CN115736812A - 具有改进记录的光学相干计量及断层成像 - Google Patents

Abstract

提供了用于跨眼睛的扩展区的具有改进记录的光学相干计量或断层成像的方法和装置。获取至少两个光学相干断层图像，其中每个断层图像包含来自眼睛的前表面的至少部分重叠的区域的数据，以及来自诸如视网膜或者前晶状体表面或后晶状体表面的一个或多个较深结构的数据。然后，处理断层图像以记录来自前表面区域的重叠部分的数据，由此记录来自较深结构的数据。在某些实施方式中，该装置的参考臂包括复合反射器，该复合反射器具有至少两个轴向分离的反射表面以用于将差分延迟施加到参考束的不同部分。由此扩展了装置的景深，以能够测量眼睛长度。在某些实施方式中，以多个入射角对眼睛长度的测量提供了关于总体眼睛形状的信息。

Description

具有改进记录的光学相干计量及断层成像

本申请是申请日为2018年1月20日、国际申请号为PCT/AU2018/050038、发明名称为“具有改进记录的光学相干计量及断层成像”的PCT申请的中国国家阶段申请的分案申请，该中国国家阶段申请进入中国国家阶段的进入日为2019年8月14日、申请号为201880011934.1。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年1月28日提交的标题为“Optical Coherence Metrology andTomography with Improved Registration”的澳大利亚临时专利申请第2017900245号的优先权，其内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及用于眼部计量、尤其用于使用光学相干断层成像(OCT)技术测量人眼的形状的装置和方法。然而，将理解的是，本发明不限于该特定使用领域。

背景技术

在整个说明书中对现有技术的任何讨论决不应被认为是承认这种现有技术是众所周知的或形成本领域公知常识的一部分。

对人眼中的许多(如非全部)光学表面以及总体眼睛形状的测量提供了关于各种疾病和状况的进展的重要信息。具体地，因为近视的发病率迅速上升，特别是在东亚，近视发展已经成为一个特别引起关注的领域。在标题为“The Myopia Boom”，E.Dolgin，Nature519，276-278，2015年3月的自然新闻专题中，据报道，中国近视(即，近视眼)的发病率在60年内从不到20％的人口升高到约90％的年轻人和青少年。该病症可能导致眼睛内部变形和变薄，增加视网膜脱离、白内障、青光眼和失明的发病率。用于测量总体眼睛形状的挑战性任务的金标准是磁共振成像(MRI)，例如在Atchison等人的“Eye Shape in Emmetropiaand Myopia”(Investigative Ophthalmology&Visual Science 45(10)，3380-3386，2004年10月)中所描述。然而，MRI需要高成本和复杂的设备，并且缺乏追踪数周和数月的小发育变化所需的准确度。

使用光学技术测量眼睛形状将是有吸引力的。光学相干断层成像(OCT)是一种广泛使用的干涉技术，用于使用包含在反射或散射光的幅度和相位内的信息以侧向和深度分辨率研究包括诸如人眼的体内组织的生物样本。虽然已经证明光谱域OCT在提供各个眼睛层和深度的测量方面是有效的，但是由于多种原因，现有的OCT技术不太适合于获得关于总体眼睛形状的准确信息。其中一个原因是难以在一次曝光中测量眼睛长度(其被定义为角膜顶点与眼底之间的距离)。这是因为成人的眼睛长度的大小通常为约20mm，明显超过典型光谱域OCT系统的景深或奈奎斯特范围。具有在色散方向上有N个像素或光电二极管的检测器阵列以及具有中心波长λ和半宽度Δλ的光源的系统的测量景深Z由Z＝N·λ²/(4·Δλ)给出。因此，具有N＝1000，λ＝840nm和Δλ＝40nm的系统将具有约4.4mm的测量景深，远小于典型的眼睛长度。一个基本问题在于需要宽的源带宽(即，大的Δλ)，以提供深度分辨率所需的短相干长度，但是对于给定的检测器阵列，这限制了样本束可以干涉参考束的深度范围。

标题为“Apparatus and method for interferometric measurement of asample”的美国专利号7,982,881公开了通过提供多个参考路径来扩展OCT系统的轴向深度的若干技术，所述参考路径可以被从不同眼睛深度反射的光干涉。这允许对不同深度处的多个点进行轴向测量。然而，由于临床环境中的最大曝光限制或可用光学功率的限制，并不总是能够在足够短的时间段内(即，小于几毫秒)获得测量以防止眼睛运动。当需要许多横向采样点之间有几微米或更小量级的相对准确度时，这尤其重要。第881号专利没有提供关于如何在大面积的眼睛上进行采样时可以实现高信噪比测量的任何指导，因为不可能根据有限的获取的数据集来计算眼睛的侧向和轴向位置以准确地共同记录所描述的各种增强轴向扫描的侧向和轴向眼睛上位置。因此，不能根据所获得的轴向扫描组计算眼睛的若干重要光学特性。例如，当计划眼内晶状体(IOL)手术时，通常有利的是准确地知道前后角膜表面的光焦度和散光，以及轴向长度和晶状体厚度和曲率。

标题为“Optical coherence reflectometry with depth resolution”的美国专利号8,534,838描述了一种使用“双折射光学系统”的装置，该系统被设计成将线焦点同时投影到眼前和视网膜上，并且类似地将线焦点投影到不同长度的两个参考路径中。将全部的四个返回线焦点组合，通过狭缝孔来抑制杂散光，然后色散到2-D传感器阵列上。“双折射光学系统”可以基于偏振(例如，使用双折射透镜)或基于衍射(例如，使用衍射光学系统)。尽管线扫描系统在一定程度上允许能够在一个轴上定位角膜上的扫描位置，但是不可能明确地确保切片的位置以用于一系列切片的记录从而构建眼睛中的光学界面的更完整的正确记录的图像。另外，狭缝孔能够提供高分辨率的轴向扫描，但是不提供去除来自不同侧向位置的串扰的手段。特别地，在人类角膜上发生的高强度镜面反射转变为低强度散射的区域中，难以防止来自高强度区域的侧向串扰过多并破坏来自不同深度处的相邻点的结果。因此，将有利的是，提供一种通过在关注点周围提供开孔来克服串扰限制的记录方法，并且还提供用于记录的三维点网格，从而可以构建高信噪比图像。

OCT测量总体眼睛形状的能力也受到眼睛聚焦能力的影响。例如，建立以测量眼睛后部(例如，视网膜)处的侧向分辨率特征的小束阵列不适合创建眼睛前部(例如，角膜)处的特征图。为了在视网膜处形成小的小束，必须用准直束照射角膜，该准直束缺乏为眼睛前表面绘图的精度。此外，用于测量眼睛的前部部分的平行小束阵列将聚焦到视网膜的一个区域上，并且因此不能提供眼睛后部的形貌图。使用OCT测量眼睛形状的额外困难是视网膜的表观曲率受到OCT仪器相对于眼睛的位置的影响。因此，需要用于测量总体眼睛形状的改进的OCT系统和方法。

除非上下文另有明确要求，否则在整个说明书和权利要求中，词语“包括”、“包含”等应以包含性的含义来解释，而不是排他性或穷举性的含义。也就是说，它们应以“包括但不限于”的含义来解释。

发明目的

本发明的一个目的是克服或改进现有技术的至少一个限制，或提供有用的替代方案。本发明的一个目的是以优选的形式提供具有测量总体眼睛形状的能力的光谱域OCT装置和方法。本发明的另一个目的是以优选的形式提供具有改进记录的用于眼部计量或断层成像的光谱域OCT装置和方法。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于进行跨眼睛的扩展区的光学相干计量的方法，所述方法包括以下步骤：

(i)在二维传感器阵列的单个帧内获取所述眼睛的第一光学相干断层图像，所述第一光学相干断层图像包含来自所述眼睛的前表面的第一区域的数据以及来自所述眼睛的第三区域的数据；

(ii)在所述二维传感器阵列的单个帧内获取所述眼睛的第二光学相干断层图像，所述第二光学相干断层图像包含来自与所述第一区域至少部分地重叠的所述前表面的第二区域的数据以及来自所述眼睛的第四区域的数据；以及

(iii)处理第一光学相干断层图像和第二光学相干断层图像以记录所述前表面的第一区域和第二区域的重叠部分，由此记录来自所述眼睛的第三区域和第四区域的数据。

优选地，前表面的第一区域和第二区域中的至少一者包括前巩膜的一部分。更优选地，前表面的第一区域和第二区域中的至少一者包括角膜缘的一部分。

第一光学相干断层图像和第二光学相干断层图像中的每一者优选地是在2毫秒或更短的时间段内获取的，更优选地是在1毫秒或更短的时间段内获取的，并且甚至更优选地是在100微秒或更短的时间段内获取的。

第一光学相干断层图像和第二光学相干断层图像中的每一者优选地包含来自前表面的相应区域内的多个离散点的数据。在某些实施方式中，眼睛的第三区域和第四区域中的每一者包括视网膜的区域。在其他实施方式中，眼睛的第三区域和第四区域中的每一者包括视网膜上的多个离散点。

在某些实施方式中，用于获取第一光学相干断层图像和第二光学相干断层图像的装置的位置是在第一光学相干断层图像的获取与第二光学相干断层图像的获取之间，相对于眼睛来调整的。在其他实施方式中，在用于获取第一光学相干断层图像和第二光学相干断层图像的装置中的内部延迟是在第一光学相干断层图像的获取与第二光学相干断层图像的获取之间调整的。在另外其他的实施方式中，在用于获取第一光学相干断层图像和第二光学相干断层图像的装置中的一个或多个透镜在第一光学相干断层图像的获取与第二光学相干断层图像的获取之间改变。

在某些实施方式中，该方法还包括在获取第一光学相干断层图像和第二光学相干断层图像中的至少一者时，在参考束或样本束的侧向间隔开的第一部分和第二部分上施加预定光路长度差的步骤，并且其中，处理步骤还包括考虑预定光路长度差。预定光路长度差优选地施加在参考束的侧向间隔开的第一部分和第二部分上。更优选地，预定光路长度差由复合反射器施加，该复合反射器具有用于反射参考束的侧向间隔开的第一部分和第二部分的轴向分离的第一反射表面和第二反射表面。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于进行跨眼睛的扩展区的光学相干计量的装置，所述装置包括：

