CN117398059A - 基于差分相衬成像的视网膜成像方法 - Google Patents
基于差分相衬成像的视网膜成像方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117398059A CN117398059A CN202311700168.9A CN202311700168A CN117398059A CN 117398059 A CN117398059 A CN 117398059A CN 202311700168 A CN202311700168 A CN 202311700168A CN 117398059 A CN117398059 A CN 117398059A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- light
- retina
- imaging
- illumination
- differential
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 63
- 210000001525 retina Anatomy 0.000 title claims abstract description 49
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims abstract description 59
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 claims description 12
- 230000004256 retinal image Effects 0.000 claims description 12
- 230000002207 retinal effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 3
- 230000004075 alteration Effects 0.000 abstract description 4
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 abstract description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 2
- 208000017442 Retinal disease Diseases 0.000 abstract 1
- 210000004220 fundus oculi Anatomy 0.000 abstract 1
- 210000002747 omentum Anatomy 0.000 abstract 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract 1
- 210000001210 retinal vessel Anatomy 0.000 abstract 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 3
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 206010012601 diabetes mellitus Diseases 0.000 description 1
- 238000013399 early diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000004232 retinal microvasculature Effects 0.000 description 1
- 230000028327 secretion Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B3/00—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
- A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
- A61B3/14—Arrangements specially adapted for eye photography
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B3/00—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
- A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
- A61B3/12—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for looking at the eye fundus, e.g. ophthalmoscopes
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Ophthalmology & Optometry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Eye Examination Apparatus (AREA)
Abstract
本发明涉及网膜成像技术领域，具体提供一种基于差分相衬成像的视网膜成像方法，首先进行成像系统搭建，系统主要由平面光源和成像单元组成，平面光源包括多个可独立控制的发光区，通过一个发光区或多个发光区的组合实现对眼底视网膜的非对称照明，并利用成像单元对视网膜反射回的信息光进行采集，通过非对称照明的方式多次获取眼底视网膜的差分信息，并通过相位恢复算法进行眼底的相位信息重建，最终实现人眼视网膜的相位成像。本发明能够显著提高眼底视网膜血管处的对比度，能够有效克服因人眼像差导致的分辨率降低、成像不清晰的问题，为人眼视网膜疾病医疗诊断提供了高效辅助。
Description
技术领域
本发明涉及视网膜成像技术领域，具体提供一种基于差分相衬成像的视网膜成像方法。
背景技术
细胞级视网膜成像的主要目标是实现对如糖尿病等人体内分泌疾病以及眼底疾病的早期诊断，便于及早干预、及早治疗，降低治疗风险。但由于人眼存在像差，传统人眼眼底无创成像模式会受到像差影响，其分辨率最高仅为10微米左右，无法达到人眼成像时的衍射极限。随着自适应光学在医疗领域的发展，将无创成像方式与自适应光学结合后，成像分辨率可达3微米左右的衍射极限，但仍旧无法突破衍射极限，不能清晰显示视网膜微细血管的轮廓。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供了一种基于差分相衬成像的视网膜成像方法，主要通过多次非对称照明采集非对称图像，并进行差分处理，通过定量相位反演算法，重建出高对比度的人眼视网膜的定量相位信息。
