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CN112244760A - 基于分光棱镜实现眼前节oct整合生物测量仪功能的成像装置 - Google Patents

基于分光棱镜实现眼前节oct整合生物测量仪功能的成像装置 Download PDF

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CN112244760A CN202011037937.8A CN202011037937A CN112244760A CN 112244760 A CN112244760 A CN 112244760A CN 202011037937 A CN202011037937 A CN 202011037937A CN 112244760 A CN112244760 A CN 112244760A
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陈思思
沈梅晓
朱德喜
邵一磊
吕帆
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Abstract

一种基于分光棱镜实现眼前节OCT整合生物测量仪功能的成像装置，其通过分光棱镜将参考臂光线分成两束，当活动遮蔽板处于第一位置时，能够遮挡第一束参考臂光线，从而使得只有第二平面反射镜能够进行反射与样品臂干涉，实现单独对眼前节的成像；当活动遮挡板处于第二位置时，第一平面反射镜与第二平面反射镜则都能够进行反射与样品臂干涉，并同时成像在同一张图像中，从而达到在眼球不自主运动过程中，角膜与视网膜位置仍相对固定的目的，从而减少眼动等因素对数值的干扰，提高眼轴测量的精准性，尤其是在注视较差的患者中如眼球震颤、阿兹海默症等特殊人群。

Description

基于分光棱镜实现眼前节OCT整合生物测量仪功能的成像 装置
技术领域
本发明涉及一种医疗器械技术领域，具体涉及一种基于分光棱镜实现眼前节OCT整合生物测量仪功能的成像装置。
背景技术
光学相干层析成像（optical coherence tomography， OCT）是一种基于低相干光学干涉原理的新型成像技术，具有高分辨率、快速扫描成像、非接触性和无损探测等特点，广泛应用于医学成像领域。谱域OCT 利用光谱仪探测系统获取干涉光谱信号，经傅里叶变换的方法获取深度信息，从而进一步提高了成像速度和成像灵敏度。谱域OCT 是一种重要的眼科光学成像技术。
目前眼科成像OCT根据成像对象的不同分为眼前节OCT和眼底OCT。眼前节OCT的成像范围包括角膜、前房、虹膜和晶状体，为受技术限制，OCT可以在mm量级厚度上进行高分辨的成像，但是不能实现较大Z轴的扫描范围。全眼范围的OCT成像，即同时精确测量眼前节和生物测量仪功能如眼轴等测量在眼科临床和研究领域具有重要价值。
目前眼球生物测量从分辨率约0.1mm的超声测量时代进入0.01mm的光学生物测量时代，各类光学生物测量仪已广泛应用于临床，主要采用的测量技术包括基于部分光学相干，如Carl Zeiss IOLMaster 500和Nidek AL-Scan;光学低相干反射，如Haag-StreitLenstar LS900和Suoer SW-9000；光学低相干干涉，如Topcon Aladdin、Tomey CASIA SS-1000、Tomey CASIA2。以上的测量都高度依赖于患者的注视配合，部分视网膜脱离、硅油填充无晶状体眼、玻璃体积血眼球震颤以及阿兹海默症等患者，由于其眼内结构紊乱且眼注视较差，比正常眼眼内结构更复杂、多变。常规眼轴测量时，其测量结对脱离的视网膜、出血机化膜等界面很容易误读或者因眼动而造成较大的误差。
发明内容
为了克服背景技术的不足，本发明提供一种基于分光棱镜实现眼前节OCT 整合生物测量仪功能的成像装置。
本发明所采用的技术方案：一种基于分光棱镜实现眼前节OCT 整合生物测量仪功能的成像装置，包括控制中心、光源、光纤耦合器、参考臂、样品臂、光谱仪；所述参考臂包括第一准直镜、分光棱镜、第一平面反射镜、第二平面反射镜、活动遮蔽板；参考臂光线经分光棱镜分光后分为第一束参考臂光线与第二束参考臂光线，所述第一平面反射镜设置在第一束参考臂光线的光路上，第一束参考臂光线能垂直射入第一平面反射镜，所述第二平面反射镜设置在第二束参考臂光线的光路上，第二束参考臂光线能垂直射入第二平面反射镜；所述活动遮蔽板活动设置在分光棱镜与第一平面反射镜之间，其具有阻挡第一束参考臂光线使其无法到达第一平面反射镜的第一位置，以及不阻挡第一束参考臂光线使其能够到达第一平面反射镜进行反射的第二位置。