干涉仪，用于在二维传感器阵列的单个帧内获取眼睛的第一光学相干断层图像和第二光学相干断层图像，所述第一光学相干断层图像包含来自所述眼睛的前表面的第一区域的数据和来自所述眼睛的第三区域的数据，并且所述第二光学相干断层图像包含来自所述前表面的第二区域的数据和来自所述眼睛的第四区域的数据，其中，所述第一区域和所述第二区域至少部分地重叠；以及

计算机，用于处理第一光学相干断层图像和第二光学相干断层图像以记录所述前表面的第一区域和第二区域的重叠部分，由此记录来自所述眼睛的第三区域和第四区域的数据。

优选地，干涉仪被配置为使得在使用中，前表面的第一区域和第二区域中的至少一者包括前巩膜的一部分。更优选地，干涉仪被配置为使得在使用中，前表面的第一区域和第二区域中的至少一者包括角膜缘的一部分。在某些实施方式中，干涉仪被配置为使得在使用中，眼睛的第三区域和第四区域中的每一者包括视网膜的区域。

该装置优选地被配置为使得第一光学相干断层图像和第二光学相干断层图像中的每一者可以是在2毫秒或更短的时间段内获取的，更优选地是在1毫秒或更短的时间段内获取的，并且甚至更优选地是在100微秒或更短的时间段内获取的。

优选地，干涉仪包括用于提供小束阵列的空间采样元件，使得在使用中，第一光学相干断层图像和第二光学相干断层图像中的每一者包含来自前表面的相应区域内的多个离散点的数据。在某些实施方式中，空间采样元件被配置为在眼睛中的不同深度处提供不同小束的聚焦。空间采样元件优选地包括二维小透镜阵列。在某些实施方式中，该装置还包括用于抑制从眼睛返回的小束之间的串扰的结构化开孔隔板。结构化开孔隔板优选地包括第一构件，该第一构件具有用于使从眼睛返回的轴上小束通过的多个孔。更优选地，结构化开孔隔板包括第二构件，该第二构件基本上平行于轴上小束的传播方向延伸，用于抑制离轴光的通过。在某些实施方式中，干涉仪和空间采样元件被配置为使得在使用中，眼睛的第三区域和第四区域中的每一者包括视网膜上的多个离散点。

在某些实施方式中，干涉仪包括适于在获取第一光学相干断层图像与获取第二光学相干断层图像之间互换的一个或多个透镜。

在某些实施方式中，干涉仪包括多长度延迟元件，该多长度延迟元件用于在获取第一光学相干断层图像和第二光学相干断层图像中的至少一者时在参考束或样本束的侧向间隔开的第一部分和第二部分上施加预定光路长度差，并且其中，计算机被配置为在处理相应的光学相干断层图像时考虑预定光路长度差。多长度延迟元件优选地被配置为在参考束的侧向间隔开的第一部分和第二部分上施加预定光路长度差。更优选地，多长度延迟元件包括复合反射器，该复合反射器具有用于反射参考束的侧向间隔开的第一部分和第二部分的轴向分离的第一反射表面和第二反射表面。在优选实施方式中，复合反射器包括被选择为具有色散的介质，该色散至少部分地补偿眼睛的色散。优选地，复合反射器被选择为使得预定光路长度差基本上补偿眼睛的轴向深度。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于测量眼睛形状的方法，所述方法包括以下步骤：

(i)在第一获取中使用具有第一光学中继器的光学相干断层成像装置测量眼睛的前段和所述眼睛的轴向深度；

(ii)根据在所述第一获取中获得的数据计算所述眼睛的前段的屈光特性；

(iii)在第二获取中使用具有校准到所述第一光学中继器的第二光学中继器的所述光学相干断层成像装置，捕获在点网格上的所述眼睛的视网膜的图像；

(iv)确定所述第二获取相对于所述第一获取的轴向位置和角度位置；以及

(v)使用所计算的所述眼睛的前段的屈光特性，基于校正公式或通过使用光学模型来确定校正的视网膜形状。

优选地，前段是在第一获取中在点网格上同时测量的。轴向深度优选地被测量到眼睛的中央凹处的视网膜色素上皮。优选地，从视网膜的图像中识别眼睛的中央凹。

根据本发明的第四方面，提供了一种用于测量眼睛形状的光学相干断层成像装置，所述装置被配置为：

在使用第一光学中继器的第一获取中测量眼睛的前段和所述眼睛的轴向深度；

根据在所述第一获取中获得的数据计算所述眼睛的前段的屈光特性；

在使用校准到所述第一光学中继器的第二光学中继器的第二获取中捕获在点网格上的所述眼睛的视网膜的图像；

确定所述第二获取相对于所述第一获取的轴向位置和角度位置；并且

使用所计算的所述眼睛的所述前段的屈光特性，基于校正公式或通过使用光学模型来确定校正的视网膜形状。

该装置优选地被配置为在第一获取中在点网格上同时地测量前段。优选地，该装置被配置为测量到眼睛的中央凹处的视网膜色素上皮的轴向深度。该装置优选地被配置为从视网膜的图像中识别眼睛的中央凹。

根据本发明的第五方面，提供了一种用于进行样本的光学相干计量或断层成像的方法，所述方法包括以下步骤：

(i)将来自光源的光分裂为样本束和参考束；

(ii)在所述样本束或所述参考束的侧向间隔开的第一部分和第二部分上施加预定光路长度差；

(iii)将所述样本束引导到所述样本上，以用于与所述样本的轴向分离的第一区域和第二区域相互作用，并且收集从所述样本的轴向分离的第一区域和第二区域反射或透射的光；

(iv)将所述参考束与反射光或透射光混合；

(v)检测由参考束与反射光或透射光混合产生的干涉信号；以及

(vi)处理检测到的干涉信号以提供所述样本的光学相干断层图像，

其中，所述预定光路长度差至少部分地补偿所述样本的第一区域与第二区域之间的轴向间隔。

优选地，样本束包括小束阵列以用于与样本的第一区域或第二区域内的多个离散点相互作用。预定光路长度差优选地施加在参考束的侧向间隔开的第一部分和第二部分上。更优选地，预定光路长度差由复合反射器施加，该复合反射器具有用于反射参考束的侧向间隔开的第一部分和第二部分的轴向分离的第一反射表面和第二反射表面。

根据本发明的第六方面，提供了一种用于进行样本的光学相干计量或断层成像的装置，所述装置包括：

光源；

干涉仪，用于：

将来自所述光源的光分裂为样本束和参考束；

将所述样本束引导到样本上，以用于与所述样本的轴向分离的第一区域和第二区域相互作用，并且收集从所述样本的轴向分离的第一区域和第二区域反射或透射的光；并且

将所述参考束与反射光或透射光混合；

检测器，用于检测由参考束与反射光或透射光混合产生的干涉信号；

多长度延迟原件，用于在所述样本束或所述参考束的侧向间隔开的第一部分和第二部分上施加预定光路长度差；以及

处理器，用于处理检测到的干涉信号以提供所述样本的光学相干断层图像，

其中，所述多长度延迟元件被选择为使得所述预定光路长度差至少部分地补偿所述样本的第一区域与第二区域之间的轴向间隔。

该装置优选地包括空间采样元件，该空间采样元件用于从样本束生成小束阵列以用于与样本的第一区域或第二区域内的多个离散点相互作用。优选地，空间采样元件包括小透镜阵列。在优选实施方式中，多长度延迟元件被配置为在参考束的侧向间隔开的第一部分和第二部分上施加预定光路长度差。优选地，多长度延迟元件包括复合反射器，该复合反射器具有用于反射参考束的侧向间隔开的第一部分和第二部分的轴向分离的第一反射表面和第二反射表面。多长度延迟元件优选地包括被选择为具有色散的介质，该色散至少部分地补偿样本的色散。

根据本发明的第七方面，提供了一种制品，包括计算机可用介质，该计算机可用介质具有计算机可读程序代码，该计算机可读程序代码被配置为实现根据第一、第三或第五方面的方法，或者操作根据第二、第四或第六方面的装置。

