CN202654103U - 一种用于临床诊断的眼底成像设备 - Google Patents

Abstract

一种用于临床诊断的眼底成像设备，由光源组件、二维扫描组件、中继透镜组件、探测器组件和视场靶标组件构成。该发明提出的一种用于临床诊断的视网膜成像设备，利用视场靶标组件固定病人观测方向，通过二维扫描组件完成对人眼视网膜扫描，探测器组件及其光放大器对视网膜反射回的信号进行光学放大以增强图像信噪比，共焦信号探测获取视网膜高分辨率图像，通过光源光纤输入和光信号光纤输出的方案实现了一种设计紧凑适用临床的高分辨率眼底成像设备，大幅改善传统眼底照相系统的成像质量，大幅增加成像视场，增强设备临床可操作性，尤其能在视网膜反射微弱信号光条件下获取人眼视网膜高分辨率图像，用于眼底疾病的临床诊断。

Description

一种用于临床诊断的眼底成像设备

技术领域

本发明涉及一种眼底成像设备，特别是一种用于临床诊断，设计紧凑使用方便的眼底成像设备，该设备能在30°-60°角范围内对人眼视网膜进行扫描成像，获取眼底全视场图像信息，为眼底疾病诊断提供依据。 

背景技术

眼底成像设备，一直是眼科疾病诊疗领域的重要科学与临床仪器，是协助眼科医生进行眼底疾病诊疗的重要辅助设备；1999年美国专利US5892569、US5923399、US3944341等都提出了通过扫描成像获取人眼视网膜相关图像的信息，也提出了实现宽视场眼底成像方面的基本原理和结构；专利号为US5825533(1998)的发明专利提出通过两个独立的扫描振镜来进行横向和纵向的同步扫描，以实现共焦扫描成像。但该专利仅给出了简单的二维扫描基本原理，没有提到大视场扫描的概念，专利号分别为US5491524、US7489405B2的发明专利，提出了光学相干层析系统的基本原理性装置，但没有提出像差校正的概念，无法实现高分辨率成像的功能，更没有解决大视场与高分辨率成像共存的问题。 

中国专利ZL99115053.8(1999)的发明专利等，提出了基于自适应光学技术的视网膜成像装置，但该装置是通过眼底照相的原理来实现视网膜成像，尚无法输出视频图像信息。专利号ZL200810055977.8给出了一种接触式眼底照相系统，是通过发光二极管等宽带光源照明眼底，图像分辨率不高，而且接触式成像会让病人有诸多不适。 

当前国际国内的眼底成像设备，比如眼底照相机，成像视场在45°角范围，但成像分辨率不高、不能连续拍摄且无法实时眼底造影，比如德国眼底扫描成像系统，成像视场在30°左右，但成像分辨率不高，且人眼瞳孔处的照明光束功率较大，尤其是低照度光束或者病人眼底浑浊光学透过率低等条件下，无法获取高分辨率图像。 

综上所述可知，现有的眼底成像设备存在成像视场小、分辨率不高，不能视频成像等多个方面的问题，亟需改进。 

对比国际国内在眼底成像领域的技术成果，本发明提出的一种用于临床诊断的眼底成像设备，在光学扫描成像与共焦信号提取等基本原理基础上，提出通过设置光信号增益器来增强视网膜返回信号光，降低电子增益过程所引入的电子噪声，大幅增强图像信噪比，尤其在低功率照明光束和病人眼球浑浊等光信号较弱条件下，获得好的眼底图像，通过光纤输入输出的设计使得系统更加紧凑，更加适合临床应用。在保证临床应用前提下，本发明所述设备能达到较好的光学成像质量，满足临床眼底疾病诊断需求。 

