后向散射光子。OCT傅里叶域检测的出现以及其相对于时域技术的灵敏度优势的确认促进了从实时二维B-SCAN成像到实时三维体积成像。显微镜集成术中OCT设备是由手持式术中OCT以及探头式术中OCT发展而来。

申请号CN108577802A通过机械切换透镜，将OCT成像光路模块与眼科手术显微镜结合，拓展手术显微镜系统的应用。但是，其缺点是两个模态不能同时成像，不能用于实时手术导航。

申请号JP2016115036提出一种将OCT功能和激光治疗功能与显微镜结合的装置。特别地，其缺点是没有考虑实际成像深度参数需求，可行性低。

综上所述，如果抓住机遇，主动创新，打破国际垄断，占据高端医疗装备领域的话语权，引领国际医学发展制高点，具有重要意义。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种高速眼科手术导航OCT系统及实现方法。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种高速眼科手术导航OCT系统，包括OCT成像模块和显微镜成像模块，OCT成像模块包括：扫频激光器、1x3光纤分束器、第一通用光纤耦合器、第一偏振控制器、第一均分光纤耦合器、第一光电平衡探测器、第一带通滤波器、第一采集模块、第二通用光纤耦合器、第二偏振控制器、第二均分光纤耦合器、第二光电平衡探测器、第二带通滤波器、第二采集模块、插值时钟单元、第三采集模块、控制单元、计算机和成像光路单元；显微镜成像模块包括显微镜光路和物镜，显微镜成像模块和OCT成像模块共用同一个物镜，实现不同成像模态的集成；

扫频激光器的输出端通过光纤连接至1x3光纤分束器的第一端口；1x3光纤分束器的第二端口通过光纤连接至插值时钟单元，插值时钟单元通过射频线缆连接至第三采集模块，第三采集模块通过PCIe总线连接至计算机；

OCT成像模块包括第一OCT成像子单元和第二OCT成像子单元，分别用于成像眼前节的不同深度位置，进而拼接实现整个眼前节的高速二维断层成像或三维OCT体积成像；第一OCT成像子单元和第二OCT成像子单元是同时进行OCT成像的；

第一OCT成像子单元包括：1x3光纤分束器的第三端口通过光纤连接至第一通用光纤耦合器的第二端口，第一通用光纤耦合器的第四端口通过光纤连接至成像光路单元的第一样品臂；第一通用光纤耦合器的第三端口通过光纤连接至第一偏振控制器，这一路光作为第一OCT成像子单元的参考臂，第一偏振控制器通过光纤连接至第一均分光纤耦合器的第二端口，第一通用光纤耦合器的第一端口通过光纤连接至第一均分光纤耦合器的第一端口，第一均分光纤耦合器的第三、第四端口通过光纤连接至第一光电平衡探测器，第一光电平衡探测器通过射频线缆连接至第一带通滤波器，第一带通滤波器输出第一OCT干涉信号S1，通过射频线缆连接至第一采集模块的输入端；

第二OCT成像子单元包括：1x3光纤分束器的第四端口通过光纤连接至第二通用光纤耦合器的第二端口，第二通用光纤耦合器的第四端口通过光纤连接至成像光路单元的第二样品臂；第二通用光纤耦合器的第三端口通过光纤连接至第二偏振控制器，这一路光作为第二OCT成像子单元的参考臂，第二偏振控制器通过光纤连接至第二均分光纤耦合器的第二端口，第二通用光纤耦合器的第一端口通过光纤连接至第二均分光纤耦合器的第一端口，第二均分光纤耦合器的第三、第四端口通过光纤连接至第二光电平衡探测器，第二光电平衡探测器通过射频线缆连接至第二带通滤波器，第二带通滤波器输出第二OCT干涉信号S2，通过射频线缆连接至第二采集模块的输入端；

控制单元将来自扫频激光器的触发信号T0根据计算机指令，选择性的对触发信号T0进行延时、导通或者断开，然后输出处理后的触发信号T1、T2、T3分别给第一采集模块、第二采集模块和第三采集模块的外触发端口。

在本发明的一种优选实施方式中，成像光路单元包括：显微镜光路、第一样品臂、第二样品臂、物镜、第一二项色镜、第二二项色镜；第一二项色镜将显微镜光路与第一样品臂合在一起，但是两个模块的光轴不同轴；第二二项色镜将显微镜光路与第二样品臂合在一起，但是两个模块的光轴不同轴；

或/和显微镜光路还包括相机成像系统，可以将拍摄到的手术过程进行全程录像保存。

在本发明的一种优选实施方式中，第一样品臂或/和第二样品臂包括准直器、变焦镜、角反射镜、导轨、二维扫描镜、中继透镜组。

在本发明的一种优选实施方式中，扫频激光器输出光束进过1x3光纤分束器分别进入第一OCT成像子单元和第二OCT成像子单元和插值时钟单元；第一OCT成像子单元中，光束进入第一通用光纤耦合器后一分为二分别进入第一样品臂和参考臂，样品返回的光束再次通过第一样品臂和第一通用光纤耦合器后在第一均分光纤耦合器处于参考臂出射的光速发生干涉，被第一均分光纤耦合器分束后由第一光电平衡探测器转化为电信号，经过第一带通滤波器输出第一OCT干涉信号S1；

第二OCT成像子单元中，光束进入第二通用光纤耦合器后一分为二分别进入第二样品臂和参考臂，样品返回的光束再次通过第二样品臂和第二通用光纤耦合器后在第二均分光纤耦合器处于参考臂出射的光速发生干涉，被第二均分光纤耦合器分束后由第二光电平衡探测器转化为电信号，进过第二带通滤波器输出第二OCT干涉信号S2；

或/和所述的1x3光纤分束器分光比是k1:k2:k3，且k2>k1>>k3。

在本发明的一种优选实施方式中，1x3光纤分束器分光比是30％：69.5％：0.5％，其中0.5％的光用于插值时钟单元，30％的光用于第一OCT成像子单元实现角膜和前房成像，69.5％的光用于第二OCT成像子单元实现晶状体成像；因为角膜反射率较高，晶状体反射率较低，所以将较强的光束用于晶状体成像，较弱的光束用于角膜和前房成像，极低的一部分光束用于插值时钟单元产生插值信号S3。

在本发明的一种优选实施方式中，扫频激光器发出的光束传至第一OCT成像子单元，该光束发生干涉时，累计走过的光程差为L1；

扫频激光器发出的光束传至第二OCT成像子单元，该光束发生干涉时，累计走过的光程差为L2；

扫频激光器发出的光束传至插值时钟模块，该光束发生干涉时，累计走过的光程差为L3；

调整L3，使其满足|L3-L1|≤一个采样点时间内光束的传播距离L0；保证插值时钟单元输出的信号S3和第一OCT成像子单元输出的信号S1具有同样的初始相位，使得插值效果最佳；

或/和所述的第一OCT干涉信号S1的频率范围是0～f1；

第一带通滤波器的透过频率范围是0～f1；

第二OCT干涉信号S2的频率范围是0～f2；

第二带通滤波器的透过频率范围是0～f2。

本发明还公开了一种高速眼科手术导航OCT成像实现方法，包括以下步骤：

S1，校对OCT成像单元：将一个反射镜作为成像样品置于额定的工作位置处，将一个具有1000倍衰减的中性密度衰减片置于物镜后方，放置OCT信号过度饱和；分别调整两个样品臂中的角反射镜，使得第一OCT干涉信号S1与第二OCT干涉信号S2的信号频率相等，且都是零；

S2，校对插值时钟单元：扫频激光器发出的光束传至第一OCT成像子单元，该光束发生干涉时，累计走过的光程差为L1；扫频激光器发出的光束传至第二OCT成像子单元，该光束发生干涉时，累计走过的光程差为L2；扫频激光器发出的光束传至插值时钟模块，该光束发生干涉时，累计走过的光程差为L3；调整L3，使其满足|L3-L1|≤一个采样点时间内光束的传播距离L0；

S3，校准像差：两个OCT成像单元和显微镜光路的光轴互相不重合，所以得到的图像会有较大像差，需要校对像差；将一个低反射率的棋盘格作为样品分别至于不同工作距离处进行显微镜成像和两个OCT单元的成像；选取的工作距离次数不少于5次，每次选取的工作距离间隔需要是1～2mm；每个工作距离下，都得到三幅图像，首先将两幅OCT图像进行配准，依据校对结果调整OCT成像单元中的二维扫描镜的中心点，实现两幅OCT图像的视场重合，然后将倾斜的OCT图像进行和像差校对变为无倾斜的OC图像；调整显微镜光路结果，将OCT图像的投影图与显微镜成像的结构进行配准和像差校对；

S4，校对干涉信号S2：将反射镜作为样品置于额定工作位置的往后移动，直到此时干涉信号S2的频率是f1；然后调整第二OCT成像单元的样品臂中的角反射镜，使得第二OCT干涉信号S2的频率变为零；使得第二OCT成像单元在成像时，干涉信号S2的频率范围是0～f2；

S5，开始成像：将被测眼置于额定工作位置，调整样品臂中的变焦镜和角反射镜，使得第一OCT干涉信号S1对角膜和前房部位实现清晰OCT成像，使得第二OCT干涉信号S2对晶状体部位实现清晰OCT成像；调整显微镜光路，使得显微镜成像模块能够对角膜虹膜实现清晰图像。

在本发明的一种优选实施方式中，根据步骤S3的像差校对数据，将第一OCT干涉信号S1和第二OCT干涉信号S2在频率域上进行融合，依据标准是对信号S2进行移频处理，即探测得到的信号S2频率在0～f2之内，移频后是f1～f2+f1；所以S1和S2两个信号拼接起来的频率范围是0～f1+f2；

将信号S1和S2处理后，得到整个眼前节OCT图像。

在本发明的一种优选实施方式中，如果针对角膜进行手术，则可以重新调整第二OCT成像单元的角反射镜，使其零光程点与第一OCT成像单元一致，都用于成像角膜，并且将第二带通滤波器更换为与第一带通滤波器。

在本发明的一种优选实施方式中，如果针对晶状体进行手术，则可以重新调整第一OCT成像单元的角反射镜，使其零光程点与第二OCT成像单元一致，都用于成像晶状体，并且将第一带通滤波器更换为与第二带通滤波器。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明打破目前OCT实时成像速度慢的缺点，为眼前节手术的OCT导航带来新的解决方法。OCT系统成像速度慢原因：采集模块和电脑实时传输速度慢，目前小于等于6.8GB/s，对于眼前节大于10mm的成像深度，扫频OCT系统的扫频速度基本需要小于300kHz，这个速度不能用来三维OCT手术导航，因为采样点太稀疏，不能提供有效信息；另外通过将两个互补OCT成像模块和显微镜成像模块结合，实现多模态图像信息，提供多方位患者信息，辅助医生手术治疗；通过利用两个OCT成像单元分别成像眼前节的不同深度位置，进而拼接实现整个眼前节的高速二维断层成像或三维OCT体积成像；对于二维OCT图像导航，更高的成像速度意味着可以多次平均提高信噪比，对手术中的细节影像诊断可以更加精准；对于三维OCT体积成像，信号频率降低意味着所需要的采样率降低，意味着同样时间内可以传输更多的采样点数据，使得整个眼前节的三维OCT体积导航变为可行。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明连接示意框图。

图2是本发明成像光路单元的连接结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明的高速眼科手术导航OCT系统，如图1和2所示，包括OCT成像模块和显微镜成像模块；显微镜成像模块包括显微镜光路和物镜，显微镜成像模块和OCT成像模块共用同一个物镜，实现不同成像模态的集成；OCT成像模块主要包括扫频激光器、1x3光纤分束器、第一通用光纤耦合器、第一偏振控制器、第一均分光纤耦合器、第一光电平衡探测器、第一带通滤波器、第一采集模块、第二通用光纤耦合器、第二偏振控制器、第二均分光纤耦合器、第二光电平衡探测器、第二带通滤波器、第二采集模块、插值时钟单元、第三采集模块、控制单元、计算机和成像光路单元；

扫频激光器的输出端通过光纤连接至1x3光纤分束器的第一端口；1x3光纤分束器的第二端口通过光纤连接至插值时钟单元，插值时钟单元通过射频线缆连接至第三采集模块，第三采集模块通过PCIe总线连接至计算机；