附图说明

现在将参考附图，仅通过举例的方式描述本发明的优选实施方式，其中在不同附图中使用相同的附图标记指示相似或相同的项或特征。

图1A以示意形式示出了根据本发明的实施方式的具有眼内界面记录的用于眼部计量或断层成像的光谱域OCT装置。

图1B示出了图1A的光谱域OCT装置的参考臂的一部分，其中复合镜处于“平面”位置而不是“孔”位置。

图1C以示意平面图示出了使用图1A的装置在样本眼睛的瞳孔、虹膜和前巩膜上的2-D样本小束阵列的有利定位。

图2A描绘了使用图1A的装置构建眼睛的合成图像的方法的流程图。

图2B描绘了使用图1A的装置构建眼睛的合成图像的另一种方法的流程图。

图2C以示意形式示出了在单独的测量中由2-D小束阵列照射的样本的部分重叠区域。

图3以示意斜视图示出了用于图1A的装置的替代照明系统。

图4以示意形式示出了根据本发明的实施方式的OCT装置的样本臂光学器件。

图5A以示意形式示出了根据本发明的另一实施方式的OCT装置的样本臂光学器件。

图5B示出了图5A中所示的样本臂光学器件的开孔部分的放大图。

图6描绘了使用图1A中所示的装置在不同入射角处测量眼睛的方法的流程图。

图7A以示意形式示出了三个组合束到2-D传感器阵列上的投影。

图7B示出了对于图7A中的束投影之一的2-D传感器阵列的不同像素行的强度对比像素数的曲线图，示出了像素饱和的影响。

图8示出了样本眼睛的前段的粗略采样的“B扫描”，其包括从一组栅格扫描的144帧之一提取的0.3mm间距上的一行56个A扫描。

图9A和图9B分别示出了眼睛的角膜和前巩膜的典型A扫描曲线。

图9C显示了从眼睛的前巩膜的多个A扫描导出的滤波器模板。

图10以示意形式描绘了在角膜两侧的眼睛前巩膜上的多个A扫描的网格位置。

图11示出了用于在一组栅格扫描的144帧中记录从样本眼睛获取的数据的平移向量。

图12示出了使用图11中所示的平移向量从根据144帧获得的体积平均数据集中提取的图8的样本眼睛的B扫描。

图13A示出了样本眼睛的晶状体区域的粗略采样的“B扫描”，其包括从一组栅格扫描的144帧之一提取的0.3mm间距上的一行56个A扫描。

图13B示出了从根据144个记录帧获得的体积平均数据集中提取的图13A的样本眼睛的B扫描，示出了前晶状体表面和后晶状体表面。

图14示出了此次通过共同记录两个单独的体积平均数据集而获得的图13A的样本眼睛的另一个B扫描，该数据集是通过仪器位置变化以聚焦在不同深度处获得的。

图15示出了使用经典几何光学来根据仪器位置确定视网膜的表观形状，以允许校正OCT仪器相对于眼睛的位置的影响。

图16示出了使用光线追踪算法计算的轴向深度的校正项，用于针对仪器位置的变化来校正视网膜形状。

图17描绘了用于确定眼睛形状的改进测量的流程图，其中校正了仪器相对于眼睛的位置的影响。

图18A和图18B以示意形式示出了用于在样本束或样本小束阵列的不同部分上施加差分延迟的透射多长度延迟元件的两个变体。

具体实施方式

本发明的第一方面涉及具有增加景深的光谱域OCT装置和方法，尤其是具有用于眼睛结构的单次拍摄测量的足够景深和包括眼睛长度的参数的光谱域OCT装置和方法。图1A以示意形式示出了根据本发明的第一实施方式的光谱域OCT装置100，该装置适用于具有眼内结构(诸如，样本眼睛108的前晶状体表面102或后晶状体表面103或脉络膜104到前巩膜106)记录的眼内计量或断层成像。来自诸如中心波长为840nm且带宽为40nm的超辐射发光二极管的宽带光源114的光112由诸如透镜或抛物面镜的准直元件116准直，由偏振器118线性偏振，并且然后由偏振分束立方体(PBS)120分裂为参考束122和样本束150。在优选实施方式中，参考臂包括呈复合反射器110形式的多长度延迟元件，以及用于偏振变换的四分之一波片124，使得从复合反射器110反射的光穿过PBS 120并进入检测臂。参考臂还可以包括中继元件和色散匹配部件。

在所示实施方式中，复合反射器110包括厚度为Δ的透明介质128，该透明介质128在其前表面上具有第一开孔反射表面130以反射参考束122的第一部分138，并且在其后表面上具有第二反射表面132以反射穿过第一反射表面130的孔136的参考束122的第二部分134。反射表面130和132可以是例如金属或薄膜多层涂层。在所示的“孔”位置中，复合反射器110因此用作双长度延迟元件，其中参考束122的第一部分138(在这种情况下是外部部分)接收的延迟比第二部分134(在这种情况下是中心部分)所接收的延迟小的量等2·Δ·n(λ)，其中n(λ)是介质128的波长相关折射率。在优选实施方式中，介质被选择为具有至少部分地补偿眼睛108色散的色散，并且可以例如是水或低折射率玻璃。以这种方式，可以调整参考束122的第一部分138和第二部分134的延迟并且因此调整其相干特性，以匹配关于被测量的眼睛108中的不同深度处的各种结构或区域(诸如，晶状体140、视网膜144、脉络膜104、角膜146或前巩膜106)的相干性要求。在优选实施方式中，复合反射器110安装在机械台126上，使得其位置可以侧向125和轴向127地调整。例如，复合反射器110可以从图1A中所示的“孔”位置侧向125地移动到图1B中所示的“平面”位置(其中参考束122的所有部分都从前表面反射器130反射，因此在参考束122上没有差分延迟)。复合反射器110的轴向运动127可以用于调整参考臂的路径长度，即，调整装置100中的内部延迟，例如，从而在随后的断层图像中匹配不同的样本位置或获得来自眼睛中不同深度处的结构的信息。可替代地或另外地，整个装置100可以相对于眼睛108轴向移动，以调整眼睛到装置的距离，并且因此调整样本臂的路径长度。

对于眼睛样本，方便的是，复合反射器110呈透明材料128的圆形、方形或矩形板的形式，在前反射表面130中具有位于中心的圆形孔136。在某些实施方式中，复合反射器110的前表面在孔区域136中被抗反射涂覆，以使光在参考束122的第二部分134中的前表面反射最小化。在其他实施方式中，该孔区域136保持未涂覆，在这种情况下，第二部分134中的一小部分光(通常为空气/玻璃界面处法线入射的4％)将从前表面反射，由此经历与第一部分138中的光相同的延迟。例如，这对于从角膜146和视网膜144获得干涉信号可以是有用的。在另外其他的实施方式中，调整孔区域136的反射率以选择经历不同延迟的第二部分134中的参考束光的部分。

样本臂包括呈二维(2-D)小透镜阵列148形式的空间采样元件，以从样本束150生成样本小束152的2-D阵列，其经由4F透镜系统154中继到眼睛108。在某些实施方式中，小束152具有相同的焦距，而在其他实施方式中，小透镜阵列148被设计成根据小束在阵列中的位置来调整小束的焦距，例如，从而提供各种小束在眼睛的不同深度处的适当聚焦。有利地，如图1C中示意性示出的，小束152的2-D阵列可以相对于眼睛108定位，使得一些小束184通过瞳孔186进入以进入眼睛的内部，而其他小束188撞击在眼睛的一个或多个前表面(优选地包括前巩膜106)上。出于本说明书的目的，我们将眼睛的“前表面”定义为在玻璃体液105前面的任何表面，包括但不限于后晶状体表面103和前晶状体表面102，以及前段142中的表面(包括虹膜191的后表面、前巩膜106以及角膜146的后表面和前表面)。从眼睛108的各种结构散射或反射的光通过中继透镜系统154返回，然后由小透镜阵列148重新聚焦，并且在四分之一波片156处的偏振变换之后由PBS 120反射到检测臂中。将观察到的是，返回的样本光的路径长度将取决于进入眼睛108的距其被散射或反射之处的距离。例如，从前巩膜106反射或散射的小束188将具有比穿过瞳孔186并例如从后晶状体表面103或视网膜144反射或散射的小束184更短的路径长度。通常，中继到眼睛108上的小束152的数量取决于2-D小透镜阵列148的设计，并且在某些实施方式中，可以例如具有呈方形或矩形图案的量级为100或1000个的小束，其密度为比方说，每平方毫米4到100个小束。

反射的样本小束153与参考束122和由偏振器158分析所得到的组合束组合，以干涉来自样本和参考路径的光。所得到的干涉图案被透镜系统160和可选的孔162中继以去除杂散光，用于在光谱仪168中在由呈2-D小透镜阵列164形式的空间采样元件确定的空间位置网格和对应的2-D孔阵列166处进行光谱分析。通常，这两个小透镜阵列148、164将被对准，使得来自小透镜阵列148的返回样本小束153被引导到光谱仪168中。回想起OCT系统中的样本与参考束之间的干涉取决于样本与参考路径之间的相对延迟，可以看出，在“孔”位置中由复合反射器110对参考束122的不同部分施加的不同延迟可以补偿从眼睛108中的不同深度处的结构或区域反射或散射的小束的不同延迟。在一个特定实施方式中，复合反射器110被设计成使得施加到参考束122的第一部分138和第二部分134的光路长度差2·Δ·n(λ)基本上等于一方面从前巩膜106反射或散射而一方面从视网膜144反射或散射的样本小束188、184之间的光路长度差。换句话说，复合反射器110可以设计成使得反射表面130、132之间的轴向间隔Δ和介质128在设计波长λ下的折射率n(λ)提供基本上补偿眼睛的轴向深度的预定光路长度差。这使得能够在2-D传感器阵列178的单个帧中测量眼睛的各种轴向分离的结构或区域，即，在显著不同的光学深度处的结构或区域。我们注意到，给定的复合反射器可以例如被优化以用于测量成人或儿童的眼睛。

光谱仪168是紧凑型反射光谱仪，能够同时地或至少在2-D传感器阵列178的单个帧内分析多个网格点、束或小束，由于它们被呈透射光栅170形式的波长色散元件色散。在所示实施方式中，光谱仪用于分析通过用参考束122干涉多个返回样本小束153而形成的多个束。在该实施方式中，因为返回的样本小束和参考束是正交极化的，所以当偏振器158分析偏振态时发生干涉。在其他实施方式中，可以使用与偏振无关的束组合器来干涉处于相同偏振态的束，如本领域已知的。在进入光谱仪168之后，被干涉的束被PBS 180重定向到透镜172，该透镜准直束以便由光栅170色散，然后经由从反射镜176反射而两次穿过四分之一波片174，从而使偏振态旋转90度。在组合中，四分之一波片174和反射镜176形成偏振变换系统，该系统在这种情况下施加90度的旋转。在穿过PBS 180之后，反射光的色散光谱分量由透镜172成像到诸如CMOS相机的2-D传感器阵列178上。由2-D传感器阵列检测的干涉图像在单个帧中被读出，以便由配备有合适的计算机可读程序代码的计算机182进行后续分析。计算机可以例如应用公知的傅立叶变换技术来获得深度分辨图像，即，眼睛108的三维(3-D)图像。在优选实施方式中，光栅170相对于由2-D小透镜阵列164和对应的2-D孔阵列166确定的空间位置网格定向，使得进入光谱仪168的每个组合束被色散到2-D传感器阵列178的单独像素组中，如在标题为“High resolution 3-D spectral domain optical imagingapparatus and method”的美国公开专利申请第US 2016/0345820 A1中所描述的，其内容通过引用结合于此。

在优选实施方式中，光谱仪168被配置为使得每个组合束被色散到2-D传感器阵列178的若干平行像素组上。例如，图7A以示意形式示出了色散到2-D传感器阵列的部分704上的三个组合束的投影702。每个投影在垂直于色散轴708的方向上跨若干像素行706延伸，并且将总体上在该方向上具有近似高斯强度曲线710。在平行于色散轴708的方向上，色散的组合束的投影702将具有指示该束中的干涉条纹的变化的强度曲线。重要的是，干涉条纹的强度曲线将跨若干像素行706而复现，使得在没有饱和的情况下，读出任何或所有相关像素行将产生基本相同的信息。然而，由可以存储在单个帧中的每个像素中的光电子的数量确定的各个像素的有限动态范围可以导致一些像素饱和。例如，如果一些小束包含相对强烈的镜面反射(例如，来自角膜)，则可能发生这种情况。为了证明这种效果，图7B对于图7A中的代表性束投影702分别针对中心像素行716和外部像素行718示出了强度对比像素数的曲线图712和714。可以看出，在中心像素行716处的干涉条纹712在最大值(这里归一化为1)处被限幅，而在外部像素行718处的干涉条纹714保持不饱和。还可以在曲线图720中看到限幅的效果，该曲线图示出了来自中心像素行和外部像素行的检测到的强度的总和。在检测到的强度中的突然变化(诸如，曲线图712中的过渡722到恒定强度值或者曲线图720中的斜率突变724)将导致在光谱域中出现许多更高阶的频率分量，这可以表现为对应于该小束的A扫描中的伪影或条痕。通过使用来自外部像素行的未限幅数据可以避免这种情况。例如，可以将分析限制为仅使用未限幅像素数据，或者可以以这样的方式处理像素数据：可选地以从不饱和区域确定的一些缩放，用对应的未限幅数据728替换限幅数据726的区域，从而产生校正的强度曲线图730。这些修改的分析通常在很小程度上牺牲了信噪比，但是伪影减少使得能够更好地估计镜面反射区域中的表面边界。