发明内容

本发明的技术解决问题： 

1)克服传统眼底照相机只能单次拍摄而无法获得视频眼底图像的问题，本发明设备将通过实时视频输出人眼视网膜活体图像； 

2)克服传统眼底照相机单次曝光图像分辨率严重不够的问题，本发明设备将通过共焦扫描技术排除视网膜反射回信号的杂散光，获取高分辨率眼底图像； 

3)克服传统眼底照相机仪器设备过于庞大而不适合便携的问题，本发明设备通过光纤输入照明光束、光纤输出信号光束等技术使得系统设计更加紧凑，使用临床诊断； 

4)克服传统眼底成像系统如眼科OCT、眼底照相机和普通共焦扫描仪器的信号微弱问题，本发明设备通过光信号增益器来直接对光信号放大，降低入射激光功率要求，减少电子噪声，是的图像信噪比更高，且病例就诊更舒适。 

本发明的技术解决方案：一种用于临床诊断的眼底成像设备，主要由光源组件、二维扫描组件、中继透镜组件、视场靶标组件和探测器组件构成，从光源组件发出的信标光经准直透镜准直后进入二维扫描组件形成面扫描平行光，面扫描平行光经中继透镜组件进行像差校正与平场校正处理，缩束后照明在人眼瞳孔，经人眼瞳孔聚焦到眼底，从眼底返回的信号光原光路返回，经分光镜进入探测器组件，获取眼底返回的光信号并完成图像重构，视场靶标组件用于固定人眼观测方向。 

主要技术方案描述如下： 

1)通过采取光纤输入照明光束、光纤输出信号光束等技术方案使得系统设计更加紧凑，适用临床； 

2)通过二维扫描组件与中继透镜组件的面扫描，采取共焦扫描与信号探测方案，使得该发明设备能获取更高的图像信噪比； 

3)通过引入光信号增益器的技术方案，实现光信号的直接放大(而不是对光电转换后的电信号放大)方案，使得图像信噪比更高眼底图像更清晰 

一种用于临床诊断的眼底成像设备，通过采取以上三种主要技术方案，实现眼底二维扫描，且扫描成像视场为45°，系统设计便携小巧，适合临床诊断应用。 

本发明的原理：本发明的主要原理包括光学扫描镜头像差消除理论、共焦成像理论和二维扫描图像重构技术。即在本发明所述的一种用于临床诊断的眼底成像设备中，中继透镜组件包含大视场透镜和目镜，大视场透镜的特殊光学设计保证所述设备在扫描视场能光斑均匀且像差较小；共焦成像理论保证所述设备探测器组件所探测到光信号与眼底单个扫描点精确共轭，以消除眼底成像面以外的杂散光，提高成像质量；二维扫描图像重构理论，对所述二维扫描组件中所述横向振镜和纵向振镜实行精确同步控制，以消除图像 的错位，获取重构后的序列图像，即以视频信号的方式输出眼底图像。 

本发明与现有技术相比有如下优点：相比现有技术，本发明所述一种用于临床诊断的眼底成像系统，具有如下显著特点： 

1)大幅降低了人眼入射激光的光功率要求，使得病例在诊断时感觉更舒适。由于引入了光信号增益器来对所探测到的光信号进行直接光放大，而不是对光电转换后的电信号进行直接放大，因此会大幅增强从眼底返回光信号的信号强度，从而降低了诊断过程中对人眼入射激光的光功率要求； 

2)大幅增加了传统眼底成像设备的成像视场。由于采取二维扫描组件与中继透镜组件的二维扫描方案，尤其是中继透镜组件的大视场透镜设计，使得扫描过程中系统像差大幅降低，通过更换目镜的焦距，可以改变所述一种用于临床诊断的眼底成像设备的成像视场，从35°到60°角度范围内调节，大幅增加了传统眼底照相机等眼底成像系统的成像视场(现有眼底相机的成像视场一般为30°角)，因此更加适合临床诊断； 

3)大幅增加了临床诊断的可操作性。由于本发明所述一种用于临床诊断的眼底成像设备采用了共焦扫描成像、近红外激光照明和扫描振镜高速扫描(横向扫描频率达10KHz)方案，是的系统能实时输出视频图像，而不是传统照相机的单张图像，因此本发明所述眼底成像设备，更加适合临床诊断，眼科医生可以在任何时候存储视频图像并研究分析病例眼底视频，临床诊断可操作性更强。 