参考臂光线到达第二平面反射镜的距离与样品臂光线到达人眼前节的距离相同，参考臂光线到达第一平面反射镜的距离与样品臂光线到达人眼后段的距离相同。
所述活动遮蔽板旋转设置。
所述参考臂还包括电动平移台，所述第一平面反射镜固定安装在电动平移台上，能沿第一束参考臂光线的方向做直线往复动作。
所述电动平移台上设有光栅尺。
所述样品臂包括第二准直镜、第一振镜、第一透镜、第二透镜、第二振镜、第三透镜，样品臂光线能够依次经过第二准直镜、第一振镜、第一透镜、第二透镜、第二振镜、第三透镜后射入人眼。
所述样品臂还包括人眼追踪视标系统，所述人眼追踪视标系统包括视标、第四透镜、追踪相机、半透半反镜、热镜；所述视标通过第四透镜、半透半反镜、热镜与人眼对应，所述追踪相机通过半透半反镜、热镜与人眼对应，所述第三透镜通过热镜与人眼对应。
本发明的有益效果是：采用以上方案，其通过分光棱镜将参考臂光线分成两束，当活动遮蔽板处于第一位置时，能够遮挡第一束参考臂光线，从而使得只有第二平面反射镜能够进行反射与样品臂干涉，实现单独对眼前节的成像；当活动遮挡板处于第二位置时，第一平面反射镜与第二平面反射镜则都能够进行反射与样品臂干涉，并同时成像在同一张图像中，从而达到在眼球不自主运动过程中，角膜与视网膜位置仍相对固定的目的，从而减少眼动等因素对数值的干扰，提高眼轴测量的精准性，尤其是在注视较差的患者中如眼球震颤、阿兹海默症等特殊人群。
附图说明
图1为本发明实施例一基于分光棱镜实现眼前节OCT 整合生物测量仪功能的成像装置的结构示意图。
图2为本发明实施例一活动遮蔽板处于第一位置时参考臂的结构示意图。
图3为本发明实施例一活动遮蔽板处于第二位置时参考臂的结构示意图。
图4为本发明实施例一样品臂的结构示意图。
图5为本发明实施例一光谱仪的结构示意图。
图6为本发明实施例一当活动遮蔽板处于第二位置时的OCT成像图（左图为光学模型眼，右图为真实人眼）。
图7为本发明实施例二参考臂的结构示意图。
图8为本发明实施例三参考臂的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例作进一步说明：
实施例一
如图1-5所述，一种基于分光棱镜实现眼前节OCT 整合生物测量仪功能的成像装置，包括控制中心1、光源2、光纤耦合器3、参考臂4、样品臂5和光谱仪6。
所述控制中心1可以采用电脑，主要用于动作的控制以及图像的分析与处理。
所述光源2用于输出光束，其可以采用中心波长840-880nm，带宽45nm的SLD光源。
所述光纤耦合器3可以采用2X2光纤耦合器，其与光源2对应设置，光纤耦合器3能将光源2输出的光束一分为二，一束为参考臂光线进入参考臂4，一束为样品臂光线进入样品臂5，同时能够将反射回来的参考臂光线与样品臂光线进行干涉。
所述参考臂4包括第一准直镜41、分光棱镜42、第一平面反射镜43、第二平面反射镜44、活动遮蔽板45，参考臂光线通过第一准直镜41后水平射出并进入分光棱镜42，分光棱镜42可以采用半透半反镜，其将参考臂光线分为第一束参考臂光线与第二束参考臂光线，第一束参考臂光线完全通过分光棱镜42，第二束参考臂光线则以45°角被反射出去，第一束参考臂光线与第二束参考臂光线呈90°角垂直分布，所述第一平面反射镜43设置在分光棱镜42后方，第一束参考臂光线透过分光棱镜42后能够垂直射入第一平面反射镜43并进行反射，所述第二平面反射镜44设置在分光棱镜42的侧边，第二束参考臂光线经分光棱镜42折射后能够垂直射入第二平面反射镜44并进行反射，所述活动遮蔽板45活动设置在分光棱镜42与第一平面反射镜43之间，其具有阻挡第一束参考臂光线使其无法到达第一平面反射镜43的第一位置，以及不阻挡第一束参考臂光线使其能够到达第一平面反射镜43的第二位置。其中，活动遮蔽板45可以采用微型电动铰链旋转设置，并与控制中心1连接，由控制中心1进行控制动作。
当然，分光棱镜42不局限于半透半反，其可以根据实际需求选择不同的比例。
所述样品臂5包括第二准直镜51、第一振镜52、第一透镜53、第二透镜54、第二振镜55、第三透镜56，样品臂光线经第二准直镜51平行出射，依次经过第一振镜52、第一透镜53、第二透镜54、第二振镜55、第三透镜56后射入人眼；其中，第一振镜52与第二振镜55能够使得样品臂光线发生转折，第一透镜53与第二透镜54焦距相同，从而实现扫描振镜的4F成像，减少光学畸变，第三透镜56则用于焦距调整，使样品臂光线的焦距能够落于成像所需的部位。