这种伪影减少技术也可以应用于色散轴708相对于2-D传感器阵列中的像素行成一定角度的情况，只要束投影702在垂直于色散轴708的方向上跨多个像素延伸即可。对于每个束投影，仍然存在平行于色散轴延伸的至少两个像素组，其接收相同的干涉条纹信息但是具有不同的强度。

应当注意，这种伪影减少技术不能应用于从照明线或照明区获得空间分辨图像数据的OCT装置(例如，如在美国专利第8,534,838号中那样)，因为在这些情况下，来自给定样本区的强度曲线不会跨若干像素行或像素组而复现，与对应于其他样本区的强度曲线隔离。这代表了以一个或多个离散束(例如由如图1A中所示的小透镜阵列164生成的)的形式向2-D传感器阵列呈现干涉数据的优点。

图1A中所示的装置100的若干变体是可能的。例如，样本束150和参考束122的分裂和重新组合可以用光纤耦合器或非偏振分束器实现。该装置还可以通过使用PBS 120将源光112分裂为样本束150和参考束122并且使用单独的束组合器在样本束已经穿过样本之后将束重新组合而适用于透射样本而不是反射样本(诸如，眼睛108)。将还可以使用具有三个或更多个轴向间隔开的反射表面的复合反射器110，这些表面被设计用于例如对从前巩膜106、前晶状体表面102和视网膜144散射或反射的光进行精确路径长度匹配。在另一变体中，样本小束152的2-D阵列可以由呈孔掩模、MEMS镜阵列或衍射光学元件形式的空间采样元件而不是小透镜阵列148生成。类似地，在光谱仪168之前的小透镜阵列164可以被孔掩模、MEMS镜阵列或衍射光学元件代替。在又一变体中，可以使用呈1-D小透镜阵列或类似形式的空间采样元件来生成样本小束的1-D阵列，但是通常，2-D阵列优选用于在单个帧中获得跨更大的样本区的数据。

我们注意到，该装置不必生成用于照射眼睛108的样本小束152的阵列。也就是说，眼睛的各个部分可替代地可以用非结构化的样本束150照射。然而，使用小束来照射眼睛中或眼睛上的多个离散点并从中获得数据不仅有利于如参考图7A和图7B所述的缓解像素饱和，而且还有利于对于眼睛的弱散射结构实现合适的信噪比，因为样本光被引导到较高强度的离散区域，并且返回的光可以从较大的数值孔径捕获并且因此提供更强的信号。如前所述，能够调整小透镜阵列148或其他空间采样元件以将不同小束152聚焦在眼睛内的不同深度处也是有益的。

图2A描绘了使用图1A中所示的装置100构建眼睛的合成图像或合成断层图像的方法的流程图。在步骤202中，将复合反射器110移动到“平面”位置，如图1B中所示，并且在步骤204中，测量眼睛108的前部区域以提供第一图像或断层图像(图像A)。参考图1A和图1C中所示的小束152的2D阵列的眼上定位，对于该图像A，至少一些外部小束188测量眼睛的前表面的优选地包括前巩膜106的一部分的第一区域，而至少一些更中心的小束184测量眼睛的例如包括角膜146或前晶状体表面102的第三区域。在步骤206中，将复合反射器110移动到“孔”位置，如图1A中所示。在步骤208中，利用至少一些外部小束188测量眼睛的前表面的优选地包括前巩膜106的一部分的第二区域并且利用至少一些更中心的小束184测量眼睛的第四较深区域(诸如，视网膜144)来获得第二图像或断层图像(图像B)。图像A和图像B中的相应前表面区域应该至少部分重叠。如图2C中所示，这意味着通过图像A中的某些小束188-A测量的第一前表面区域201-A应该至少部分地与由图像B中的某些小束188-B测量的第二前表面区域201-B重叠。当获取图像A和图像B时，各个小束照射的离散点可能存在一些重叠，但这当然不是必需的。在步骤210中，根据复合反射器110施加在参考束122上的差分延迟2·Δ·n(λ)，相对于从第二前部区域获得的部分来调整从眼睛的第四较深区域获得的图像B的部分。然后在步骤212中，通过允许“A”图像与“B”图像之间的相对平移或旋转使这两个图像的重叠前部部分的拟合误差最小化(例如使用局部回归或非参数拟合)，来创建合成图像或合成断层图像(图像C)，从而记录来自眼睛的第三区域和第四区域的数据。在步骤214中，确定是否需要进一步的图像深度。如果需要，则在步骤216中将具有更大或更小差分延迟的另一复合反射器放置在参考臂中，并且该过程返回到步骤208以获取和计算另外的“B”图像和“C”图像。可替代地，在计算复合“C”图像之前，可以用不同的复合反射器获取多个“B”图像。图2A的流程图中的大多数(如非全部)步骤通常将由配备有适当的计算机可读程序代码的计算机182进行，尽管诸如移动复合反射器110的一些步骤可以手动进行。

图2B描绘了用于使用图1A的装置100构造眼睛的合成图像或合成断层图像的另一方法的流程图，其中复合反射器110处于如图1B所示的“平面”位置，因此跨参考束122不存在差分延迟。在步骤218中，获取眼睛108的第一光学相干断层图像或图像。参考图1A以及图1C中所示的小束152的2-D阵列的眼睛上定位，该第一断层图像或图像可以包含通过至少一些外部小束188测量的来自前巩膜106的第一区域的数据，和通过至少一些更中心的小束184测量的来自眼睛的第三区域(包括例如前晶状体表面102的第一区)的数据。在步骤220中，例如通过移动固定目标或通过使装置围绕眼睛旋转来调整装置100或眼睛108，使得小束152撞击在眼睛的不同部分上，并且在步骤221中可选地调整眼睛到装置的距离以控制样本路径长度。在步骤222中，获取第二光学相干断层图像或图像。该第二断层图像或图像可以包含来自前巩膜106的至少部分地与如上参考图2C所解释的第一区域重叠的第二区域的数据，以及来自眼睛的包括例如前晶状体表面102的第二区的第四区域的数据。最后，在步骤224中，处理第一断层图像和第二断层图像以记录前巩膜106的第一区域和第二区域的重叠部分，由此记录来自眼睛的第三区域和第四区域的数据。对前巩膜106的第一区域和第二区域的重叠部分的记录可以例如包括局部回归或非参数拟合，以补偿第一断层图像与第二断层图像之间的相对平移或旋转。如果需要来自眼睛的其他区域(例如，来自前晶状体表面102的其他区域)的数据，则可以重复步骤220至224。可替代地，可以在使用来自前巩膜的重叠部分的数据记录之前获取各个眼睛区域的若干断层图像或图像。同样，图2B的流程图中的大多数(如非全部)步骤通常将由配备有适当的计算机可读程序代码的计算机182进行。

图2B的流程图中描绘的方法也可以应用于测量视网膜，其中复合反射器110处于“孔”位置，使得参考束122的第一部分138具有比第二部分134更短的路径长度。参考图1A以及图1C中所示的小束152的2-D阵列的眼睛上定位，在这种情况下，至少一些更中心的小束184测量第一断层图像和第二断层图像中的视网膜144的不同区域，其可以通过记录由至少一些外部小束188测量的前巩膜的重叠部分来记录。如果装置100的景深通常不够，则由复合反射器110施加在参考束122上的差分延迟对于获得来自眼睛的其他相对较深部分(诸如，后晶状体表面103)或甚至来自前晶状体表面102的数据也可以是有益的。

在图2A或图2B中描绘的方法中获取的每个图像或断层图像应该在足够短的时间段内获取以使眼睛运动的影响可以忽略不计，例如，在2毫秒内、更优选在1毫秒内。甚至更优选地，在100微秒内获取每个图像或断层图像以减少由眼睛运动引起的条纹褪色。在获取断层图像之间发生的眼睛运动无关紧要，因为这可以通过记录相应的图像或断层图像的重叠前部来补偿。在补偿眼睛运动的影响时，可以直接计算眼睛对在眼睛内传播的小束的光学效应，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。

对于记录从眼睛108获取的各种图像或断层图像(例如，“A”图像和一个或多个“B”图像)，使用来自前巩膜106(优选地包括角膜缘192，即，角膜146与巩膜之间的界面)的信息(而不是比如来自角膜的信息)有许多优点。例如，前巩膜比角膜散射更强，提供更大的信号。此外，前巩膜的形状通常提供比角膜更强的可识别几何特征，特别是在角膜缘192处，这改进了图像或断层图像的旋转记录。将理解的是，因为角膜146仅具有微弱的曲率变化并且基本上是旋转对称的，所以仅使用来自角膜的小束数据旋转地对准图像或断层图像将更加困难。出于本说明书的目的，角膜缘192被认为是前巩膜106的一部分。

我们现在将使用具有(840±30)nm宽带源114和2-D CMOS相机178的图1A的装置来描述构建眼睛的合成图像或合成断层图像的一些实施例。由于该装置的景深对于这些实施例中的关注范围(从角膜146的顶点到后晶状体表面103)而言是足够的，因此不需要跨参考束122的差分延迟。

图8示出了眼睛的前段的代表性粗略采样的“B扫描”，其中可以辨别角膜146、虹膜191和前巩膜106的部分。该B扫描图像由在从在CMOS相机的单个帧中捕获的18×56小束的粗略采样网格中提取的0.3mm间距上的一行56个A扫描组成。在此实施例中，记录的体积将由总共144个以44F/s的速率采样的帧构成。以25μm步长的图案扫描小束网格，使得在144帧之后，每个小束覆盖0.3mm×0.3mm的面积，并且所有小束覆盖的总面积为5.4mm×16.8mm。