本发明提供的基于差分相衬成像的视网膜成像方法，包括以下步骤：
S1：设置平面光源和成像单元，平面光源包括多个可独立控制的发光区，通过一个发光区或多个发光区的组合实现非对称照明；
平面光源的照明光线通过透镜整形后照射在视网膜上，成像单元对视网膜反射回的信息光进行采集；
S2：控制平面光源的所有发光区进行照明，并将照射在视网膜上的光斑调整至有效照明位置；
依次控制平面光源的上半区域、下半区域、左半区域和右半区域进行至少4次非对称照明，获取不同区域照明条件下的视网膜图像、/>、/>和/>，其中，/>表示上半区域照明条件下获得的视网膜图像，/>表示下半区域照明条件下获得的视网膜图像，/>表示左半区域照明条件下获得的视网膜图像，/>表示右半区域照明条件下获得的视网膜图像；
S3：将同一轴向的视网膜图像进行差分相减得到差分图像，计算获得差分图像和/>，计算式如下：
；
；
S4：利用差分相衬成像的反解模型，将差分图像计算得到视网膜定量相位信息，视网膜定量相位信息的计算式如下：
；
其中，为已知量，代表相位传递函数，由照明光线在视网膜上的照明分布决定；/>为常数，用于保证计算式中分母不为0；u代表频谱坐标；F-1代表傅里叶逆变换。
优选的，在S1中，在平面光源至视网膜间的光路上，依次设置有聚光透镜L1、第一4f系统和准直透镜L4；聚光透镜L1用于汇聚照明光线，并通过第一4f系统调整照明光线的光束直径，使其与瞳孔尺寸相匹配，准直透镜L4将照明光线调整为平行光。
优选的，在S1中，在系统光路上还设置有分光镜，用于改变部分光的传输方向。
优选的，在S1中，照明光线经准直透镜L4调整为平行光后，照射在分光镜上，部分平行光被反射到视网膜上，并被视网膜反射形成信息光，部分信息光透射过分光镜后被成像单元采集。
优选的，在S1中，成像单元包括聚光透镜L5、第二4f系统和瞳孔相机；聚光透镜L5将信息光汇聚进入第二4f系统，第二4f系统对信息光调整光束直径后，汇聚进入瞳孔相机进行成像。
与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：
本发明有效实现了对眼底视网膜的非对称照明，并获取对应的视网膜信息，基于差分相衬成像的反解模型实现了视网膜的高对比度定量相位成像，能够获得更清晰的眼底视网膜微细血管结构。
本发明可以克服人眼像差导致的分辨率下降问题，获取了视网膜的定量相位图像，克服了视网膜微细血管成像时的对比度较低问题。无需对成像者进行造影，得到的相位图像就能够清晰显示视网膜微细血管的轮廓，实现了人眼无创性检查，能够为人眼眼底疾病的医疗诊断提供强有力的支持。
附图说明
图1是根据本发明实施例提供的基于差分相衬成像的视网膜成像方法的流程图；
图2是根据本发明实施例提供的差分相衬成像的视网膜成像系统的示意图；
图3是根据本发明实施例提供的平面光源的发光示意图。
其中的附图标记包括：
平面光源1、分光镜2、人眼3、瞳孔相机4。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
如图1所示，本发明实施例提供的基于差分相衬成像的视网膜成像方法，包括以下步骤：
S1：如图2所示，搭建差分相衬成像的视网膜成像系统，成像系统主要包括平面光源1、成像单元以及设置在光路上用于调整对照明光源的透镜，其中，如图3所示，平面光源1包括多个可独立控制且设置在同一平面上的发光区，平面光源1的形状和发光区数量依据实际需求设计即可，在本实施例中平面光源1为正方形，以中心点等分4个发光区，通过对4个发光区进行单独或者组合控制，产生非对称照明图样对人眼3进行非对称照明，例如控制左侧两个发光区发光，实现了左半区域的非对称照明，即A区发光；控制右侧两个发光区发光，实现了右半区域的非对称照明，即B区发光；控制上侧两个发光区发光，实现了上半区域的非对称照明，即C区发光；控制下侧两个发光区发光，实现了下半区域的非对称照明，即D区发光。
在平面光源1至人眼之间的光路上，沿照明光线的传播方向依次设置有聚光透镜L1、第一4f系统和准直透镜L4，其中，平面光源1发出照明光线后，聚光透镜L1对照明光线进行汇聚收集，并将其传入第一4f系统，第一4f系统由透镜L2和透镜L3构成，第一4f系统用于调整照明光线的光束直径，使其与人眼的瞳孔尺寸相匹配，光束直径调整完毕后，照明光线经过准直透镜L4，准直透镜L4将照明光线调整为平行光。平行光继续传输照射在分光镜2上，分光镜对平行光的透反比为50:50，因此，部分平行光被反射到人眼3的视网膜上，并被视网膜反射，反射光会携带眼底视网膜的信息，记为信息光。反射后，信息光会再次照射在分光镜2上，部分信息光透射过分光镜2后进入成像单元。
成像单元中，沿信息光传输光路，依次设置有聚光透镜L5、第二4f系统和瞳孔相机4；聚光透镜L5将信息光汇聚进入第二4f系统，第二4f系统包括透镜L6和透镜L7，第二4f系统对信息光调整光束直径后，汇聚进入瞳孔相机4进行成像。在本实施例中为了降低系统占用空间，借助分光镜2将光路设置在同一平面内，并将人眼3设置在分光镜2的反射光路上，成像单元设置在透射光路上；此外也可以将人眼3设置在分光镜2的透射光路上，成像单元设置在反射光路上；或者去掉分光镜3，不考虑系统占用空间。由于在分光镜部分，本发明实施例只研究了一半光线，也可设置额外的探查系统对于另一半光线进行研究。
S2：首先对系统位置进行校正，控制平面光源1的所有发光区进行同时照明，通过瞳孔相机4观察照射在视网膜上的光斑位置，通过调整各元件的参数，将光斑调整至有效照明位置。
依次控制平面光源1的上半区域、下半区域、左半区域和右半区域进行4次非对称照明，即分别控制发光区C进行一次照明；控制发光区D进行一次照明；控制发光区A进行一次照明；控制发光区B进行一次照明。瞳孔相机4依次采集获得不同区域照明条件下的视网膜图像、/>、/>和/>，其中/>表示上半区域进行非对称照明所获得的视网膜图像；表示下半区域进行非对称照明所获得的视网膜图像；/>表示左半区域进行非对称照明所获得的视网膜图像；/>表示右半区域进行非对称照明所获得的视网膜图像。
S3：将同一轴向的视网膜图像进行差分相减得到差分图像；
将和/>进行差分相减获得差分图像/>，计算式如下：
。
将和/>进行差分相减获得差分图像/>，计算式如下：
。
S4：通过差分相衬成像的反解模型，由差分图像和/>计算得到视网膜定量相位信息/>，计算式如下：
；