附图说明

图1为本发明所述一种用于临床诊断的眼底成像设备结构示意图。 

图2为本发明所述一种用于临床诊断的眼底成像设备信号处理流程图。 

图3为本发明所述一种用于临床诊断的眼底成像设备的眼底样图 

表1为本发明所述系统元器件明细表。 

表1 

具体实施方式

根据说明书附图1，对如何具体实施本发明提出的一种用于临床诊断的眼底成像设备的功能，详细介绍如下： 

1.由光源组件之近红外光源(1)通过光纤端口(2)输出照明光束，经 准直透镜(3)后变成平行光，经平面反射镜(4)后进入分光镜(5)；分光镜(5)反射照明光束至二维扫描组件(6-7)，分光镜的典型分光比里为2∶8，即20％光束能量被反射进入二维扫描组件；所述分光镜(5)的分光比之所以设置80％透射，是为了保证从人眼眼底反射回的信号光束能大部分进入探测器组件。 

2.照明光束进入二维扫描组件，开始在两个正交平面内扫描，二维扫描组件由两个独立的光学扫描振镜构成，分别是横向振镜(6)和纵向振镜(7)，横向振镜(6)在平行于纸平面的方向做高速横向扫描，典型扫描角度为±10°，纵向振镜(7)在垂直于纸平面的方向上做高速纵向扫描，且扫描方向完全正交与横向振镜(6)的扫描方向，典型扫描角度为±10°，该扫描组件通过紧凑的光学设计以保证扫描面与人眼瞳孔面光学共轭；二维扫描振镜在两个互相正交的方向上扫描后形成面扫描光束，经中继透镜组件(9-10)后缩束进入人眼瞳孔(11)，横向振镜(6)和纵向振镜(7)分别位于所述一种用于临床诊断的眼底成像设备的光学共轭面的两侧，光学距离为12mm。 

3.中继透镜组件由大视场扫描透镜(9)和耦合目镜(10)组成，大视场透镜的特殊设计保证横向振镜(6)和纵向振镜(7)能在两个互相正交的方向上扫描视网膜，形成标准的二维扫描。大视场透镜(9)和目镜(10)的焦距比值典型值为2∶1，主要是实现扫描光束的缩束，缩束成人眼瞳孔处的大小，典型值为3mm。在本发明专利中，扫描照明光路在人眼视网膜上扫描形成的扫描平面典型值为7mmX7mm，在人眼瞳孔处扫描的视场角典型值为45°角；并且目镜(10)为可更换目镜，即可以根据所述一种用于临床诊断的眼底成像设备成像视场的不同进行更换，成像视场变化范围为30°-60°角范围；另外，调整目镜(10)与大视场扫描透镜(9)的距离，还可以补偿人眼眼底屈光度影响，典型补偿范围为-5D～+5D，适合临床需求。 

5.经过耦合目镜(10)后的扫描光束为平行光，照明在人眼瞳孔，经瞳孔聚焦后进入眼底，从眼底返回的信号光按原路，依次经过中继透镜组件和二维扫描组件返回(从12返回到5)，返回的信号光束会首先经过分光镜(5)，分光镜的透射反射光束比例典型值为8∶2，即从视网膜反射回来的光束能量之80％会透过分光镜，经聚光透镜(15)后聚焦在光信号增益器(16)的光纤输入端口，光信号增益器通过大芯径光纤输入端口接收来自聚光透镜(15)的信号光束，且大芯径光纤的典型直径为100微米，经大芯径光纤输入，后经光信号增益器(16)对信号光束进行光放大，然后经光信号增益器(16)后经光纤接入光电探测器(17)； 