通过为每个帧找到适当的平移和旋转来实现144帧的记录。对于帧的精确记录，我们更喜欢使用提供相对强信号并具有明显的斜率和范围的区域的参考表面。考虑到单个帧的差的信噪比(SNR)，如图8中明显的，可以看出沿着x轴从约0到2.5mm和从14mm到16.5mm的前巩膜区域106具有可用于记录目的的相对较高的SNR和斜率。最终的表面计量是从记录的体积图像中获得的。

应当注意的是，用于记录目的的“表面”可能未必对应于眼睛的实际界面或眼睛中的实际界面，这取决于样本光与所讨论的界面之间的相互作用。通过举例的方式，图9A示出了通过在多个帧上对准和平均A扫描获得的在距顶点0.6mm的距离处的角膜的典型A扫描曲线902，而图9B示出了从前巩膜获得的对应的A扫描曲线904。从这些曲线中，两者都是使用(840±30)nm的光获得的，明显的是，虽然传统的边缘滤波器可以应用于检测对应于前角膜表面和后角膜表面的明显限定的过渡906、908中的任一者，但它不太适合于检测巩膜A扫描曲线904的不太明确限定的边缘910。将理解的是，术语“表面”应该被解释为接近物理界面的深度区域。对于图9B中所示的巩膜A扫描曲线904的具体实施例，该深度区域为围绕物理界面约±0.2mm(但是可以更大，例如，高达±1mm)。代替使用边缘滤波器来确定巩膜表面，优选地使用与典型巩膜A扫描曲线的形状更紧密匹配的滤波器，诸如，通过平均多个巩膜A扫描而获得的图9C中所示的滤波器模板912。该滤波器模板912应用于对应于巩膜区域中的小束的A扫描，在图10中的角膜146的两侧示意性地示出了其网格位置1002。每个A扫描的表面高度由滤波信号的峰值确定。我们注意到，在这种情况下，用于记录的巩膜表面不仅仅是空气/泪膜界面的偏移，而是取决于表面的体积分布。

可以从单个帧中获得近似初始参考表面，并且可以利用小扫描范围来线性化表面高度变化与平移和旋转向量之间的关系。然后可以根据有效的最小二乘方法找到解Δx、Δy、Δz、Δθ_x、Δθ_y和Δθ_z，其中输入是参考表面的梯度和每个帧的表面高度，高度和梯度是针对所有巩膜A扫描来评估的。如果需要更高的准确度，则该线性化方法的相对较低的计算成本使得能够进行二次迭代，其中来自一次迭代的输出被用作二次迭代的参考记录表面。另外，第一级记录的结果可用于提供轴向窗口，以便使被选择用于第二级表面检测的异常值机会最小化。记录计算通常产生“体积平均”数据集，其中对应于测量参数的稀疏体积数据被分箱到体素中、或分布到多个体素中，并且所得到的体素是作为分配给每个箱的平均值或加权平均值的给定值。

出于本实施例的目的，我们使用来自前巩膜的数据将记录仅局限于平移。所得到的平移向量如图11中所示，其中x轴和y轴的幅度为-0.3mm的周期性图案反映了扫描期间扫描图案与眼睛运动的组合。一般来说，我们发现最多1mm/s的主体运动，并且在所示的实施例中，如Δz曲线图中所示的轴向运动在以44F/s捕获144帧所需的约3s内具有0.1mm的量级。

图12示出了从144个记录帧中获得的体积平均数据集中提取的样本眼睛的B扫描。该图像示出了与各个帧相比具有极好清晰度的若干眼部结构(其中图8是代表性的)，包括空气-泪膜界面1202、后虹膜表面1204和前晶状体表面102。通过使用适当的滤波器对其进行识别，可以识别空气-泪膜界面1202，并且获得与传统技术一致的角膜曲率数据。

在第二实施例中，图13A示出了从0.3mm间距的18×56个A扫描的单帧中提取的透镜的粗略采样B扫描，类似于图8。如在前一实施例中，前巩膜区域106用于记录总共144帧。在图13B中呈现了从体积平均记录帧中提取的B扫描，清楚地示出了前晶状体表面102和后晶状体表面103。在计算该图像时，前巩膜参考提供了记录信息。图14是体积平均B扫描，示出了通过另外记录角膜区域的第二体积平均测量而获得的角膜146和晶状体140，该第二体积平均测量是通过仪器位置相对于眼睛变化以便在不同的深度处聚焦而获取的。在这种情况下，体积平均的角膜和晶状体图像的记录基于两个数据集的共同的前巩膜区域。我们注意到，作为替代方案，可以通过在体积平均之前相对于共同的巩膜参考表面记录单独的角膜和晶状体帧来实现角膜和晶状体的结合部记录。重要的是，无视获取之间的显著患者运动，巩膜区域的共同记录使得能够在保持测量准确度的同时获得大深度范围的合成图像。我们注意到，在图12、图13B和图14中所示的体积平均B扫描是原始图像，即，在使用本领域已知技术进行校准和折射校正之前。

在图1A中所示的OCT装置100中，由小束152的阵列获取的来自眼睛108的所有部分的信息由2-D传感器阵列178同时收集。然而，由于许多光源的近似高斯或朗伯强度分布，这可以导致外部小束具有比更中心的小束更小的强度。图3以示意性斜视图示出了替代照明系统300，该系统用于在比图1A中所示的超发光二极管(SLD)114和透镜116的基本组合的扩展区上产生更均匀的照明。来自SLD 114的光112是由抛物面镜302和透镜116聚焦到MEMS镜304上，该MEMS镜能够在用于获取OCT图像或断层图像的2-D传感器阵列的单个获取帧期间扫描。在第二透镜310处进行准直之前，由SLD 114、抛物面镜302和透镜116(通常是高度椭圆形)产生的束306可以通过MEMS镜304在一维(x轴或y轴)或二维(x轴和y轴)上的高速角度抖动314而被操控312成具有期望形状308的有效束，例如，以匹配2-D小透镜阵列的形式。OCT装置的操作如先前参考图1A所述进行，包括利用2-D小透镜阵列148或类似物对样本光进行空间采样，不同之处在于包含来自眼睛108的不同侧向部分的信息的小束组顺序地撞击在2-D传感器阵列178上。假设MEMS镜304的扫描314与眼睛运动相比更快，则干涉图案的条纹可见性或由2-D传感器阵列178获取的快照单帧图像的稳定性将不受眼睛运动的影响。也就是说，仍然可以在足够短的时间内获取单独的图像或断层图像，以使眼睛运动的影响可以忽略不计。

虽然从计量学的角度来看，相当于全局快门的“快照”技术优选同时捕获整个图像或断层图像，但它并不是必需的。扫描镜304的使用类似于相机中的卷帘式快门，并且保持了所提供的某些标准，这可以改进图像或断层图像的信噪比以及视场上的信噪比的均匀性。为了在保持在某些预定限度内的同时实现这种改进，我们可以定义时间t，该时间t表示确保保持干涉图像的相位稳定性的时间限制。通常，值为约100微秒的t适合于注视目标的患者(对应于小于四分之一波长(通常约0.2μm)的轴向运动)，并且是在MEMS镜304在相关联小透镜阵列(图3中未示出)上扫描光源112时对于任何单个小束的曝光时间限制。第二时间段T可以被定义为帧曝光时间，对于眼部计量，其通常可以是约一毫秒，而不会显著降低计量的质量。然后，优选的是使扫描束306的宽度x与帧宽X匹配，使得x/X近似等于t/T，以增强信噪比，而不会使测量准确度降低到超过预定水平。如果需要，成对的变形棱镜或柱面透镜可以包括在照明系统300中，用于独立控制由SLD 114、抛物面镜302和透镜116产生的束306的宽度x和高度y。

回到图1A，将理解的是，当正常未调节眼睛108的角膜146被如图所示的平行小束152的阵列照射时，来自进入瞳孔186的所有小束的光将在视网膜144的单个区190处接收，该区的直径对应于小束的数值孔径的两倍乘以眼睛的焦距。这些小束彼此干涉，从而产生视网膜的结构化照明，但是难以提取大量侧向分辨信息。因此，所获得的图像的视网膜部分很大程度上仅是该区190中的结构的平均值。可以针对不同的入射角重复该测量，通过使患者追踪可移动的固定目标、或者通过相对于眼睛108旋转装置100来允许跨视网膜的延伸范围精确地测量眼睛的轴向长度。在图6中所示的流程图中描绘了提供有关总体眼睛形状的信息的整个过程。在步骤602中，将复合反射器110移动到“孔”位置，并且在步骤604中，例如通过移动固定目标或相对于眼睛旋转装置100来以不同的入射角测量眼睛108的两个或多个图像或断层图像。参考图1A和图1C，每个图像或断层图像包含由至少一些外部小束188提供的来自眼睛的前表面(优选地包括前巩膜106)的数据，以及由至少一些更中心的小束184提供的来自视网膜144的局部区190的数据。相应的前表面数据应该至少部分重叠，如上面参考图2C所解释的。在步骤606中，根据由复合反射器110施加在参考束122上的差分延迟2·Δ·n(λ)，相对于前表面部分来调整每个图像或断层图像的视网膜部分。最后，在步骤608中，使用相应的前巩膜数据的重叠部分来记录两个或更多个图像或断层图像的视网膜部分。图6的流程图中的大多数(如非全部)步骤通常将由配备有适当的计算机可读程序代码的计算机182进行。图6中所示的过程可以在不同的位置提供有用的计量，例如，虽然在临床环境中可能耗费时间，但可以提供有关总体眼睛形状的信息。

然而，将示出通过在眼睛之前插入另外的透镜，或者通过适当修改样本臂中继光学器件，可以在离散点网格上修改图1A中所示的成像光学系统以递送将聚焦到视网膜上的成角度色散的小束阵列，该离散点网格可以同时地或者至少在传感器阵列的单个帧中测量。这可以用于通过抖动小束阵列的位置来对视网膜的扩展区成像，例如，通过在样本臂的中继光学器件中使用MEMS镜。为了进一步创建眼睛形状的准确计量，如对于诸如近视发展的诊断和监测的应用非常重要，有必要超越成像，使用不同角度的照明束在视网膜上的不同位置处精确地确定轴向长度。为此，该测量需要参考测量仪器相对于眼睛的位置，如下面进一步描述的。它还需要知道角膜的形状和眼睛的后续层，这可以使用上面参考图1A描述的装置和技术来测量。

因此，图4以示意形式示出了图1A中所示的装置的样本臂中继光学器件的变型，以提供根据本发明的第二实施方式的光谱域OCT装置。如图1A中所示，从PBS 120和四分之一波片156(图4中未示出)出射的样本束150通过呈2-D小透镜阵列148形式的空间采样元件传输以形成平行小束152的阵列。在某些实施方式中，小束形成均匀阵列，而在其他实施方式中，它们可具有不同的腰尺寸，这取决于它们在阵列内的位置，由小透镜阵列148中的小透镜的特性(特别是焦距)确定。小束阵列152然后遇到与图1A的4F透镜系统154明显不同的中继系统400。在该第二实施方式中，中继系统400包括具有焦距F的常规透镜402、用于抖动成角度色散小束组412的眼上位置的MEMS镜404、以及具有带不同焦距以用于作用在小束410、416的不同子组上的两个部分408、414的复合透镜406。为了简化说明，MEMS镜404被示出为透射性的而不是反射性的。在某些实施方式中，复合透镜406是整体结构，具有如图所示的不同部分408、414，例如通过复制的金刚石车削制造。可替代地，它可以包括彼此相邻定位的两个或更多个透镜，以提供多元件透镜，该多元件透镜被设计为减少中心小束416和外围小束410两者的像差。在优选实施方式中，该装置包括用于互换复合透镜406的机构，诸如，透镜安装支架或透镜轮。替换复合透镜可以例如具有不同的焦距配对、不同部分408、414的不同相对尺寸、或者多于两个不同的部分。在又一变体中，复合透镜可以由常规透镜代替，优选地与透镜402匹配，以提供如图1A的装置中所示的4F中继系统154。这提供了用于提供另外能够在该配置中操作的仪器的低成本手段，优化用于测量前眼结构。

复合透镜406的外部部分408将成角度色散的小束组412的外围子组410中继到眼睛108的前段142上，优选地包括前巩膜106的一部分。在该特定实施例中，复合透镜的外部部分408具有与第一透镜402的焦距相等的焦距F，以提供具有并行传播的外围小束410的非放大远心中继系统。具有非单一放大或非远心成像(例如，通过包括光学楔)的替代实施方式可以提供发散或会聚的一组外围小束。无论哪种方式，中继的外围小束使得能够从前段142(优选地包括前巩膜106的一部分)中或上的点网格获取信息。

复合透镜406的内部部分414的焦距(在此实施例中为F/2)被选择为将成角度色散的小束412的中心子组416重新成像到视网膜144上。复合透镜的内部部分414的焦距范围将实现这一点，其中F/2的选择提供来自MEMS抖动镜404的中心小束416的倒置图像418，该MEMS抖动镜位于距复合透镜406的距离F处。该倒置图像418可以位于前段142的内部或外部，只要相当大比例的中央小束416传输穿过瞳孔186并中继到视网膜144即可。眼睛108的光焦度将成角度色散的相对大面积的小束416转换成在视网膜上的更聚焦的小束的空间色散阵列422。MEMS镜404同时抖动视网膜144上的中心小束阵列422和眼睛108前面的外围小束410的位置，其中外围小束提供如前所解释的用于记录中心小束的视网膜成像测量的参考。

将理解的是，以图4中所示的方式修改的OCT装置对于视网膜144的扩展区的侧向分辨成像是有利的。此外，它可以提供对追踪患者的近视进展和监测用于影响进展的治疗效果有用的眼部测量。有利地，修改的样本臂中继光学器件400使得能够近似同时记录小束152的整个2-D阵列。小束410的一个子组(例如可以是平行的或会聚的)撞击在眼睛的前段142(优选地包括前巩膜106)上，以提供对利用穿过瞳孔186并使用眼睛的光焦度跨视网膜144的区域422映射的小束416的第二成角度色散子组获得的数据的记录。重要的是，这种配置还可以提供一方面入射在角膜或巩膜区域上的小直径小束，并且另一方面可以提供入射在视网膜上的小直径小束。例如，可以设计中继光学器件，使得对于巩膜区和视网膜区，小束的直径小于50μm。视网膜上较小的小束将提供视网膜的更高分辨率成像，但焦点深度减小。通常，通过在视网膜处采用5μm至20μm的小束直径来提供这两个因素之间的折衷。

图5A以示意形式示出了图1A中所示的装置100的样本臂光学器件的变型，以提供根据本发明的第三实施方式的光谱域OCT装置。这种变型也可以应用于图4中所示的样本臂光学器件，在样本臂的前端处引入了改进的开孔，以便为返回的样本小束提供更好的隔离。如将要解释的，这种改进的开孔抑制了返回的样本小束之间的串扰，特别是通过抑制离轴高强度镜面反射的通过。样本臂中的波阵面500指向呈2-D小透镜阵列148形式的空间采样元件，该阵列形成多个小束，其中腰502穿过结构化开孔隔板504，该隔板的孔尺寸与束腰或第一Rayleigh环相当。然后小束由第二2D小透镜阵列506进行中继，以通过选择小透镜阵列148、506之间的间隔和第二小透镜阵列的焦距来提供可以位于第二小透镜阵列506的前面或后面的有效束腰508。在一些情况下，可以调整第二小透镜阵列506中的各个小透镜的焦距，使得有效束腰部显著变化，例如，适合于由各个小束采样的眼睛部分。4F中继系统154被设置为将有效束腰部朝向样本眼睛108中继。该4F中继系统可以设计成使得由小束照射的眼睛上的采样点510的尺寸显著小于其之间的间隔。当小束被中继到角膜146上的采样点510时，除了反向传播的散射信号512之外，它通常还会产生镜面反射信号514，该镜面反射信号通常是离轴的，即，不是反向传播的。该镜面反射514通常将比散射信号512强得多，并且如果不采取措施以避免在它们传送到检测系统时进入返回小束518的串扰，则具有淹没该信号以及从相邻采样点510散射的信号516的可能性。镜面反射光514由4F中继系统154传送到靠近相应的有效束腰508的位置520，并且由于其成角度路径而可以被引导到相邻的小透镜以干涉其弱散射信号518。这种串扰可能在识别界面或其他眼部表面时产生误差。

如图5B的放大图中所示，结构化开孔隔板504包括第一构件522，该第一构件具有用于使从眼睛返回的轴上小束512、516、518通过的多个孔524。该构件522将阻挡大部分的离轴镜面反射520，因为第二小透镜阵列506处的折射将倾向于将其引导远离孔524。然而，镜面反射小束520仍然可以夹在孔524的边缘，引起一些镜面反射光在一定角度范围526上的衍射，可能被第一小透镜阵列148中的相邻小透镜528收集。为了防止这种情况，结构化开孔隔板504优选地包括第二构件530，该第二构件530基本上平行于轴上小束512、516、518的传播方向延伸，用于抑制离轴光(诸如，镜面反射514、520)的通过。优选地朝向第一小透镜阵列148延伸的该第二构件530提供额外的串扰抑制，从而允许更精确地检测和解释弱的后向散射信号512、516、518。

结构化开孔隔板504可以例如通过在薄板中激光钻出孔524而制成以提供第一构件522，其中第二构件530通过将板附接到蜂巢晶格或类似物来提供，晶格尺寸与第一小透镜阵列148中的小透镜的间距相容。

上面已经描述了各种方法，用于通过将多个3-D OCT图像或断层图像记录在一起以基于例如来自巩膜表面的数据创建合成图像来创建眼睛的体积图像或断层图像。我们希望解决的另一个计量问题是能够提供包括视网膜的眼睛形状的3-D模型，其中可以依赖视网膜的曲率和形状，而不仅仅是图像的连续性，如在大多数OCT测量中的情况那样。如前所述，使用OCT测量眼睛形状的额外困难是视网膜的表观曲率受到OCT仪器相对于眼睛的位置的影响。为了解决这个问题，我们进一步依赖于通过一次OCT测量来测量的眼睛与仪器的相对位置的信息，以及由OCT确定的眼睛的每个光学表面的知识，以允许准确重建眼睛后表面的形状。重建可以基于以下各项中的任一项：

(i)使用从前段测量或校正确定的参数完成射线追踪或其他束传播模拟，其中射线追踪或其他光学模型提供前段测量与视网膜测量的会聚小束之间的校准，与校准样本和参考束的相对延迟一起；或者

(ii)使用一组有限的参数(比如x、y、z和θ)来定义仪器相对于眼睛的位置，以创建对视网膜图像的计算曲率修改，该计算曲率修改是通过考虑到穿过眼睛的小束的相对光学轨迹的公式得到的。

在两种情况下，优选但非必要的是，仪器相对于眼睛的位置信息与视网膜图像同时获取。

我们还发现，例如在图12中清晰可见的后虹膜表面1204提供了相对平滑且轮廓分明的表面，在某些情况下，该表面可以是用于记录多个OCT帧或图像的适当参考表面。然而，在这种情况下，当使用内表面作为参考而不是诸如前巩膜的外表面时，需要通过以自行一贯的方式考虑在该内表面之前发生的光学折射来计算眼睛的绝对位置。

在某些实施方式中，眼睛前部的完整光学模型(例如，前角膜和后角膜形貌图)将在先前使用仪器以不同的获取模式生成，并且有可能使用不同的延迟和/或仪器位置。

图15示意性地示出了上述情况(ii)的简化模拟实施例，即，使用经典几何光学器件根据仪器位置(表示为距角膜顶点的角度)来确定视网膜的表观或实际形状的简化模拟实施例。实线1502A和1502B示出了对于两个不同的轴向仪器位置，相对于可以从A扫描确定的特定界面的到视网膜的测量距离(以mm为单位)。这些线代表不同轴向仪器位置的表观视网膜形状。两条线1504A和1504B对应于半径为R的完美球形视网膜表面的表观形状，其由眼睛前段的测量特性确定。虚线1506A和1506B现在示出了相对于半径为R的球体的视网膜的计算形状。中央凹的位置由视网膜形状的下凹1508示意性地示出。可以看出，所计算的视网膜相对于半径为R的球体的形状与仪器相对于眼睛的轴向位置无关，证明了表观视网膜形状的校正。尽管为了简单起见，此处的实施例仅示出了仪器的轴向位置的变化(在这种情况下为约8mm)，但是可以以类似的方式考虑仪器相对于眼睛的角度取向和侧向位置，从而确保可以获取视网膜形状的可重复且准确的测量。

作为上述情况(i)的实施例，图16示出了对于眼睛上的特定角度位置的轴向深度的校正项1602，如使用射线追踪算法计算的。在该图中，x轴表示眼睛位置，即，距离设计角膜平面的相对距离(以mm为单位)，而y轴表示轴上小束与离轴小束之间的光路长度的最大差异(以mm为单位)。基于眼睛前段的测量参数以及眼睛与仪器的相对位置来确定校正，其中透镜配置适于在适当位置测量视网膜。

图17描绘了根据优选实施方式的用于确定眼睛形状的改进测量的流程图，其中校正了仪器相对于眼睛的位置的影响。在步骤1702中，使用具有第一光学中继器的OCT装置(例如图1A的样本臂中所示的4F透镜系统154)，在第一获取中测量样本眼睛的前段以及到中央凹的轴向深度。优选地，轴向深度被测量到中央凹处的视网膜色素上皮(RPE)。然后在步骤1704中根据在第一获取中获得的数据计算眼睛前段的屈光特性。在步骤1706中，使用第二光学中继器(诸如，图4中所示的中继系统400)在第二获取中在点网格上捕获眼睛的视网膜图像，该第二光学中继器相对于第一光学中继器校准。这使得能够在步骤1708中确定第一获取和第二获取的相对轴向和角度位置。最后，在步骤1710中，例如基于关于图15所讨论的校正公式或通过使用关于图16所讨论的光线追踪或其他光学模型来确定校正的视网膜形状。我们注意到，在步骤1702中测量的轴向眼睛深度不一定必须是到中央凹的深度，但是使用固定目标对准中央凹是方便的。还可以从在步骤1706中捕获的视网膜图像中识别中央凹。

虽然在前面的讨论中我们已经描述了使用来自眼睛前表面(诸如，前巩膜或后虹膜表面)的数据来记录视网膜或其他内部眼部数据的计量和断层成像，但是在简化硬件的系统中可能仅可获得视网膜数据。例如，可能不存在由如图4所示的外围小束410提供的记录点。在这种情况下，我们可以依靠眼睛的形貌来提供用于识别轴向位置的附加标记。如果我们仅根据小束的角度范围(例如，从如图4所示的中心小束416的视网膜上位置422开始)获得轴向长度，但是在之前已经获得了完整的前段和中央凹长度，这在许多情况下足以确定问题并针对仪器位置校正轴向长度。仪器与眼睛之间的距离将是已知的，但是没有角度内容，可能无法直接进行校正。然而，通过识别中央凹，可以通过眼睛的形貌进行矫正，无需进一步记录。该解决方案易于适应改变，尽管存在可以很好地控制这种情况的情况，例如，瞳孔放大或固定目标。在这种情况下，利用视网膜小束416在视网膜144上产生宽的、密集的扫描点网格422，可以仅基于眼睛的形状来实现每个网格点的记录。例如，对于具有给定中心凹深度的眼睛，我们可以预测假定的球形视网膜表面的表观形状。与预测形状的偏差表示眼睛的真实形状变化，这是足够平滑的函数，具有足够的特征以允许对准每个快照网格。对于在样本臂光学器件中使用具有单焦距透镜的4F中继器154进行前部和视网膜测量并且可能不需要诸如复合反射器110的多长度延迟元件的低成本仪器，这是有吸引力的替代方案。中央凹的位置可以通过识别深度映射中的中心凹下凹来确定(例如，如图15中所示)，或者通过使用与OCT仪器成角度记录的集成视网膜相机来确定。

在图1A中所示的光学相干断层成像装置中，呈复合反射器110形式的多长度延迟元件位于参考臂中，用于在参考束122的侧向分离部分134、138上施加预定光路长度差。这使得能够从诸如眼睛的样本的多个轴向分离区域单次获取干涉数据，从而扩展装置的景深。利用位于样本臂中的透射元件可以实现类似的效果，其中干涉仪被配置为使得样本束在与样本相互作用之前和之后穿过元件，或者仅在与样本相互作用之前或仅在与样本相互作用之后穿过元件。

图18A示意性地描绘了透射多长度延迟元件1800，该元件由一片玻璃或折射率为n(λ)的其他透明材料构成，并且具有比第二内部部分1804厚量Δ的第一外部部分1802。如果样本束150中的光在与样本相互作用之前和之后都通过元件1800，就像当元件位于图1A中所示的眼睛OCT装置的样本臂中时那样，样本束的第一外部部分1806将接收比第二内部部分1808接收的延迟大2·Δ·n(λ)的延迟。这与图1A中所示的参考臂复合反射器110所提供的效果相同，使得能够使用样本束150的外部部分1806和内部部分1808从前巩膜106和视网膜144单次获取干涉数据。将理解的是，可以省去元件1800的内部部分1804，在这种情况下，元件可以是厚度为Δ的环形玻璃片。如前所述，可以将元件1800的材料选择为具有至少部分地补偿眼睛的色散的色散，并且如果不需要差分延迟，则可以将元件移出样本束路径。参考图1A，元件1800可以例如放置在四分之一波片156与小透镜阵列148之间。可替代地，它可以位于小透镜阵列148与4F透镜系统154之间，在这种情况下，预定光路长度差将施加在样本小束152的阵列的单独子组上。

图18B示意性地描绘了另一透射多长度延迟元件1810，用于在样本小束152的阵列的各个子组上施加预定光路长度差，或者等效地在样本束的不同部分上施加预定光路长度差。在一个实施方式中，元件1810包括分束器，该分束器具有第一完全反射的成角度表面1812和第二部分反射的成角度表面1814。在组合中，这些成角度表面用于将例如利用小透镜阵列(未示出)产生的样本小束152的阵列转换成小束多路复用组1816，在该组中一些小束1818行进了比其他小束1820更短的光路长度。参考图1A，小束多路复用组1816可用于例如从角膜146和视网膜144两者获得干涉信号。在另一实施方式中，第一成角度表面1812是部分反射的，用于提供具有与小束1818相同的光学延迟的小束1822的单独子组。在又一实施方式中，第一成角度表面1812是部分反射的，并且第二成角度表面1814是完全反射的，用于提供具有不同光学延迟的侧向间隔开的小束1820、1822的子组，以用于例如从前巩膜106和视网膜144获得干涉信号。在其他的实施方式中，第一成角度表面1812和第二成角度表面1814具有偏振相关的反射率，使得各种小束的光路长度能够通过偏振控制来调整，例如，利用在元件1810的前表面1824或后表面1826上的适当定位的偏振层或者利用外部偏振器。

将理解的是，OCT装置可以替代地被配置为具有透射多长度延迟元件(诸如，参考臂中的元件1800)或者反射多长度延迟元件(诸如，样本臂中的复合反射器110)，同样用于在参考束或样本束的侧向间隔部分上施加预定光路长度差。

在图1A中，复合反射器110是光谱域OCT装置的部件，其被设计用于跨2D网格点对眼睛108中的各种结构进行单次测量。用小束152的2-D阵列探测眼睛，并且返回的小束与参考束122干涉并色散到2-D传感器阵列178的单独像素组上以用于检测和后续处理。然而，将理解的是，复合反射器或其他形式的多长度延迟元件也可以用于扩展其他类型的OCT装置的景深，或用于在扩展的轴向深度范围内研究非眼部样本。在一个实施例中，复合反射器可以放置在扫描点光谱域OCT装置的参考臂中，其中来自样本上的一系列点的干涉信号被色散到1-D传感器阵列上以用于顺序读出和处理。施加在参考束的不同部分上的预定光路长度差用于至少部分地补偿样本的各种结构之间的轴向间隔，无论是在单个帧内还是在不同的帧内。在另一实施例中，复合反射器可以放置在扫频源OCT装置的参考臂中，以扩展可以测量干涉信号的深度范围，其中在长度上扫描作为可调或可步进的光源的点检测器。

尽管已经参考具体实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，本发明可以以许多其他形式实施。

此外，本公开还可采用以下配置。

1.一种用于进行跨眼睛的扩展区的光学相干计量的方法，所述方法包括以下步骤：

(i)在二维传感器阵列的单个帧内获取所述眼睛的第一光学相干断层图像，所述第一光学相干断层图像包含来自所述眼睛的前表面的第一区域的数据以及来自所述眼睛的第三区域的数据；

(ii)在所述二维传感器阵列的单个帧内获取所述眼睛的第二光学相干断层图像，所述第二光学相干断层图像包含来自与所述第一区域至少部分地重叠的所述前表面的第二区域的数据以及来自所述眼睛的第四区域的数据；以及

(iii)处理所述第一光学相干断层图像和所述第二光学相干断层图像以记录所述前表面的所述第一区域和所述第二区域的重叠部分，由此记录来自所述眼睛的所述第三区域和所述第四区域的数据。

2.根据1所述的方法，其中，所述前表面的所述第一区域和所述第二区域中的至少一者包括前巩膜的一部分。

3.根据1或2所述的方法，其中，所述前表面的所述第一区域和所述第二区域中的至少一者包括角膜缘的一部分。

4.根据前述1至3中任一项所述的方法，其中，所述第一光学相干断层图像和所述第二光学相干断层图像中的每一者是在2毫秒或更短的时间段内获取的。

5.根据4所述的方法，其中，所述第一光学相干断层图像和所述第二光学相干断层图像中的每一者是在1毫秒或更短的时间段内获取的。

6.根据5所述的方法，其中，所述第一光学相干断层图像和所述第二光学相干断层图像中的每一者是在100微秒或更短的时间段内获取的。

7.根据前述1至6中任一项所述的方法，其中，所述第一光学相干断层图像和所述第二光学相干断层图像中的每一者包含来自所述前表面的相应区域内的多个离散点的数据。

8.根据前述1至7中任一项所述的方法，其中，所述眼睛的所述第三区域和所述第四区域中的每一者包括视网膜的区域。

9.根据1至7中任一项所述的方法，其中，所述眼睛的所述第三区域和所述第四区域中的每一者包括视网膜上的多个离散点。

10.根据前述1至9中任一项所述的方法，其中，用于获取所述第一光学相干断层图像和所述第二光学相干断层图像的装置的位置是在所述第一光学相干断层图像的获取与所述第二光学相干断层图像的获取之间，相对于所述眼睛来调整的。

11.根据前述1至10中任一项所述的方法，其中，在用于获取所述第一光学相干断层图像和所述第二光学相干断层图像的装置中的内部延迟是在所述第一光学相干断层图像的获取与所述第二光学相干断层图像的获取之间调整的。