另外，所述样品臂5还包括人眼追踪视标系统7，所述人眼追踪视标系统7包括视标71、第四透镜72、追踪相机73、半透半反镜74、热镜75；所述视标71通过第四透镜72、半透半反镜74、热镜75与人眼对应，所述追踪相机73通过半透半反镜74、热镜75与人眼对应，所述第三透镜56通过热镜75与人眼对应，通过人眼追踪视标系统7能够进一步增加仪器的使用便捷性和患者的配合度。
所述光谱仪6包括第三准直镜61、光栅62、透镜63、相机64，所述光谱仪6与光纤耦合器3对应设置，反射回来的参考臂光线与样品臂光线经过光纤耦合器3干涉后进入光谱仪6，其依次经过第三准直镜61、光栅62分光、透镜63聚焦后，由相机64进行收集，相机64与控制中心1连接，能将收集到的信号输送至控制中心1，由控制中心1进行后续的图像分析与处理。
参考臂光线到达第二平面反射镜44的距离与样品臂光线到达人眼前节的距离相同，参考臂光线到达第一平面反射镜43的距离与样品臂光线到达人眼后段的距离相同。
当活动遮蔽板45处于第一位置时，第一束参考臂光线被活动遮蔽板45遮挡，无法进入第一平面反射镜43进行反射，只有第二束参考臂光线进入第二平面反射镜44后进行反射，并与反射的样品臂光线干涉，由于第二平面反射镜44 的光路光程差与人眼前节匹配，因此其能够单独对眼前节成像。
当活动遮蔽板45处于第二位置时，第一束参考臂光线进入第一平面反射镜43后进行反射，第二束参考臂光线进入第二平面反射镜44后进行反射，两束参考臂光线可分别反射与样品臂光线干涉，由于第二平面反射镜44与第一平面反射镜43分别与人眼前节和眼后段光程差匹配，因此可实现眼前节与眼后段同时成像在同一张图像中。
上述基于分光棱镜实现眼前节OCT 整合生物测量仪功能的成像装置的成像过程如下：
眼节前OCT模式
活动遮蔽板45处于第一位置，光源2射出光线，光线经光纤耦合器3后一分为二，其中一束为样品臂光线，样品臂光线依次经过第二准直镜51、第一振镜52、第一透镜53、第二透镜54、第二振镜55、第三透镜56后进入人眼，形成反射光按原路返回至光纤耦合器3，另一束为参考臂光线，参考臂光线经第一准直镜41后平行出射，参考臂光线经过分光棱镜42后一分为二，第一束参考臂光线被活动遮蔽板45遮挡，第二束参考臂光线进入第二平面反射镜44后进行反射，形成反射光按原路返回至光纤耦合器3，在此，样品臂光线的反射光与参考臂光线相干涉，然后进入光谱仪6，依次经过第三准直镜61、光栅62分光、透镜63聚焦后，由相机64进行收集，相机64将收集到的信号输送至控制中心1，由控制中心1进行后续的图像分析与处理。
生物测量仪成像模式
活动遮蔽板45处于第二位置，光源2射出光线，光线经光纤耦合器3后一分为二，其中一束为样品臂光线，样品臂光线依次经过第二准直镜51、第一振镜52、第一透镜53、第二透镜54、第二振镜55、第三透镜56后进入人眼，形成反射光按原路返回至光纤耦合器3，另一束为参考臂光线，参考臂光线经第一准直镜41后平行出射，参考臂光线经过分光棱镜42后一分为二，第一束参考臂光线进入第一平面反射镜43后进行反射，形成反射光按原路返回至光纤耦合器3，第二束参考臂光线进入第二平面反射镜44后进行反射，形成反射光按原路返回至光纤耦合器3，在此，样品臂光线的反射光与两束参考臂光线分别进行干涉，然后进入光谱仪6，依次经过第三准直镜61、光栅62分光、透镜63聚焦后，由相机64进行收集，相机64将收集到的信号输送至控制中心1，由控制中心1进行后续的图像分析与处理。
如图6所示在生物测量仪成像模式下的OCT成像图，左图为光学模型眼，右图为真实人眼，其可对角膜前表面、角膜后表面、虹膜和视网膜等部位进行清晰成像。然后通过计算图像中角膜与视网膜的距离，加上参考臂中的光程差与折射率的换算，可计算得到眼轴值
采用上述方案，通过控制活动遮蔽板45动作使其能够处于第一位置或第二位置，使其具有眼节前OCT模式与生物测量仪成像模式两种成像功能模式，当处于生物测量仪成像模式时，眼前节与眼后段能够同时成像在同一张图像中，从而达到在眼球不自主运动过程中，角膜与视网膜位置仍相对固定的目的，从而减少眼动等因素对数值的干扰，提高眼轴测量的精准性，尤其是在注视较差的患者中如眼球震颤、阿兹海默症等特殊人群。
实施例二