其中，为已知量，代表相位传递函数(Phase transfer function，PTF)，由照明光线在视网膜上的照明分布决定，通常可使用夫琅禾费衍射公式进行计算，也可采用其他能够计算相位传递函数的方法；/>为常数，用于防止计算中局部最小值被过分放大的问题，通常根据系统参数设置不同而改变，保证视网膜定量相位信息计算式中的分母不为0即可。常数/>的取值需要足够小，以限制其对计算结果的影响，通常/>的取值范围可以在0.01到0.0001之间进行调整，具体取值根据实际情况和系统参数进行优化；u代表频谱坐标；F-1代表傅里叶逆变换。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (5)
1.一种基于差分相衬成像的视网膜成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：设置平面光源和成像单元，平面光源包括多个可独立控制的发光区，通过一个发光区或多个发光区的组合实现非对称照明；
平面光源的照明光线通过透镜整形后照射在视网膜上，成像单元对视网膜反射回的信息光进行采集；
S2：控制平面光源的所有发光区进行照明，并将照射在视网膜上的光斑调整至有效照明位置；
依次控制平面光源的上半区域、下半区域、左半区域和右半区域进行至少4次非对称照明，获取不同区域照明条件下的视网膜图像、/>、/>和/>，其中，/>表示上半区域照明条件下获得的视网膜图像，/>表示下半区域照明条件下获得的视网膜图像，/>表示左半区域照明条件下获得的视网膜图像，/>表示右半区域照明条件下获得的视网膜图像；
S3：将同一轴向的视网膜图像进行差分相减得到差分图像，计算获得差分图像和，计算式如下：
；
；
S4：利用差分相衬成像的反解模型，将差分图像计算得到视网膜定量相位信息，视网膜定量相位信息的计算式如下：
；
其中，为已知量，代表相位传递函数，由照明光线在视网膜上的照明分布决定；为常数，用于保证计算式中分母不为0；u代表频谱坐标；F-1代表傅里叶逆变换。
2.根据权利要求1所述的基于差分相衬成像的视网膜成像方法，其特征在于，在S1中，在平面光源至视网膜间的光路上，依次设置有聚光透镜L1、第一4f系统和准直透镜L4；聚光透镜L1用于汇聚照明光线，并通过第一4f系统调整照明光线的光束直径，使其与瞳孔尺寸相匹配，准直透镜L4将照明光线调整为平行光。
3.根据权利要求2所述的基于差分相衬成像的视网膜成像方法，其特征在于，在S1中，在系统光路上还设置有分光镜，用于改变部分光的传输方向。
4.根据权利要求3所述的基于差分相衬成像的视网膜成像系统，其特征在于，在S1中，照明光线经准直透镜L4调整为平行光后，照射在分光镜上，部分平行光被反射到视网膜上，并被视网膜反射形成信息光，部分信息光透射过分光镜后被成像单元采集。
5.根据权利要求1所述的基于差分相衬成像的视网膜成像方法，其特征在于，在S1中，成像单元包括聚光透镜L5、第二4f系统和瞳孔相机；聚光透镜L5将信息光汇聚进入第二4f系统，第二4f系统对信息光调整光束直径后，汇聚进入瞳孔相机进行成像。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311700168.9A CN117398059A (zh) | 2023-12-12 | 2023-12-12 | 基于差分相衬成像的视网膜成像方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311700168.9A CN117398059A (zh) | 2023-12-12 | 2023-12-12 | 基于差分相衬成像的视网膜成像方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117398059A true CN117398059A (zh) | 2024-01-16 |
Family
ID=89489265
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311700168.9A Pending CN117398059A (zh) | 2023-12-12 | 2023-12-12 | 基于差分相衬成像的视网膜成像方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117398059A (zh) |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070115551A1 (en) * | 2005-04-01 | 2007-05-24 | Alexis Spilman | Space-variant waveplate for polarization conversion, methods and applications |
| CN107024763A (zh) * | 2017-05-16 | 2017-08-08 | 广东欧谱曼迪科技有限公司 | 一种双通道结构光数字相衬显微成像系统及其实现方法 |
| CN107028585A (zh) * | 2015-10-16 | 2017-08-11 | 株式会社理光 | 使用光场相机的个体眼睛模型的构建 |
| CN108537842A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-09-14 | 南京理工大学 | 差分相衬显微成像中背景非均匀性的校正与补偿方法 |
| CN109375358A (zh) * | 2018-11-28 | 2019-02-22 | 南京理工大学 | 一种基于最优照明模式设计下的差分相衬定量相位显微成像方法 |
| CN110115559A (zh) * | 2019-03-07 | 2019-08-13 | 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 | 眼底多模态同步成像系统 |
| US20190290124A1 (en) * | 2016-05-13 | 2019-09-26 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) | System, method and apparatus for retinal absorption phase and dark field imaging with oblique illumination |
| CN113296258A (zh) * | 2021-04-29 | 2021-08-24 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 基于多模光纤耦合器的聚焦光斑扫描内窥成像系统及方法 |