12.根据前述1至11中任一项所述的方法，其中，在用于获取所述第一光学相干断层图像和所述第二光学相干断层图像的装置中的一个或多个透镜在所述第一光学相干断层图像的获取与所述第二光学相干断层图像的获取之间改变。

13.根据前述1至12中任一项所述的方法，还包括在获取所述第一光学相干断层图像和所述第二光学相干断层图像中的至少一者时，在参考束或样本束的侧向间隔开的第一部分和第二部分上施加预定光路长度差的步骤，并且其中，处理步骤还包括考虑所述预定光路长度差。

14.根据13所述的方法，其中，所述预定光路长度差施加在参考束的侧向间隔开的第一部分和第二部分上。

15.根据14所述的方法，其中，所述预定光路长度差由复合反射器施加，所述复合反射器具有用于反射所述参考束的侧向间隔开的所述第一

部分和所述第二部分的轴向分离的第一反射表面和第二反射表面。

16.一种用于进行跨眼睛的扩展区的光学相干计量的装置，所述装置包括：

干涉仪，用于在二维传感器阵列的单个帧内获取眼睛的第一光学相干断层图像和第二光学相干断层图像，所述第一光学相干断层图像包含来自所述眼睛的前表面的第一区域的数据和来自所述眼睛的第三区域的数据，并且所述第二光学相干断层图像包含来自所述前表面的第二区域的数据和来自所述眼睛的第四区域的数据，其中，

所述第一区域和所述第二区域至少部分地重叠；以及

计算机，用于处理所述第一光学相干断层图像和所述第二光学相干断层图像以记录所述前表面的所述第一区域和所述第二区域的重叠部分，由此记录来自所述眼睛的所述第三区域和所述第四区域的数据。

17.根据16所述的装置，其中，所述干涉仪被配置为使得在使用中，所述前表面的所述第一区域和所述第二区域中的至少一者包括前巩膜的一部分。

18.根据16或17所述的装置，其中，所述干涉仪被配置为使得在使用中，所述前表面的所述第一区域和所述第二区域中的至少一者包括角膜缘的一部分。

19.根据16至18中任一项所述的装置，其中，所述干涉仪被配置为使得在使用中，所述眼睛的所述第三区域和所述第四区域中的每一者包括视网膜的区域。

20.根据16至19中任一项所述的装置，其中，所述装置被配置为使得所述第一光学相干断层图像和所述第二光学相干断层图像中的每一者能够在2毫秒或更短的时间段内获取。

21.根据20所述的装置，其中，所述装置被配置为使得所述第一光学相干断层图像和所述第二光学相干断层图像中的每一者能够在1毫秒或更短的时间段内获取。

22.根据21所述的装置，其中，所述装置被配置为使得所述第一光学相干断层图像和所述第二光学相干断层图像中的每一者能够在100微秒或更短的时间段内获取。

23.根据16至22中任一项所述的装置，其中，所述干涉仪包括用于提供小束阵列的空间采样元件，使得在使用中，所述第一光学相干断层图像和所述第二光学相干断层图像中的每一者包含来自所述前表面的相应区域内的多个离散点的数据。

24.根据23所述的装置，其中，所述空间采样元件被配置为在眼睛中的不同深度处提供不同小束的聚焦。

25.根据23或24所述的装置，其中，所述空间采样元件包括二维小透镜阵列。

26.根据23至25中任一项所述的装置，还包括用于抑制从所述眼睛返回的小束之间的串扰的结构化开孔隔板。

27.根据26所述的装置，其中，所述结构化开孔隔板包括第一构件，所述第一构件具有用于使从所述眼睛返回的轴上小束通过的多个孔。

28.根据27所述的装置，其中，所述结构化开孔隔板包括第二构件，所述第二构件基本上平行于所述轴上小束的传播方向延伸，用于抑制离轴光的通过。

29.根据23至28中任一项所述的装置，其中，所述干涉仪和所述空间采样元件被配置为使得在使用中，所述眼睛的所述第三区域和所述第四区域中的每一者包括视网膜上的多个离散点。

30.根据16至29中任一项所述的装置，其中，所述干涉仪包括适于在所述第一光学相干断层图像的获取与所述第二光学相干断层图像的获取之间互换的一个或多个透镜。

31.根据16至30中任一项所述的装置，其中，所述干涉仪包括多长度延迟元件，所述多长度延迟元件用于在获取所述第一光学相干断层图像和所述第二光学相干断层图像中的至少一者时在参考束或样本束的侧向间隔开的第一部分和第二部分上施加预定光路长度差，并且其中，所述计算机被配置为在处理相应的光学相干断层图像时考虑所述预定光路长度差。

32.根据31所述的装置，其中，所述多长度延迟元件被配置为在参考束的侧向间隔开的第一部分和第二部分上施加所述预定光路长度差。

33.根据32所述的装置，其中，所述多长度延迟元件包括复合反射器，所述复合反射器具有用于反射所述参考束的侧向间隔开的所述第一部分和所述第二部分的轴向分离的第一反射表面和第二反射表面。

34.根据33所述的装置，其中，所述复合反射器包括被选择为具有色散的介质，所述色散至少部分地补偿所述眼睛的色散。

35.根据33或34所述的装置，其中，所述复合反射器被选择为使得所述预定光路长度差基本上补偿所述眼睛的轴向深度。

Claims (19)

1.一种测量眼睛形状的方法，所述方法包括以下步骤：

(i)在第一获取中使用具有第一光学中继器的光学相干断层成像装置测量眼睛的前段和所述眼睛的轴向深度；

(ii)根据在所述第一获取中获得的数据计算所述眼睛的所述前段的屈光特性；

(iii)在第二获取中使用具有校准到所述第一光学中继器的第二光学中继器的所述光学相干断层成像装置，捕获在点网格上的所述眼睛的视网膜的图像；

(iv)确定所述第二获取相对于所述第一获取的轴向位置和角度位置；以及

(v)使用所计算的所述眼睛的所述前段的屈光特性，基于校正公式或通过使用光学模型来确定校正的视网膜形状。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述前段是在所述第一获取中在点网格上同时测量的。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述轴向深度被测量到所述眼睛的中央凹处的视网膜色素上皮。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，从所述视网膜的所述图像中识别所述眼睛的中央凹。

5.一种用于测量眼睛形状的光学相干断层成像装置，所述装置被配置为：

在使用第一光学中继器的第一获取中测量眼睛的前段和所述眼睛的轴向深度；

根据在所述第一获取中获得的数据计算所述眼睛的所述前段的屈光特性；

在使用校准到所述第一光学中继器的第二光学中继器的第二获取中捕获在点网格上的所述眼睛的视网膜的图像；

确定所述第二获取相对于所述第一获取的轴向位置和角度位置；并且

使用所计算的所述眼睛的所述前段的屈光特性，基于校正公式或通过使用光学模型来确定校正的视网膜形状。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述装置被配置为在所述第一获取中在点网格上同时地测量所述前段。

7.根据权利要求5或权利要求6所述的装置，其中，所述装置被配置为测量到所述眼睛的中央凹处的视网膜色素上皮的轴向深度。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的装置，其中，所述装置被配置为从所述视网膜的所述图像中识别所述眼睛的中央凹。

9.一种用于进行样本的光学相干计量或断层成像的方法，所述方法包括以下步骤：

(i)将来自光源的光分裂为样本束和参考束；

(ii)在所述样本束或所述参考束的侧向间隔开的第一部分和第二部分上施加预定光路长度差；

(iii)将所述样本束引导到所述样本上，以用于与所述样本的轴向分离的第一区域和第二区域相互作用，并且收集从所述样本的轴向分离的所述第一区域和所述第二区域反射或透射的光；

(iv)将所述参考束与反射光或透射光混合；

(v)检测由所述参考束与所述反射光或所述透射光混合产生的干涉信号；以及

(vi)处理检测到的干涉信号以提供所述样本的光学相干断层图像，

其中，所述预定光路长度差至少部分地补偿所述样本的所述第一区域与所述第二区域之间的轴向间隔。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述样本束包括小束阵列以用于与所述样本的所述第一区域或所述第二区域内的多个离散点相互作用。

11.根据权利要求9或权利要求10所述的方法，其中，所述预定光路长度差施加在所述参考束的侧向间隔开的第一部分和第二部分上。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述预定光路长度差由复合反射器施加，所述复合反射器具有用于反射所述参考束的侧向间隔开的所述第一部分和所述第二部分的轴向分离的第一反射表面和第二反射表面。

13.一种用于进行样本的光学相干计量或断层成像的装置，所述装置包括：

光源；

干涉仪，用于：

将来自所述光源的光分裂为样本束和参考束；

将所述样本束引导到样本上，以用于与所述样本的轴向分离的第一区域和第二区域相互作用，并且收集从所述样本的轴向分离的所述第一区域和所述第二区域反射或透射的光；并且

将所述参考束与反射光或透射光混合；

检测器，用于检测由所述参考束与所述反射光或所述透射光混合产生的干涉信号；

多长度延迟原件，用于在所述样本束或所述参考束的侧向间隔开的第一部分和第二部分上施加预定光路长度差；以及

处理器，用于处理检测到的干涉信号以提供所述样本的光学相干断层图像，

其中，所述多长度延迟元件被选择为使得所述预定光路长度差至少部分地补偿所述样本的所述第一区域与所述第二区域之间的轴向间隔。

14.根据权利要求13所述的装置，包括空间采样元件，所述空间采样元件用于从所述样本束生成小束阵列以用于与所述样本的所述第一区域或所述第二区域内的多个离散点相互作用。

15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述空间采样元件包括小透镜阵列。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的装置，其中，所述多长度延迟元件被配置为在所述参考束的侧向间隔开的第一部分和第二部分上施加所述预定光路长度差。

17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述多长度延迟元件包括复合反射器，所述复合反射器具有用于反射所述参考束的侧向间隔开的所述第一部分和所述第二部分的轴向分离的第一反射表面和第二反射表面。

18.根据权利要求13至17中任一项所述的装置，其中，所述多长度延迟元件包括被选择为具有色散的介质，所述色散至少部分地补偿所述样本的色散。

19.一种制品，包括计算机可用介质，所述计算机可用介质具有计算机可读程序代码，所述计算机可读程序代码被配置为实现根据权利要求1至4、9至12中任一项所述的方法，或者操作根据权利要求5至8、13至18中任一项所述的装置。

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