OCT成像模块由第一OCT成像子单元和第二OCT成像子单元构成，分别用于成像眼前节的不同深度位置，进而拼接实现整个眼前节的高速二维断层成像或三维OCT体积成像；第一OCT成像子单元和第二OCT成像子单元是同时进行OCT成像的；

对于第一OCT成像子单元：1x3光纤分束器的第三端口通过光纤连接至第一通用光纤耦合器的第二端口，第一通用光纤耦合器的第四端口通过光纤连接至成像光路单元的第一样品臂；第一通用光纤耦合器的第三端口通过光纤连接至第一偏振控制器，这一路光作为第一OCT成像子单元的参考臂，第一偏振控制器通过光纤连接至第一均分光纤耦合器的第二端口，第一通用光纤耦合器的第一端口通过光纤连接至第一均分光纤耦合器的第一端口，第一均分光纤耦合器的第三、第四端口通过光纤连接至第一光电平衡探测器，第一光电平衡探测器通过射频线缆连接至第一带通滤波器，第一带通滤波器输出第一OCT干涉信号S1，通过射频线缆连接至第一采集模块的输入端；

对于第二OCT成像子单元：1x3光纤分束器的第四端口通过光纤连接至第二通用光纤耦合器的第二端口，第二通用光纤耦合器的第四端口通过光纤连接至成像光路单元的第二样品臂；第二通用光纤耦合器的第三端口通过光纤连接至第二偏振控制器，这一路光作为第二OCT成像子单元的参考臂，第二偏振控制器通过光纤连接至第二均分光纤耦合器的第二端口，第二通用光纤耦合器的第一端口通过光纤连接至第二均分光纤耦合器的第一端口，第二均分光纤耦合器的第三、第四端口通过光纤连接至第二光电平衡探测器，第二光电平衡探测器通过射频线缆连接至第二带通滤波器，第二带通滤波器输出第二OCT干涉信号S2，通过射频线缆连接至第二采集模块的输入端；

其成像光路单元为现有技术，成像光路单元包括：显微镜光路、第一样品臂、第二样品臂、物镜、第一二项色镜、第二二项色镜；第一二项色镜将显微镜光路与第一样品臂合在一起，但是两个模块的光轴不同轴；第二二项色镜将显微镜光路与第二样品臂合在一起，但是两个模块的光轴不同轴；进一步的，显微镜光路除了包括目视系统还包括相机成像系统，可以将拍摄到的手术过程进行全程录像保存。

显微镜光路由两组一样的光路结构组成，分别实现左目成像和右目成像，每一路都包括中继镜、变焦系统、接物镜、分光片、目镜、镜头、相机；相机与观察眼可以同时观察被测物体，相机可以将拍摄到的手术过程进行录像保存。

样品臂包括准直器、变焦镜、角反射镜、导轨、二维扫描镜和中继透镜组；第一样品臂和第二样品臂的组成结构一样；

控制单元将来自扫频激光器的触发信号T0根据计算机指令，选择性的对触发信号T0进行延时、导通或者断开，然后输出处理后的触发信号T1、T2、T3分别给第一采集模块、第二采集模块和第三采集模块的外触发端口；

扫频激光器输出光束进过1x3光纤分束器分别进入第一OCT成像子单元和第二OCT成像子单元和插值时钟单元；第一OCT成像子单元中，光束进入第一通用光纤耦合器后一分为二分别进入第一样品臂和参考臂，样品返回的光束再次通过第一样品臂和第一通用光纤耦合器后在第一均分光纤耦合器处于参考臂出射的光速发生干涉，被第一均分光纤耦合器分束后由第一光电平衡探测器转化为电信号，经过第一带通滤波器输出第一OCT干涉信号S1；

第二OCT成像子单元中，光束进入第二通用光纤耦合器后一分为二分别进入第二样品臂和参考臂，样品返回的光束再次通过第二样品臂和第二通用光纤耦合器后在第二均分光纤耦合器处于参考臂出射的光速发生干涉，被第二均分光纤耦合器分束后由第二光电平衡探测器转化为电信号，进过第二带通滤波器输出第二OCT干涉信号S2；

所述的1x3光纤分束器分光比是k1:k2:k3，且k2>k1>>k3，>>表示远大于，一般取k1大于十倍k3以上，优选分光比是30％：69.5％：0.5％，其中0.5％的光用于插值时钟单元，30％的光用于第一OCT成像子单元实现角膜和前房成像，69.5％的光用于第二OCT成像子单元实现晶状体成像；因为角膜反射率较高，晶状体反射率较低，所以将较强的光束用于晶状体成像，较弱的光束用于角膜和前房成像，极低的一部分光束用于插值时钟单元产生插值信号S3；

扫频激光器发出的光束传至第一OCT成像子单元，该光束发生干涉时，累计走过的光程差为L1；扫频激光器发出的光束传至第二OCT成像子单元，该光束发生干涉时，累计走过的光程差为L2；扫频激光器发出的光束传至插值时钟模块，该光束发生干涉时，累计走过的光程差为L3；调整L3，使其满足|L3-L1|≤一个采样点时间内光束的传播距离L0；比如，目前可实现实时数据传输的采集卡的采样率是10GS/s，一个采样点对应0.1ns，光经过0.1ns的传播距离是L0＝30cm；|L2-L1|≤L0的目的是保证插值时钟单元输出的信号S3和第一OCT成像子单元输出的信号S1具有同样的初始相位，可以使得插值效果最佳；由于人眼前节深度是10mm左右，远低于30cm，所以信号S1和信号S2可以共用同一个插值时钟信号S3；

所述的第一OCT干涉信号S1的频率范围是0～f1，第一带通滤波器的透过频率范围是0～f1；第二OCT干涉信号S2的频率范围是0～f2，第二带通滤波器的透过频率范围是0～f2；比如，采集模块的采样率是10GS/s，12bit，支持数据压缩传输，所以其数据量是10GB/s*2/3＝6.7GB/s，几乎是目前硬件极限；根据奈奎斯特采样定律，所以第一OCT干涉信号S1和第二OCT干涉信号S2的频率必须低于采样率的一半，即低于5GHz；即，f1≤5GHz，f2≤5GHz；与此同时，假设成像的扫频光源的带宽是100nm，扫描频率是400kHz，中心波长是1300nm，依据OCT系统理论，可知其在眼睛内部的轴向分辨率是5.6μm，采样率是10GHz时可实现25mm成像深度，前房深度对应的光程差正常是5mm，所以第一OCT干涉信号S1需要大于1GHz；即，1GHz≤f1≤5GHz，1GHz≤f2≤5GHz。

所述的样品臂的角反射镜沿着导轨滑动，用于改变样品臂的光程差，使得参考臂和样品臂等光程，去实现OCT成像；改变光程差的结构放置在样品臂中臂放在参考臂中的优点是调整光程差的速度更快，因为探测光束会在样品臂走一个往返，而在参考臂中只单向通过；另外的优点是可以保证调整光程差对干涉信号强度的影响更小；因为调整光程差的结构如果在参考臂中，在改变光程过程，移动会有光功率波动，进而影响干涉信号强度，影响OCT图像的解读；调整光程差的结构如果在样品臂中，样品返回的光是散射光，散射光对光束耦合进光纤的效率影响可以忽略，所以干涉信号会更加稳定。

本发明的一种高速眼科手术导航OCT成像实现方法，包括以下步骤：

(1)校对OCT成像单元；将一个反射镜作为成像样品置于额定的工作位置处，将一个具有1000倍衰减的中性密度衰减片置于物镜后方，放置OCT信号过度饱和；分别调整两个样品臂中的角反射镜，使得第一OCT干涉信号S1与第二OCT干涉信号S2的信号频率相等，且都是零。

(2)校对插值时钟单元；扫频激光器发出的光束传至第一OCT成像子单元，该光束发生干涉时，累计走过的光程差为L1；扫频激光器发出的光束传至第二OCT成像子单元，该光束发生干涉时，累计走过的光程差为L2；扫频激光器发出的光束传至插值时钟模块，该光束发生干涉时，累计走过的光程差为L3；调整L3，使其满足|L3-L1|≤一个采样点时间内光束的传播距离L0；

(3)校准像差；两个OCT成像单元和显微镜光路的光轴互相不重合，所以得到的图像会有较大像差，需要校对像差；将一个低反射率的棋盘格作为样品分别至于不同工作距离处进行显微镜成像和两个OCT单元的成像；选取的工作距离次数不少于5次，每次选取的工作距离间隔需要是1～2mm；每个工作距离下，都得到三幅图像，首先将两幅OCT图像进行配准，依据校对结果调整OCT成像单元中的二维扫描镜的中心点，实现两幅OCT图像的视场重合，然后将倾斜的OCT图像进行和像差校对变为无倾斜的OC图像；调整显微镜光路结果，将OCT图像的投影图与显微镜成像的结构进行配准和像差校对；

(4)校对干涉信号S2；将反射镜作为样品置于额定工作位置的往后移动，直到此时干涉信号S2的频率是f1；然后调整第二OCT成像单元的样品臂中的角反射镜，使得第二OCT干涉信号S2的频率变为零；使得第二OCT成像单元在成像时，干涉信号S2的频率范围是0～f2；

(5)开始成像

1)将被测眼置于额定工作位置，调整样品臂中的变焦镜和角反射镜，使得第一OCT干涉信号S1对角膜和前房部位实现清晰OCT成像，使得第二OCT干涉信号S2对晶状体部位实现清晰OCT成像；调整显微镜光路，使得显微镜成像模块能够对角膜虹膜实现清晰图像；

2)根据步骤(3)的像差校对数据，将第一OCT干涉信号S1和第二OCT干涉信号S2在频率域上进行融合，依据标准是对信号S2进行移频处理，即探测得到的信号S2频率在0～f2之内，移频后是f1～f2+f1；所以S1和S2两个信号拼接起来的频率范围是0～f1+f2；

3)将信号S1和S2处理后，得到整个眼前节OCT图像；

4)如果针对角膜进行手术，则可以重新调整第二OCT成像单元的角反射镜，使其零光程点与第一OCT成像单元一致，都用于成像角膜，并且将第二带通滤波器更换为与第一带通滤波器；

5)如果针对晶状体进行手术，则可以重新调整第一OCT成像单元的角反射镜，使其零光程点与第二OCT成像单元一致，都用于成像晶状体，并且将第一带通滤波器更换为与第二带通滤波器。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种高速眼科手术导航OCT系统，其特征在于，包括OCT成像模块和显微镜成像模块，OCT成像模块包括：扫频激光器、1x3光纤分束器、第一通用光纤耦合器、第一偏振控制器、第一均分光纤耦合器、第一光电平衡探测器、第一带通滤波器、第一采集模块、第二通用光纤耦合器、第二偏振控制器、第二均分光纤耦合器、第二光电平衡探测器、第二带通滤波器、第二采集模块、插值时钟单元、第三采集模块、控制单元、计算机和成像光路单元；显微镜成像模块包括显微镜光路和物镜，显微镜成像模块和OCT成像模块共用同一个物镜，实现不同成像模态的集成；

扫频激光器的输出端通过光纤连接至1x3光纤分束器的第一端口；1x3光纤分束器的第二端口通过光纤连接至插值时钟单元，插值时钟单元通过射频线缆连接至第三采集模块，第三采集模块通过PCIe总线连接至计算机；

OCT成像模块包括第一OCT成像子单元和第二OCT成像子单元，分别用于成像眼前节的不同深度位置，进而拼接实现整个眼前节的高速二维断层成像或三维OCT体积成像；第一OCT成像子单元和第二OCT成像子单元是同时进行OCT成像的；

第一OCT成像子单元包括：1x3光纤分束器的第三端口通过光纤连接至第一通用光纤耦合器的第二端口，第一通用光纤耦合器的第四端口通过光纤连接至成像光路单元的第一样品臂；第一通用光纤耦合器的第三端口通过光纤连接至第一偏振控制器，这一路光作为第一OCT成像子单元的参考臂，第一偏振控制器通过光纤连接至第一均分光纤耦合器的第二端口，第一通用光纤耦合器的第一端口通过光纤连接至第一均分光纤耦合器的第一端口，第一均分光纤耦合器的第三、第四端口通过光纤连接至第一光电平衡探测器，第一光电平衡探测器通过射频线缆连接至第一带通滤波器，第一带通滤波器输出第一OCT干涉信号S1，通过射频线缆连接至第一采集模块的输入端；

第二OCT成像子单元包括：1x3光纤分束器的第四端口通过光纤连接至第二通用光纤耦合器的第二端口，第二通用光纤耦合器的第四端口通过光纤连接至成像光路单元的第二样品臂；第二通用光纤耦合器的第三端口通过光纤连接至第二偏振控制器，这一路光作为第二OCT成像子单元的参考臂，第二偏振控制器通过光纤连接至第二均分光纤耦合器的第二端口，第二通用光纤耦合器的第一端口通过光纤连接至第二均分光纤耦合器的第一端口，第二均分光纤耦合器的第三、第四端口通过光纤连接至第二光电平衡探测器，第二光电平衡探测器通过射频线缆连接至第二带通滤波器，第二带通滤波器输出第二OCT干涉信号S2，通过射频线缆连接至第二采集模块的输入端；

第一OCT干涉信号S1的频率范围是0～f1；

第一带通滤波器的透过频率范围是0～f1；

第二OCT干涉信号S2的频率范围是0～f2；

第二带通滤波器的透过频率范围是0～f2；

将第一OCT干涉信号S1和第二OCT干涉信号S2在频率域上进行融合，依据标准是对信号S2进行移频处理，即探测得到的信号S2频率在0～f2之内，移频后是f1～f2+f1；所以S1和S2两个信号拼接起来的频率范围是0～f1+f2；将信号S1和S2处理后，得到整个眼前节OCT图像；

控制单元将来自扫频激光器的触发信号T0根据计算机指令，选择性的对触发信号T0进行延时、导通或者断开，然后输出处理后的触发信号T1、T2、T3分别给第一采集模块、第二采集模块和第三采集模块的外触发端口。

2.根据权利要求1所述的高速眼科手术导航OCT系统，其特征在于，成像光路单元包括：显微镜光路、第一样品臂、第二样品臂、物镜、第一二项色镜、第二二项色镜；第一二项色镜将显微镜光路与第一样品臂合在一起，但是两个模块的光轴不同轴；第二二项色镜将显微镜光路与第二样品臂合在一起，但是两个模块的光轴不同轴；

或/和显微镜光路还包括相机成像系统，可以将拍摄到的手术过程进行全程录像保存。

3.根据权利要求2所述的高速眼科手术导航OCT系统，其特征在于，第一样品臂或/和第二样品臂包括准直器、变焦镜、角反射镜、导轨、二维扫描镜、中继透镜组。

4.根据权利要求1所述的高速眼科手术导航OCT系统，其特征在于，扫频激光器输出光束进过1x3光纤分束器分别进入第一OCT成像子单元和第二OCT成像子单元和插值时钟单元；第一OCT成像子单元中，光束进入第一通用光纤耦合器后一分为二分别进入第一样品臂和参考臂，样品返回的光束再次通过第一样品臂和第一通用光纤耦合器后在第一均分光纤耦合器处于参考臂出射的光速发生干涉，被第一均分光纤耦合器分束后由第一光电平衡探测器转化为电信号，经过第一带通滤波器输出第一OCT干涉信号S1；

第二OCT成像子单元中，光束进入第二通用光纤耦合器后一分为二分别进入第二样品臂和参考臂，样品返回的光束再次通过第二样品臂和第二通用光纤耦合器后在第二均分光纤耦合器处于参考臂出射的光速发生干涉，被第二均分光纤耦合器分束后由第二光电平衡探测器转化为电信号，进过第二带通滤波器输出第二OCT干涉信号S2；

或/和所述的1x3光纤分束器分光比是k1:k2:k3，且k2>k1>>k3。

5.根据权利要求4所述的高速眼科手术导航OCT系统，其特征在于，1x3光纤分束器分光比是30％：69.5％：0.5％，其中0.5％的光用于插值时钟单元，30％的光用于第一OCT成像子单元实现角膜和前房成像，69.5％的光用于第二OCT成像子单元实现晶状体成像；因为角膜反射率较高，晶状体反射率较低，所以将较强的光束用于晶状体成像，较弱的光束用于角膜和前房成像，极低的一部分光束用于插值时钟单元产生插值信号S3。