实施例二与实施例一基本相同，其区别在于，参考臂4还包括能沿第一束参考臂光线方向做直线往复动作的电动平移台46。
如图7所示，第一平面反射镜43安装在电动平移台上，所述电动平移台46与控制中心1连接，通过控制中心1能够控制电动平移台46移动，从而带动第一平面反射镜43做直线往复动作。
通过电动平移台46的设计，摒弃了原有平面反射镜固定设计的固有模式，从而摆脱OCT系统固有的测量范围限制，实现更大深度范围的眼轴测量。
实施例三
实施例三与实施例一基本相同，其区别在于，参考臂4还包括能沿第一束参考臂光线方向做直线往复动作的电动平移台46，电动平移台46上设有光栅尺47。
如图8所示，第一平面反射镜43安装在电动平移台上，所述电动平移台46、光栅尺47与控制中心1连接，通过控制中心1能够控制电动平移台46移动，从而带动第一平面反射镜43做直线往复动作。
除了可以实现更大深度范围的眼轴测量外，光栅尺配合电动平移台46可实现闭环自动控制，绝对定位精度可达微米级，实现高精度生物测量。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的成像装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
各位技术人员须知：虽然本发明已按照上述具体实施方式做了描述，但是本发明的发明思想并不仅限于此发明，任何运用本发明思想的改装，都将纳入本专利专利权保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于分光棱镜实现眼前节OCT 整合生物测量仪功能的成像装置，包括控制中心（1）、光源（2）、光纤耦合器（3）、参考臂（4）、样品臂（5）、光谱仪（6）；
其特征在于：所述参考臂（4）包括第一准直镜（41）、分光棱镜（42）、第一平面反射镜（43）、第二平面反射镜（44）、活动遮蔽板（45）；参考臂光线经分光棱镜（42）分光后分为第一束参考臂光线与第二束参考臂光线，所述第一平面反射镜（43）设置在第一束参考臂光线的光路上，第一束参考臂光线能射入第一平面反射镜（43），所述第二平面反射镜（44）设置在第二束参考臂光线的光路上，第二束参考臂光线能射入第二平面反射镜（44）；
所述活动遮蔽板（45）活动设置在分光棱镜（42）与第一平面反射镜（43）之间，其具有阻挡第一束参考臂光线使其无法到达第一平面反射镜（43）的第一位置，以及不阻挡第一束参考臂光线使其能够到达第一平面反射镜（43）进行反射的第二位置。
2.根据权利要求1所述的基于分光棱镜实现眼前节OCT 整合生物测量仪功能的成像装置，其特征在于：参考臂光线到达第二平面反射镜（44）的距离与样品臂光线到达人眼前节的距离相同，参考臂光线到达第一平面反射镜（43）的距离与样品臂光线到达人眼后段的距离相同。
3.根据权利要求1所述的基于分光棱镜实现眼前节OCT 整合生物测量仪功能的成像装置，其特征在于：所述活动遮蔽板（45）旋转设置。
4.根据权利要求1所述的基于分光棱镜实现眼前节OCT 整合生物测量仪功能的成像装置，其特征在于：所述参考臂（4）还包括电动平移台（46），所述第一平面反射镜（43）固定安装在电动平移台（45）上，能沿第一束参考臂光线的方向做直线往复动作。
5.根据权利要求4所述的基于分光棱镜实现眼前节OCT 整合生物测量仪功能的成像装置，其特征在于：所述电动平移台（45）上设有光栅尺（46）。
6.根据权利要求1所述的基于分光棱镜实现眼前节OCT 整合生物测量仪功能的成像装置，其特征在于：所述样品臂（5）包括第二准直镜（51）、第一振镜（52）、第一透镜（53）、第二透镜（54）、第二振镜（55）、第三透镜（56），样品臂光线能够依次经过第二准直镜（51）、第一振镜（52）、第一透镜（53）、第二透镜（54）、第二振镜（55）、第三透镜（56）后射入人眼。
7.根据权利要求6所述的基于分光棱镜实现眼前节OCT 整合生物测量仪功能的成像装置：所述样品臂（5）还包括人眼追踪视标系统（7），所述人眼追踪视标系统（7）包括视标（71）、第四透镜（72）、追踪相机（73）、半透半反镜（74）、热镜（75）；所述视标（71）通过第四透镜（72）、半透半反镜（74）、热镜（75）与人眼对应，所述追踪相机（73）通过半透半反镜（74）、热镜（75）与人眼对应，所述第三透镜（56）通过热镜（75）与人眼对应。
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