基于光学相干断层扫描的多参数、多功能眼睛测量仪的制作方法

背景技术：

光学相干断层扫描(oct)是一种新兴的成像技术，从1991年出现到现在，随着研究的深入，此技术具有在活体无创无损、高分辨率、量化评估等优点，其工作原理是利用低相干干涉原理结合共聚焦扫描，对生物组织或其他散射介质内部的微观结构进行高分辨率的层析扫描，通过计算机重建被测样品的图像。随着相对应的软件算法的开发，已经广泛地应用到血流成像、眼睛检测等临床应用上。其中，在眼睛检测方面，由于oct优越的分辨率，使得oct已经成为眼睛检测的“金标准”。

目前oct分为两大类：时域td-oct和频域sd-oct。td-oct的工作原理是低相干光源发出的光在光纤耦合器处均分为两束光，一束参考光射向参考臂，到达平面镜反射回来，另外一束测量光射向样品，经过样品向后散射回来，参考光束反射回来和测量光束在样品上产生的后向散射光在光纤耦合器发生干涉。随后光电传感器接受此干涉信号并处理，最后经过计算机处理得到样品的断层图像。通过纵向参考臂的扫描，实现样品内部纵向信息(深度方向)的逐点获取。由于该扫描机制的限制，td-oct的轴向线扫描速度(a-line)一般被限制在2-4khz，极大的限制了td-oct的成像速度。

跟td-oct系统工作原理不同的是，sd-oct在光接收端将光电传感器用光谱仪代替，不再需要纵向扫描参考臂，从而提高了扫描速度、增加了稳定性。具体而言，对光谱仪接收到的干涉光谱数据，经过傅里叶逆变换进行分析，最终获得被测物质的纵向信息，通过计算机完成图像数据的采集与分析。本系统的设计通过时域和频域光程改变装置，实现两种光程的有效转换，达到对眼睛各部位多参数检测，实现测量仪的多功能。

目前，市场上的眼科检查仪器都是针对某一眼睛参数目标,如针对眼轴长进行测量，采用单一的td-oct或者sd-oct对视网膜进行成像等，它们在单一的目标成像上，都能够满足临床上的需求。但是，若需要对多个目标进行成像检查，就需要配备多种检查仪器，而随着对眼科疾病研究深入，有些疾病会与眼睛多个部位有所关联，即发生眼科疾病，对多部位进行形态结构成像是有一定需要的。

因此传统的针对单一目标的眼科检查仪器，难以通过一次检查项目适用实际需求，需要多个检测设备对病人进行检测。这样不仅增加检测仪器的购买成本，而且也增加了机器的维护成本，相关人员的培训成本等等。

技术实现要素：

本发明的目的是，针对现有眼科检查仪器的不足，提供一种多参数、多功能眼睛测量仪，可以一次测量多个参数，包括多眼前节、视网膜、眼轴长等参数。

为了达到上述技术目的，本发明的技术方案如下：一种基于光学相干断层扫描的多参数、多功能眼睛测量仪，包括光源，光线耦合器，参考臂，样品臂、探测器和处理器；

所述光源用于提供初始光束；

所述光纤耦合器用于将所述初始光束分为两部分，分别进入所述参考臂和样品臂，并接收所述参考臂和样品臂返回的光束；

所述参考臂包括并行设置的频域模块和时域模块，所述频域模块包括准直镜和频域零光程位置改变装置，所述时域模块包括准直镜和时域光学延迟线装置；

所述样品臂用于对待测眼睛进行扫描；

所述探测器用于接收参考臂和样品臂返回的光束发生干涉形成的干涉型，并将其转化为电信号；其包括并行设置的光谱仪和光电传感器；

所述处理器用于接收所述电信号，并成像。

本发明的眼睛测量仪，通过在样品臂和探测器分别设置并行的频域零光程位置改变装置和时域光学延迟线装置，及光谱仪和光电传感器；从而使得光源发出的光束，可以选择采用频域光程，也可以选择采用频域光程，具体的频域光程为：光源发出的光，经光纤耦合器分为两部分，一束进入参考臂，进入参考臂的光束可以经频域零光程位置改变装置，进入频域模块，最后经反射镜返回的光和样品臂返回的光干涉，从而被光谱仪探测成像；时域光程为：光源发出的光，经光纤耦合器分为两部分，一束进入参考臂，进入参考臂的光束可以经光学延迟线装置进入时域模块，最后经反射镜返回的光和样品臂返回的光干涉，从而光电探测器、及处理器探测成像。