6.根据权利要求1所述的高速眼科手术导航OCT系统，其特征在于，扫频激光器发出的光束传至第一OCT成像子单元，该光束发生干涉时，累计走过的光程差为L1；

扫频激光器发出的光束传至第二OCT成像子单元，该光束发生干涉时，累计走过的光程差为L2；

扫频激光器发出的光束传至插值时钟模块，该光束发生干涉时，累计走过的光程差为L3；

调整L3，使其满足|L3-L1|≤一个采样点时间内光束的传播距离L0；保证插值时钟单元输出的信号S3和第一OCT成像子单元输出的信号S1具有同样的初始相位，使得插值效果最佳。

7.一种如权利要求1～6任意一项所述的高速眼科手术导航OCT系统的成像实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，校对OCT成像单元：将一个反射镜作为成像样品置于额定的工作位置处，将一个具有1000倍衰减的中性密度衰减片置于物镜后方，放置OCT信号过度饱和；分别调整两个样品臂中的角反射镜，使得第一OCT干涉信号S1与第二OCT干涉信号S2的信号频率相等，且都是零；

S2，校对插值时钟单元：扫频激光器发出的光束传至第一OCT成像子单元，该光束发生干涉时，累计走过的光程差为L1；扫频激光器发出的光束传至第二OCT成像子单元，该光束发生干涉时，累计走过的光程差为L2；扫频激光器发出的光束传至插值时钟模块，该光束发生干涉时，累计走过的光程差为L3；调整L3，使其满足|L3-L1|≤一个采样点时间内光束的传播距离L0；

S3，校准像差：两个OCT成像单元和显微镜光路的光轴互相不重合，所以得到的图像会有较大像差，需要校对像差；将一个低反射率的棋盘格作为样品分别至于不同工作距离处进行显微镜成像和两个OCT单元的成像；选取的工作距离次数不少于5次，每次选取的工作距离间隔需要是1～2mm；每个工作距离下，都得到三幅图像，首先将两幅OCT图像进行配准，依据校对结果调整OCT成像单元中的二维扫描镜的中心点，实现两幅OCT图像的视场重合，然后将倾斜的OCT图像进行和像差校对变为无倾斜的OC图像；调整显微镜光路结果，将OCT图像的投影图与显微镜成像的结构进行配准和像差校对；

S4，校对干涉信号S2：将反射镜作为样品置于额定工作位置的往后移动，直到此时干涉信号S2的频率是f1；然后调整第二OCT成像单元的样品臂中的角反射镜，使得第二OCT干涉信号S2的频率变为零；使得第二OCT成像单元在成像时，干涉信号S2的频率范围是0～f2；

S5，开始成像：将被测眼置于额定工作位置，调整样品臂中的变焦镜和角反射镜，使得第一OCT干涉信号S1对角膜和前房部位实现清晰OCT成像，使得第二OCT干涉信号S2对晶状体部位实现清晰OCT成像；调整显微镜光路，使得显微镜成像模块能够对角膜虹膜实现清晰图像。

8.根据权利要求7所述的高速眼科手术导航OCT系统的成像实现方法，其特征在于，根据步骤S3的像差校对数据，将第一OCT干涉信号S1和第二OCT干涉信号S2在频率域上进行融合，依据标准是对信号S2进行移频处理，即探测得到的信号S2频率在0～f2之内，移频后是f1～f2+f1；所以S1和S2两个信号拼接起来的频率范围是0～f1+f2；

将信号S1和S2处理后，得到整个眼前节OCT图像。

9.根据权利要求7所述的高速眼科手术导航OCT系统的成像实现方法，其特征在于，如果针对角膜进行手术，则可以重新调整第二OCT成像单元的角反射镜，使其零光程点与第一OCT成像单元一致，都用于成像角膜，并且将第二带通滤波器更换为与第一带通滤波器。

10.根据权利要求7所述的高速眼科手术导航OCT系统的成像实现方法，其特征在于，如果针对晶状体进行手术，则可以重新调整第一OCT成像单元的角反射镜，使其零光程点与第二OCT成像单元一致，都用于成像晶状体，并且将第一带通滤波器更换为与第二带通滤波器。