6.为保证共焦成像系统在获得足够多的光能量的同时又能获取足够高的成像分辨率，针孔的尺寸典型值为1.5倍衍射极限附近，在本发明专利所对应的装置中，我们设置光信号增益器(16)的输入光纤直径为100μm。即可以很清楚的分辨视网膜血管、视盘和黄斑区域等生物组织信息(见图3)，帮助医生进行视网膜疾病诊断，比如青光眼的表现症状之一即为视盘形状变形，即视盘杯盘比发生变化，糖尿病的表现症状 之一即为视网膜血管发生渗漏，黄斑变性的表现症状之一即为视网膜黄斑区域视细胞死亡或者变得稀疏。该发明所述一种用于临床诊断的眼底成像设备，能对多种眼科疾病的普查和诊断提供科学参考依据。 

7.根据具体实施步骤1-6(见图2)，本发明所述的一种用于临床诊断的眼底成像设备，可以得到大视场范围内的眼底图像(图3)，该眼底图像以视频的形式输出到电脑终端，可以存储病例眼底实时生物组织分布视频信息，医生可以通过病例离开后的重复研究眼底视频信息，来诊断病例眼底疾病情况。 

需要说明的是，尽管本发明的较佳实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。 

Claims (6)

1.一种用于临床诊断的眼底成像设备，其特征在于：所述设备主要由光源组件、二维扫描组件、中继透镜组件、视场靶标组件和探测器组件构成，从光源组件发出的信标光经准直透镜准直后进入二维扫描组件形成面扫描平行光，面扫描平行光经中继透镜组件进行像差校正与平场校正处理，缩束后照明在人眼瞳孔，经人眼瞳孔聚焦到眼底，从眼底返回的信号光原光路返回，经分光镜进入探测器组件，获取眼底返回的光信号并完成图像重构，视场靶标组件用于固定人眼观测方向。

2.根据权利要求1所述的一种用于临床诊断的眼底成像设备，其特征在于：所述二维扫描组件包含横向振镜和纵向振镜，横向振镜与纵向振镜的扫描平面互相正交，同步扫描后形成面扫描平行光经中继透镜组件后扫描眼底，横向振镜高速扫描，扫描频率在5KHz，纵向振镜低速扫描，扫描频率为10Hz，所述横向振镜与纵向振镜对称分布于所述一种用于临床诊断的眼底成像设备的光学共轭面的两侧，光学距离为12mm。

3.根据权利要求1所述的一种用于临床诊断的眼底成像设备，其特征在于：所述视场靶标组件，由自发光靶标和准直透镜构成，自发光靶标可以是液晶显示屏和其他自发光LED阵列，准直透镜用来汇聚靶标上的信号光，经分光镜反射后照明人眼，且靶标自发光光源的波长与权利要求1中所述视场靶标组件的发光面波长不同，以帮助病人区分靶标与所述光源组件光源。

4.根据权利要求1所述的一种用于临床诊断的眼底成像设备，其特征在于：所述探测器组件包含聚光透镜，光信号增益器和点光源探测器组成，所述聚光透镜将信号光聚焦后耦合到光信号增益器，所述点光源探测器是光电倍增管、雪崩光电二极管等光电探测器件。

5.根据权利要求4所述的一种光信号增益器，其特征在于：所述光信号增益器包含大芯径输入光纤、光信号增益调节器和输出光纤，所述大芯径输入光纤的输入端口内径典型值为100微米，用来接收从所述探测器组件之聚光透镜汇聚的光信号，所述大芯径输入光纤为多路光纤并列排布而成，所述光信号增益调节器对输入光信号进行光放大后输出，放大倍率为20dB。

6.根据权利要求1所述的一种用于临床诊断的眼底成像设备，其特征在于：所述中继透镜组件包含大视场透镜和目镜，所述大视场透镜为用于扫描成像而设计的透镜，能消除场曲、像差和光强不均匀性，所述目镜的焦距可变，更换不同焦距的目镜，调节所述一种用于临床诊断的眼底成像设备的眼底成像视场范围，调整范围为30°-60°角度。 

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