这样可以分别利用时域oct模块对眼轴长进行测量，而频域oct模块则对眼睛进行成像，以实现对眼睛多部位的检查。

进一步地，所述频域零光程位置改变装置包括：准直透镜和可移动平面镜，结构简单，便于光程调整对应。

优选地，所述可移动平面镜包括电机驱动导轨和位于导轨上的平面镜。

时域光学延迟线装置主要是为了快速改变参考臂的光程，优选地，所述时域光学延迟线装置包括圆形转盘，及呈一定角度固定在所述转盘上的若干反射镜，结构简单，便于光程调整对应。

进一步地，所述光源为中心波长为840nm，带宽范围为49nm的激光光源，平均功率为20mw。使用近红外光波可以减少组织散射以达到更大的成像深度；带宽范围窄可确保图像不受眼球微扫视等眼球自身不可避免的运动的影响。

进一步地，所述样品臂包括准直镜，快速扫描振镜、慢速扫描振镜，及第一透镜组和第二透镜组，光线进入后，依次经过准直镜、快速扫描振镜、慢速扫描振镜，然后进入第一透镜组或者第二透镜组，所述第一透镜组为发散透镜组，所述第二透镜组为聚光透镜组，所述第一透镜组和第二透镜组之间可切换。第一透镜组为发散透镜组，使得扫描光线进入眼睛前为一平行光，然后经过眼睛的光线系统后可以在眼底聚焦，从而可以对眼底进行成像；第二透镜组为聚光透镜组，这样进入的平行光便可以经过第一透镜组在眼前房进行聚焦，从而对眼前房进行成像。这样通过第一透镜组和第二透镜组的切换，则整个装置既可以对眼底成像，也可以对眼前房成像，从而可以获取更多的信息。

优选地，所述第一透镜组包括两个互相平行的聚焦透镜组成，且该两个聚焦透镜形成4f系统，结构简单，便于光程调控。

优选地，所述第二透镜组由一聚焦透镜组成，便于聚焦，也便于系统光程调控。

优选地，所述光谱仪包括准直透镜、光栅、聚焦透镜以及cmos线阵相机。

本发明的测量仪结构简单，设计合理，便于光程调控，实现oct参考臂光路的时域和频域之间的转换，使得单一设备具备了多种成像功能，很大地提高设备的性能，对于常见的眼科测量需求，如前房成像、眼底视网膜成像，眼轴长测量，血流成像等，都能满足，从而便于医生得到测量眼睛各部位的参数，节约了设备的购买成本、维护成本、以及对应设备的操作培训成本，设备的管理成本。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于光学相干断层扫描的多参数、多功能眼睛测量仪结构示意图；

图2是本发明实施例的频域零光程位置改变装置结构示意图；

图3是本发明实施例的时域光学延迟线装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例详细说明本发明的技术方案。

参照图1示，基于光学相干断层扫描的多参数、多功能眼睛测量仪，包括光源1，光纤耦合器2，参考臂，样品臂，探测器及处理器。

其中参考臂包括并行设置的频域模块和时域模块，频域模块包括准直镜3和频域零光程位置改变装置5，如图2所示，频域零光程位置改变装置5为一可移动平面镜，包括电机驱动导轨51和位于导轨上的平面镜52，通过电机驱动导轨51的移动，使得平面镜52移动，达到改变参考臂长度，从而使得参考臂长度与要测量样品臂长度一致。时域模块包括准直镜3和时域光学延迟线装置4，其中时域光学延迟线装置4的结构如图3所示；包括圆形转盘41，及呈一定角度固定在转盘41上的若干反射镜42；反射镜42随着转盘41的转动，转动时光打在反射镜42上的位置发生了变化，从而使得参考臂长度发生变化。

样品臂包括准直镜3，快速扫描振镜6、慢速扫描振镜7，及可切换的第一透镜组和第二透镜组，第一透镜组为发散透镜组，第二透镜组为聚光透镜组，其中第一透镜组由两个互相平行的聚焦透镜8组成，且该两个聚焦透镜8形成4f系统；第二透镜组由一聚焦透镜8组成；探测器包括并行设置的光谱仪和光电传感器9，其中光谱仪包括准直镜3、光栅10、聚焦透镜8以及cmos线阵相机11；处理器为一电脑12。

通过在样品臂和探测器分别设置并行的频域零光程位置改变装置5和时域光学延迟线装置4，及光谱仪和光电传感器9；从而使得光源发出的光束，可以选择采用频域光程，也可以选择采用频域光程。

本发明实施例的测量仪的频域oct的光路为，光源1发出一束光进入光纤耦合器2上一分为二，一束进入参考臂，进入频域零光程位置改变装置，具体地，通过一个光纤准直器3变成一束平行光，然后平行光打在一个可移动的平面镜52上，由于平面镜52的可移动性，使得系统可以根据成像目标的不同(如对眼前房进行成像或者对眼底进行成像)来调整平面镜的位置，进而调整参考臂的臂长，与要成像的目标在光程上进行匹配。进入参考臂的光在反射镜52上反射后，原路返回到光纤耦合器2上。另一束光则进入样品臂，通过慢速扫描振镜6，再通过快速扫描振镜7，然后经过与目标相匹配的透镜组——第一透镜组或者第二透镜组，在成像的目标上聚焦扫描，扫描光在组织中的反射后经原路返回，在光纤耦合器2中与参考臂返回的光发生干涉，然后进入探测器部分，即包括准直透镜3、光栅10、聚焦透镜8以及cmos线阵相机11组成的光谱仪，光信号被转化为电信号，最终信号传输到电子计算机12上成像。

本发明实施例的测量仪的时域oct光路光路为，光源1发出一束光进入光纤耦合器2上一分为二，一束进入参考臂，进入时域光学延迟线装置4，具体地，经准直器3后进去光学延迟线装置4，然后原路返回，进入到光纤耦合器2中。另一束光则进入样品臂，通过慢速扫描振镜6，再通过快速扫描振镜7，然后经过与目标相匹配的透镜组——第一透镜组或者第二透镜组，在成像的目标上聚焦扫描，扫描光在组织中的反射后经原路返回，在光纤耦合器2中与参考臂返回的光发生干涉，然后进入光电传感器部分，光信号被光电传感器9转化为电信号，最终信号传输到电子计算机12上成像。

oct系统的光源决定了所能达到的性能水平，中心波长决定了的纵向分辨率，及系统所能达到的探测深度。因此，本实施例的测量仪的光源1优选地，使用由科研小组自行定制的中心波长为840nm，带宽范围为49nm的激光光源，平均功率为20mw，这样轴向分辨率<12μm，为在人眼实现高灵敏探测和快速图像采集提供了可能。同时使用近红外光波可以减少组织散射以达到更大的成像深度；带宽范围窄可确保图像不受眼球微扫视等眼球自身不可避免的运动的影响。

同时，本实施例中，设置可切换的第一透镜组和第二透镜组，第一透镜组为发散透镜组，使得扫描光线进入眼睛前为一平行光，然后经过眼睛的光线系统后可以在眼底聚焦，从而可以对眼底进行成像；第二透镜组为聚光透镜组，这样进入的平行光便可以经过第一透镜组在眼前房进行聚焦，从而对眼前房进行成像。这样通过第一透镜组和第二透镜组的切换，则整个装置既可以对眼底成像，也可以对眼前房成像，从而可以获取更多的信息。

这样，本发明实施例的眼睛测量仪，同时具有了时域oct和频域oct模块，且具有可选的第一透镜组和第二透镜组，可以分别对眼底和眼前节聚焦成像，这样可以利用频域模块获得眼睛的结构信息，如眼前房结构信息，视网膜结构信息，并且可以通过相对应的成像算法引入，进而可以对血流成像。而对眼前房和眼底成像，是通过改变频域中参考臂的长度，以及相对应的聚焦透镜，来对目标进行成像的。而通过时域系统来测量眼轴长度等，这样基本涵盖了眼科检查中的重要参数。

且本发明的测量仪，通过优选各结构的元件设计，使得结构简单，便于调整不同成像部位光学聚焦、参考臂光程对应问题，本发明实施例的测量仪扫描快速，耗时短，便于医生得到测量眼睛各部位的参数，节约了设备的购买成本、维护成本、以及对应设备的操作培训成本，设备的管理成本。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。