| US20220390656A1 (en) * | 2019-11-22 | 2022-12-08 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | High-quality-factor metasurface for phase contrast imaging and spatial frequency filtering |
| CN115774327A (zh) * | 2022-11-22 | 2023-03-10 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种集成照明调制和瞳孔调制的定量差分相衬显微镜 |
-
2023
- 2023-12-12 CN CN202311700168.9A patent/CN117398059A/zh active Pending
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070115551A1 (en) * | 2005-04-01 | 2007-05-24 | Alexis Spilman | Space-variant waveplate for polarization conversion, methods and applications |
| CN107028585A (zh) * | 2015-10-16 | 2017-08-11 | 株式会社理光 | 使用光场相机的个体眼睛模型的构建 |
| US20190290124A1 (en) * | 2016-05-13 | 2019-09-26 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) | System, method and apparatus for retinal absorption phase and dark field imaging with oblique illumination |
| CN107024763A (zh) * | 2017-05-16 | 2017-08-08 | 广东欧谱曼迪科技有限公司 | 一种双通道结构光数字相衬显微成像系统及其实现方法 |
| CN108537842A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-09-14 | 南京理工大学 | 差分相衬显微成像中背景非均匀性的校正与补偿方法 |
| CN109375358A (zh) * | 2018-11-28 | 2019-02-22 | 南京理工大学 | 一种基于最优照明模式设计下的差分相衬定量相位显微成像方法 |
| CN110115559A (zh) * | 2019-03-07 | 2019-08-13 | 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 | 眼底多模态同步成像系统 |
| US20220390656A1 (en) * | 2019-11-22 | 2022-12-08 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | High-quality-factor metasurface for phase contrast imaging and spatial frequency filtering |
| CN113296258A (zh) * | 2021-04-29 | 2021-08-24 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 基于多模光纤耦合器的聚焦光斑扫描内窥成像系统及方法 |
| CN115774327A (zh) * | 2022-11-22 | 2023-03-10 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种集成照明调制和瞳孔调制的定量差分相衬显微镜 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2019518511A5 (zh) | ||
| US10117579B2 (en) | Simultaneous capture of filtered images of the eye | |
| US20160198952A1 (en) | Imaging Device | |
| JP6685151B2 (ja) | 眼科装置 | |
| JP2016195878A (ja) | 眼科撮影装置および眼科画像表示装置 | |
| JP6940349B2 (ja) | 眼科装置 | |
| JP5936254B2 (ja) | 眼底観察装置及び眼底画像解析装置 | |
| JP2014087581A (ja) | 眼科観察装置 | |
| JP2017143994A (ja) | 眼科撮影装置 | |
| JP2022040372A (ja) | 眼科装置 | |
| WO2009140086A2 (en) | Method for optically scanning objects | |
| JP2022027879A (ja) | 眼科撮影装置、その制御方法、プログラム、及び記録媒体 | |
| JP2015093128A (ja) | 眼科観察装置 | |
| US8567948B2 (en) | Device and method for examining the eye fundus, especially the photoreceptors | |
| JP2023518549A (ja) | マルチモーダル網膜撮像プラットフォーム | |
| WO2022145129A1 (ja) | 眼科情報処理装置、眼科装置、眼科情報処理方法、及びプログラム | |
| CN117398059A (zh) | 基于差分相衬成像的视网膜成像方法 | |
| JP2017093855A (ja) | 眼科装置 | |
| JP2018023818A (ja) | 眼科観察装置 | |
| CN115944270B (zh) | 超分辨率视网膜成像方法和系统 | |
| JP6685119B2 (ja) | 眼科撮影装置 | |
| JP2020151094A (ja) | 眼科装置 | |
| JP2020131017A (ja) | 画像処理装置、画像処理方法、及びプログラム | |
| JP2018023816A (ja) | 眼科観察装置 | |
| JP7412170B2 (ja) | 眼科装置、その評価方法、プログラム、及び記録媒体 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |