眼底10微米以下微細(xì)血管的快速捕捉與成像方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及眼波像差自適應(yīng)校正光學(xué)成像技術(shù)中眼底10微米以下微細(xì)血管的快速捕捉與成像方法。視網(wǎng)膜中的內(nèi)核層富含10微米以下微細(xì)血管，但內(nèi)核層的位置因人而異。統(tǒng)計(jì)大量人眼的微細(xì)血管內(nèi)核層公共區(qū)域及公共區(qū)域中心面相對(duì)視覺細(xì)胞層表面的距離；將人眼等效于透鏡，利用現(xiàn)有人眼光學(xué)模型仿真得出人眼有效焦距和人眼軸長(zhǎng)之間的關(guān)系式；實(shí)測(cè)人眼軸長(zhǎng)、代入人眼有效焦距和人眼軸長(zhǎng)之間的關(guān)系式計(jì)算出人眼有效焦距；最后根據(jù)自適應(yīng)光學(xué)成像光路的光學(xué)參數(shù)，計(jì)算出內(nèi)核層公共區(qū)域中心面的像面位置，如圖所示，在此處設(shè)置成像相機(jī)，使被檢患者在一次檢測(cè)中眼睛只受到短于18ms的可見光照射，即能完成直徑10μm上下的內(nèi)核層微細(xì)血管清晰成像。
【專利說明】
眼底10微米以下微細(xì)血管的快速捕捉與成像方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于眼底顯微成像技術(shù)領(lǐng)域，涉及眼波像差自適應(yīng)校正光學(xué)成像技術(shù)中微 細(xì)血管層的快速捕捉以及自適應(yīng)像差校正高清晰成像的方法，具體地說是一種無(wú)需造影劑 的直徑?ο微米以下微細(xì)血管的自適應(yīng)光學(xué)成像的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 人眼是個(gè)復(fù)雜的具有自調(diào)焦功能、且隨時(shí)可能下意識(shí)動(dòng)作的光學(xué)系統(tǒng)。當(dāng)人眼從 明亮環(huán)境進(jìn)入暗室瞳孔會(huì)在幾分鐘內(nèi)由1mm擴(kuò)大到4mm~6mm，此時(shí)即使是無(wú)屈光不正的眼 睛也不可避免地存在光學(xué)像差，采用散瞳劑也同樣使人眼產(chǎn)生光學(xué)像差，因此臨床所用的 檢眼鏡很難看清20微米以下的血管。
[0003] 從上個(gè)世紀(jì)九十年代起，人們開始探討自適應(yīng)光學(xué)校正技術(shù)在眼底成像中的應(yīng) 用。液晶波前校正器具有十萬(wàn)到百萬(wàn)個(gè)驅(qū)動(dòng)像素，校正精度高，重復(fù)性好，可以進(jìn)行單次探 測(cè)的開環(huán)校正，最大限度地降低入射人眼的光能使用量，安全程度提高，更利于應(yīng)用在眼底 自適應(yīng)光學(xué)成像系統(tǒng)上。關(guān)于液晶自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)在眼底成像中的應(yīng)用，已在中國(guó)專利公 報(bào)上公開，如"視度自調(diào)節(jié)液晶自適應(yīng)像差校正視網(wǎng)膜成像的光學(xué)系統(tǒng)"（公開號(hào) CN101766472A，專利號(hào)ZL 200910266651.4)，"能量高效利用的液晶自適應(yīng)像差校正視網(wǎng)膜 成像裝置"（公開號(hào)CN101797149A，專利號(hào)ZL200910215480.2)，"普適性液晶自適應(yīng)像差校 正視網(wǎng)膜成像系統(tǒng)"（公開號(hào)CN101791212A，專利號(hào)ZL200910266664.1)，使得該技術(shù)具有安 全、普適的優(yōu)勢(shì)。但是這三個(gè)公開的專利申請(qǐng)，沒能解決自適應(yīng)成像景深只有幾十微米、位 于視網(wǎng)膜內(nèi)叢狀層的直徑10微米以下微細(xì)血管很難進(jìn)入成像視場(chǎng)的問題，而受系統(tǒng)中視標(biāo) 的誘導(dǎo)和人眼自調(diào)節(jié)功能的響應(yīng)，視場(chǎng)在縱向上總是位于視覺細(xì)胞層上，看不到位于視網(wǎng) 膜內(nèi)核層的直徑10微米以下微細(xì)血管，這是眼底自適應(yīng)校正光學(xué)成像技術(shù)的普遍問題，故 至今還未實(shí)用化。
[0004] 視網(wǎng)膜為多層半透明組織結(jié)構(gòu)，其中數(shù)十微米厚的內(nèi)核層含有豐富的直徑ΙΟμπι以 下的微細(xì)血管，另外黃斑中心存在無(wú)血管區(qū)域，所以微細(xì)血管在距離黃斑中心2°~3°范圍 內(nèi)是最密集豐富的。視網(wǎng)膜橫向定位可以通過視標(biāo)的引導(dǎo)來確定，而視網(wǎng)膜微細(xì)血管的縱 向定位困難。自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)對(duì)不同人眼的視網(wǎng)膜微細(xì)血管成像的主要障礙有：一是人眼 微細(xì)血管成像需要使用黃綠光照明才能獲得足夠的成像對(duì)比度，但黃綠光是可見光，對(duì)人 眼刺激強(qiáng)烈，如果不使用麻醉劑易產(chǎn)生瞳孔收縮，所以可見光照明時(shí)間不能超過十?dāng)?shù)毫秒， 而在這個(gè)時(shí)間范圍內(nèi)很難捕捉到內(nèi)核層血管；二是人眼景深只有30~40μπι，與內(nèi)核層厚度 相當(dāng)，且不同的人眼其內(nèi)核層的相對(duì)位置有± ΙΟμπι前后移動(dòng)，因此人眼微細(xì)血管層的位置 很難捕捉;三是人眼的光學(xué)焦距有個(gè)性差異，而此前認(rèn)為人眼有效焦距為恒定18mm，因此即 使找到了微細(xì)血管層的幾何位置，如果不能準(zhǔn)確知道被測(cè)人眼的光學(xué)焦距，也無(wú)法在自適 應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中精確設(shè)置成像相機(jī)位置，也就無(wú)法得到清晰的微細(xì)血管圖像。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對(duì)人眼結(jié)構(gòu)參數(shù)各異的問題，提出對(duì)內(nèi)核層微細(xì)血管快速捕捉、自適應(yīng) 光學(xué)成像的方法，目的是能在自適應(yīng)成像過程中快速捕捉到直徑10微米以下的微細(xì)血管。
[0006] 本發(fā)明的基本思想是:提出以視覺細(xì)胞層表面作為基準(zhǔn)位置;統(tǒng)計(jì)大量人眼的微 細(xì)血管內(nèi)核層互相交疊的公共區(qū)域及公共區(qū)域中心面相對(duì)基準(zhǔn)位置的距離;利用現(xiàn)有人眼 光學(xué)模型【C.Leahy，C.Dainty.A non-stationary model for simulating the dynamics of ocular aberrations，[J]·Opt.Express，2010，18(20):21386-21396·】、【L.N.Thibos， A.Bradley,X.Hong.A statistical model of the aberration structure of normal, well-corrected eyes, [J] .Ophthal .Physiol .Opt. ,2002,22(5) :427_433】仿真得出人眼 有效焦距和人眼軸長(zhǎng)之間的關(guān)系式;實(shí)測(cè)人眼軸長(zhǎng)，換算為個(gè)性人眼的有效焦距;最后根據(jù) 自適應(yīng)光學(xué)成像光路結(jié)構(gòu)和各器件的光學(xué)參數(shù)，計(jì)算出內(nèi)核層公共區(qū)域中心面的像面位 置;在微細(xì)血管的自適應(yīng)光學(xué)成像程序開始之前，將成像相機(jī)置于計(jì)算出的內(nèi)核層公共區(qū) 域中心面的像面位置上，使直徑10微米上下的微細(xì)血管在短于20ms的可見光曝光下完成自 適應(yīng)光學(xué)成像。
[0007] 為詳細(xì)說明本發(fā)明的方法，用圖1所示的眼底微細(xì)血管自適應(yīng)光學(xué)成像原理圖進(jìn) 行說明。
[0008] 圖1中點(diǎn)劃線為光軸，100為自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)；自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)100的左側(cè)為被測(cè)人 眼1，其中11為視網(wǎng)膜最底層的視覺細(xì)胞層表面、12為視網(wǎng)膜中的含有豐富微細(xì)血管的內(nèi)核 層中心面，視覺細(xì)胞層表面11和內(nèi)核層中心面12的距離為d;自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)100的右側(cè)有 成像透鏡5和成像相機(jī)10,111為成像透鏡5的焦點(diǎn)作為成像相機(jī)10的原點(diǎn)、也是視覺細(xì)胞層 表面的像面，122為內(nèi)核層中心面的像面;該眼底微細(xì)血管自適應(yīng)光學(xué)成像系統(tǒng)中還配置具 有同樣黃綠色單一波長(zhǎng)的眼底照明光源和視標(biāo)，還配置一臺(tái)裝有視網(wǎng)膜自適應(yīng)光學(xué)成像控 制程序的計(jì)算機(jī)；
[0009] 在成像透鏡5的焦點(diǎn)111處做出成像相機(jī)10的原點(diǎn)標(biāo)記后，將成像相機(jī)10沿光軸向 遠(yuǎn)離成像透鏡5的方向移動(dòng)到富含微細(xì)血管的內(nèi)核層中心面的像面122處，移動(dòng)距離為L(zhǎng);此 時(shí)開啟視網(wǎng)膜自適應(yīng)光學(xué)成像的控制程序，經(jīng)過像差探測(cè)與校正，成像相機(jī)10中即可呈現(xiàn) 清晰的內(nèi)核層微細(xì)血管圖像。
[0010] 為說明成像相機(jī)1〇的移動(dòng)距離L的求取方法，需將圖1展開為詳細(xì)結(jié)構(gòu)原理圖，如 圖2所示，其中點(diǎn)劃線為光軸，1為人眼，2為第一透鏡，3為第二透鏡，4為第三透鏡，5為成像 透鏡，6為液晶波前校正器，7為折軸反射鏡，8為波前探測(cè)器，9為偏振分光棱鏡，10為位于原 點(diǎn)的成像相機(jī)；
[0011]當(dāng)眼底照明光源將單一波長(zhǎng)的光束入射到人眼1的視網(wǎng)膜時(shí)，由于人眼的自調(diào)焦 生物功能使入眼光束聚焦在視覺細(xì)胞層上，形成物像共輒的光學(xué)成像光路，同時(shí)會(huì)有部分 光被反射率相對(duì)最高的視覺細(xì)胞層表面反射，反射出人眼1的準(zhǔn)平行光束中帶有人眼像差， 光束經(jīng)過第一透鏡2和第二透鏡3成為與液晶波前校正器6 口徑匹配的平行光束，經(jīng)過液晶 波前校正器6的反射、又經(jīng)第二透鏡3、折軸反射鏡7和第三透鏡4成為與波前探測(cè)器8 口徑匹 配的平行光束，再經(jīng)過一個(gè)偏振分光棱鏡9分成反射的S偏振光束和透射的P偏振光束，其中 S偏振光束進(jìn)入波前探測(cè)器8,由波前探測(cè)器8將人眼1的像差信息探測(cè)出來，再控制液晶波 前校正器6對(duì)P偏振光束進(jìn)行波前校正，消除像差后的P偏振光束透過偏振分光棱鏡9、又經(jīng) 過成像透鏡5聚焦于成像相機(jī)10,在成像相機(jī)10上呈現(xiàn)無(wú)像差的高分辨視覺細(xì)胞圖像；
[0012] 將成像相機(jī)10從原點(diǎn)沿光軸向遠(yuǎn)離成像透鏡5的方向移動(dòng)L距離，L滿足以下關(guān)系 式時(shí)成像相機(jī)10中即可呈現(xiàn)清晰的內(nèi)核層微細(xì)血管圖像：
[0013] L=(flf4/f3)2d/Feye2 (1)
[0014] 其中fi、f 3和f 4分別為第一透鏡2、第三透鏡4和成像透鏡5的焦距，F(xiàn)eye為人眼的有 效焦距。從(1)式中看出，先找到視覺細(xì)胞層到微細(xì)血管層的距離d，再尋找獲得不同人眼的 有效焦距，最后就可以計(jì)算出成像相機(jī)10移動(dòng)的距離L。
[0015] 內(nèi)核層大約有30微米的厚度。為了找到大多數(shù)人內(nèi)核層的重疊公共區(qū)域，根據(jù)系 列文南犬【例：A · L · Loduca，C · Zhang，R · Zelkha，et al. Thickness mapping of retinal layers by spectral-domain optical coherence tomography[J].Am.J.Ophthalmol., 2010,150(6): 849-855】報(bào)道的OCT測(cè)量人眼視網(wǎng)膜各層組織厚度的大量數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)出內(nèi)核 層的公共區(qū)域中心面距離視覺細(xì)胞層表面138μπι，公共區(qū)域?qū)雍?6μπι，可以寫成(1=138μπι土 8um〇
[0016] 對(duì)于人眼有效焦距Feye沒有手段測(cè)量，而人眼的軸長(zhǎng)可在臨床測(cè)量。本發(fā)明利用 前面所述的現(xiàn)有人眼光學(xué)模型求得人眼軸長(zhǎng)1與有效焦距Feye的關(guān)系如(2)式，二者的單位 均為毫米。
[0017] Feye = 0.71361+0.1483 (2)
[0018] 所以，只要臨床測(cè)出人眼的軸長(zhǎng)1，即可由（2)式算出人眼有效焦距Feye，再將Feye 的數(shù)值代入（1)式，令（1)式中的(1=138μπι，即可獲得成像相機(jī)10從原點(diǎn)到富含微細(xì)血管的 內(nèi)核層公共區(qū)域中心面像面的移動(dòng)距離L。
[0019]在微細(xì)血管的自適應(yīng)光學(xué)成像程序開始之前，按照被測(cè)者眼軸長(zhǎng)計(jì)算的L值，將成 像相機(jī)10從原點(diǎn)沿光軸向遠(yuǎn)離成像透鏡5的方向移動(dòng)L距離、即為內(nèi)核層公共區(qū)域中心面的 像面位置上;然后引入視標(biāo)光束，視標(biāo)放置在距離人眼lm光程的位置處，其為2mm~3mm直徑 的平行光束，令視標(biāo)光束的光軸在人眼前與第一透鏡2的光軸重合導(dǎo)入人眼，通過調(diào)節(jié)視標(biāo) 的位置來改變眼球轉(zhuǎn)角，以使入眼的眼底照明光源的光束能聚焦至距離小凹中心2°~3°位 置處，即能到達(dá)具有微細(xì)血管的內(nèi)核層位置;人眼盯視視標(biāo)并能看清楚視標(biāo)的簡(jiǎn)單圖案;立 即開啟視網(wǎng)膜自適應(yīng)光學(xué)成像控制程序，就能使直徑10微米上下的微細(xì)血管在短于20ms的 可見光曝光下完成自適應(yīng)光學(xué)成像。
【附圖說明】
[0020] 圖1本發(fā)明的眼底微細(xì)血管自適應(yīng)光學(xué)成像原理圖，其中點(diǎn)劃線為光軸，100為自 適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)；自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)100的左側(cè)為被測(cè)人眼1，其中11為視網(wǎng)膜最底層的視覺細(xì) 胞層表面、12為視網(wǎng)膜中的含有豐富微細(xì)血管的內(nèi)核層中心面，視覺細(xì)胞層表面11和內(nèi)核 層中心面12的距離為d;自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)100的右側(cè)有成像透鏡5和成像相機(jī)10，111為成像 透鏡5的焦點(diǎn)作為成像相機(jī)10的原點(diǎn)、也是視覺細(xì)胞層表面的像面，122為內(nèi)核層中心面的 像面，成像相機(jī)10從原點(diǎn)沿光軸移動(dòng)到富含微細(xì)血管的內(nèi)核層中心面的像面122處的移動(dòng) 距離為L(zhǎng)。
[0021] 圖2本發(fā)明的眼底微細(xì)血管自適應(yīng)光學(xué)成像原理圖的詳細(xì)結(jié)構(gòu)展開圖，其中1為人 眼，2為第一透鏡，3為第二透鏡，4為第三透鏡，5為成像透鏡，6為液晶波前校正器，7為折軸 反射鏡，8為波前探測(cè)器，9為偏振分光棱鏡，10為位于成像透鏡5焦點(diǎn)上的成像相機(jī)。當(dāng)眼底 照明光源將單一波長(zhǎng)的光束入射到人眼1時(shí)，反射出人眼1的準(zhǔn)平行光束中帶有人眼像差， 光束經(jīng)過第一透鏡2和第二透鏡3成為與液晶波前校正器6 口徑匹配的平行光束，經(jīng)過液晶 波前校正器6的反射、又經(jīng)第二透鏡3、折軸反射鏡7和第三透鏡4成為與波前探測(cè)器8 口徑匹 配的平行光束，再經(jīng)過一個(gè)偏振分光棱鏡9分成反射的S偏振光束和透射的P偏振光束，其中 S偏振光束進(jìn)入波前探測(cè)器8,由波前探測(cè)器8將人眼1的像差信息探測(cè)出來，再控制液晶波 前校正器6對(duì)P偏振光束進(jìn)行波前校正，消除像差后的P偏振光束透過偏振分光棱鏡9、又經(jīng) 過成像透鏡5聚焦于成像相機(jī)10,在成像相機(jī)10上呈現(xiàn)無(wú)像差的高分辨視覺細(xì)胞圖像。
[0022] 圖3是受試者CCL左眼的內(nèi)核層微細(xì)血管圖像。其中（a)是按照傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)的人眼有 效焦距18mm計(jì)算出成像相機(jī)10的移動(dòng)距離L為53.13mm、所獲得的內(nèi)核層微細(xì)血管成像，13 是"(a)"條件下直徑8μπι的微細(xì)血管成像效果，（b)是按照受試者CCL實(shí)測(cè)算出的左眼有效焦 距計(jì)算出成像相機(jī)10的移動(dòng)距離L為45.34mm、所獲得的內(nèi)核層微細(xì)血管成像，14是"(b)"條 件下直徑8μπι的微細(xì)血管成像效果;看出14比13清晰銳利得多。圖中15是比例長(zhǎng)度50μπι，其 中分格為1 〇Μ?。
[0023] 圖4是受試者LCR右眼的內(nèi)核層微細(xì)血管圖像。其中（a)是按照傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)的人眼有 效焦距18mm計(jì)算出成像相機(jī)10的移動(dòng)距離L為53.13mm、所獲得的內(nèi)核層微細(xì)血管成像，16 是"(a)"條件下直徑9μπι的微細(xì)血管成像效果，（b)是按照受試者LCR實(shí)測(cè)算出的右眼有效焦 距計(jì)算出成像相機(jī)10的移動(dòng)距離L為59.86mm、所獲得的內(nèi)核層微細(xì)血管成像，17是"(b)"條 件下直徑9μπι的微細(xì)血管成像效果;看出17比16清晰銳利得多。圖中18是比例長(zhǎng)度50μπι，其 中分格為1 〇Μ?。
[0024] 圖5是分別按照6位受試者的L測(cè)算值移動(dòng)成像相機(jī)10,依次獲得的清晰內(nèi)核層血 管圖像。其中（a)圖是受試者GQL的結(jié)果，19是5μπι直徑血管；（b)圖是受試者GQR的結(jié)果，20是 6μπι直徑血管；（c)圖是受試者CCL的結(jié)果，21是8μπι直徑血管；（d)圖是受試者SFR的結(jié)果，22 是7μπι直徑血管；（e)圖是受試者LYR的結(jié)果，23是6μπι直徑血管；（f)圖是受試者LCR的結(jié)果， 24是9μπι直徑血管。圖中25是比例長(zhǎng)度50μπι，其中分格為1 Ομπι。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 1.使用如圖1所示的基于液晶波前校正器的眼底自適應(yīng)光學(xué)成像系統(tǒng)，配置眼底 照明光源、視標(biāo)和一臺(tái)計(jì)算機(jī)，各器件的特性參數(shù)如下：
[0026] (1)眼底照明光源：為簡(jiǎn)化驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，選用波長(zhǎng)808nm單色光源作為內(nèi)核層微細(xì)血 管的成像照明光源，因?yàn)樵?08nm波長(zhǎng)下微細(xì)血管也可以成像，只是相對(duì)可見光波段的黃綠 光源來說成像對(duì)比度低，作為技術(shù)驗(yàn)證是可以的，因此用波長(zhǎng)808nm單色光源替代黃綠光 源；由于視標(biāo)都是可見光，本實(shí)施例中視標(biāo)的波長(zhǎng)為500nm，成像光源、像差探測(cè)光源的波長(zhǎng) 與視標(biāo)的波長(zhǎng)差距較大，必須考慮人眼的色差，而且視標(biāo)有先入為主的人眼自調(diào)焦，使 500nm的綠色光束正好聚焦于視覺細(xì)胞層，在此條件下波長(zhǎng)808nm或785nm的平行光束入眼 后將成為發(fā)散光束，故設(shè)計(jì)波長(zhǎng)808nm和785nm照明光源出射匯聚光束，置于距離人眼150mm 光程的位置處，出口直徑分別為8.7mm、1.2mm，到達(dá)人眼瞳孔處的光束直徑分別為6mm和 0.8mm、光功率分別為150μ?和50μ?，在眼底的照明區(qū)域直徑為350μπι和50μπι ;探測(cè)光源和成 像光源的入眼能量都遠(yuǎn)小于國(guó)際安全標(biāo)準(zhǔn)【American National Standard for the Safe Use of Lasers , ANSI Z136·1-2007，Laser Institute of America, Orlando,Fla., Chapt. 8，P62-66.】中最大允許曝光能量的1/50。
[0027] (2)視標(biāo):利用波長(zhǎng)為500nm的綠色LED燈與透鏡組合形成直徑為3mm直徑的平行光 束，作為視標(biāo)，放置在距離人眼lm光程的位置處，視標(biāo)光束在人眼前與第一透鏡2的光軸重 合導(dǎo)入眼底，通過調(diào)節(jié)視標(biāo)LED燈的位置來改變眼球轉(zhuǎn)角，使入眼的探測(cè)光源光束和成像光 源光束能聚焦至距離小凹中心3°位置處，引導(dǎo)探測(cè)光束和成像光束都能到達(dá)具有微細(xì)血管 的內(nèi)核層位置;視標(biāo)光的亮度是人眼能舒適盯視的亮度。
[0028] (3)第一透鏡2、第二透鏡3、第三透鏡4、成像透鏡5的焦距分別為fi = 200mm、f 2 = 200mm、f3 = 85mm、f4= 150mm，均為 560nm ~810nm 波段消色差透鏡；
[0029] 液晶波前校正器6的像素?cái)?shù)256 X 256，響應(yīng)時(shí)間3ms;
[0030] 折軸反射鏡7為一般平面反射鏡；
[0031]波前探測(cè)器8為哈特曼波前探測(cè)器，其中微透鏡陣列為20X20,背部相機(jī)為美國(guó) Andor公司的EMCCD，型號(hào)ixon，使用幀頻333Hz;
[0032] 偏振分光棱鏡9為大恒新紀(jì)元公司的產(chǎn)品，型號(hào)GCC-402112;
[0033] 成像相機(jī)10為美國(guó)Andor公司的產(chǎn)品，sCMOS系列型號(hào)Zyla，使用幀頻56Hz，放置在 一維電控位移臺(tái)上以移動(dòng)成像相機(jī)10至內(nèi)核層微細(xì)血管的像面上；
[0034] 一維電控位移臺(tái)為PI公司的產(chǎn)品，量程200mm，精度2μπι;
[0035] (4)計(jì)算機(jī)中裝有視網(wǎng)膜自適應(yīng)光學(xué)成像的控制程序和一維電控位移臺(tái)的控制程 序，其與液晶波前校正器6、哈特曼波前探測(cè)器8、成像相機(jī)10和一維電控位移臺(tái)相連接，在 內(nèi)核層微細(xì)血管的自適應(yīng)光學(xué)成像過程中相繼控制一維電控位移臺(tái)的位移量、哈特曼波前 探測(cè)器8的曝光時(shí)刻與曝光時(shí)間、探測(cè)信號(hào)的處理、液晶波前校正器6的像差校正、成像相機(jī) 1 〇的曝光時(shí)刻與曝光時(shí)間。
[0036] 2.利用法國(guó)Qantel Medical公司的B-SCAN-CINESCAN眼軸測(cè)量?jī)x器對(duì)12位年齡范 圍為26歲~42歲受試者的17只人眼眼軸進(jìn)行測(cè)量，受試者的近視程度從-8D~0D，眼軸長(zhǎng)度 范圍24mm~28mm。
[0037] 3.為比較本發(fā)明以人眼軸長(zhǎng)計(jì)算人眼有效焦距與傳統(tǒng)的人眼有效焦距恒等于 18mm兩種方法對(duì)內(nèi)核層微細(xì)血管的成像效果，做如下操作：
[0038] (1)測(cè)出受試者CCL的左眼和LCR的右眼軸長(zhǎng)，分別為27 · 08mm、23 · 54mm，將此眼軸 長(zhǎng)的測(cè)量數(shù)據(jù)代入(2)式計(jì)算出二者眼睛的有效焦距分別為19.47mm、16.94mm;將有效焦距 值19 · 47mm、16 · 94mm 分別代入（1)式，并令 d = 138ym，fi = 200mm、f3 = 85mm、f4 = 150mm，計(jì)算 出成像相機(jī)10的移動(dòng)距離L分別為45.34mm、59.86mm;再將傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)的人眼有效焦距值18mm 代入(1)式，計(jì)算出成像相機(jī)10的移動(dòng)距離L為53.13mm;
[0039] (2)令受試者CCL佩戴自己的700度近視眼鏡，將左眼瞳孔對(duì)準(zhǔn)圖1所示的光路，成 像相機(jī)10位于成像透鏡5的焦點(diǎn)處；引入視標(biāo)光束，盯視視標(biāo)并能看清楚視標(biāo)的簡(jiǎn)單圖案， 使視覺細(xì)胞像面正好在成像相機(jī)10的位置處;按照受試者CCL的L測(cè)算值45.34mm，沿光軸向 遠(yuǎn)離成像透鏡5的方向成像相機(jī)10移動(dòng)45.34mm距離后，立即啟動(dòng)視網(wǎng)膜自適應(yīng)光學(xué)成像的 控制程序：用波長(zhǎng)785nm單色光源曝光3ms使波前探測(cè)器8測(cè)出像差，計(jì)算機(jī)處理探測(cè)信息延 時(shí)5ms，液晶波前校正器6立即給出相應(yīng)的像差補(bǔ)償延時(shí)10ms，開啟波長(zhǎng)808nm成像照明光源 曝光18ms，全程共耗時(shí)36ms，成像相機(jī)10中呈現(xiàn)出受試者CCL的8μπι直徑血管圖像，如圖3 (b) 所示;然后按照傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)的人眼有效焦距值18mm計(jì)算出的L值為53.13mm，比用眼軸長(zhǎng)算出 的L值長(zhǎng)7.8mm，沿光軸向遠(yuǎn)離成像透鏡5的方向成像相機(jī)10移動(dòng)53.13mm距離后，再次令被 測(cè)者CCL盯視視標(biāo)，重復(fù)上述成像過程，得到受試者CCL的同樣8μπι直徑血管圖像，如圖3(a) 所示;對(duì)比兩圖微細(xì)血管的成像效果，看出本發(fā)明的微細(xì)血管圖像更清晰；
[0040] (3)令受試者LCR佩戴自己的200度近視眼鏡，將右眼瞳孔對(duì)準(zhǔn)圖1所示的光路，按 照受試者LCR的L測(cè)算值59.86mm，沿光軸向遠(yuǎn)離成像透鏡5的方向成像相機(jī)10移動(dòng)59.86mm 距離后，令被測(cè)者LCR盯視視標(biāo)，并能看清楚視標(biāo)的簡(jiǎn)單圖案，立即啟動(dòng)視網(wǎng)膜自適應(yīng)光學(xué) 成像系統(tǒng)的程序，完成如"(2)"步驟中所述的自適應(yīng)光學(xué)成像過程，成像相機(jī)10中呈現(xiàn)出受 試者LCR的9μπι直徑血管圖像，如圖4(b)所示;然后按照傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)的人眼有效焦距值18mm計(jì) 算出的L值53.13mm，沿光軸向遠(yuǎn)離成像透鏡5的方向成像相機(jī)10移動(dòng)53.13mm距離后，再次 令被測(cè)者LCR盯視視標(biāo)，重復(fù)上述成像過程，得到受試者CCL的同樣9μπι直徑血管圖像，如圖4 (a)所示;對(duì)比兩圖微細(xì)血管的成像效果，也同樣看出本發(fā)明的微細(xì)血管圖像更清晰。
[0041] 4.為進(jìn)一步證實(shí)本發(fā)明方法，再給出另外6名受測(cè)者的結(jié)果：
[0043]分別按照每個(gè)受試者的L測(cè)算值移動(dòng)成像相機(jī)10,依次完成"3"中"(2)"步驟中所 述的自適應(yīng)光學(xué)成像過程，獲得上述6位受試者的內(nèi)核層血管圖像，如圖5所示，其中（a)圖 中是受試者GQL的5μπι直徑血管、（b)圖中是受試者GQR的6μπι直徑血管、（c)圖中是受試者CCL 的8μπι直徑血管、（d)圖中是受試者SFR的7μπι直徑血管、（e)圖中是受試者LYR的6μπι直徑血 管、（f)圖中是受試者LCR的9μπι直徑血管。
[0044]上述實(shí)施例結(jié)果說明本發(fā)明捕捉內(nèi)核層血管的準(zhǔn)確率很高。如果將808nm波長(zhǎng)的 成像光源替換為570nm波長(zhǎng)的黃綠光，成像對(duì)比度會(huì)提高5倍，使人眼ΙΟμπι以下微細(xì)血管的 成像檢查手段能夠?qū)嵱没?br>【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種眼底10微米以下微細(xì)血管的快速捕捉與成像方法，其特征是： 眼底微細(xì)血管自適應(yīng)光學(xué)成像系統(tǒng)由第一透鏡（2)、第二透鏡(3)、第三透鏡(4)、成像 透鏡(5)、液晶波前校正器(6)，折軸反射鏡(7)、哈特曼波前探測(cè)器(8)、偏振分光棱鏡(9)、 成像相機(jī)(1 〇)組成，成像相機(jī)(1 〇)初始位于成像透鏡(5)的焦點(diǎn)處； 該眼底微細(xì)血管自適應(yīng)光學(xué)成像系統(tǒng)中還配置具有同樣黃綠色單一波長(zhǎng)的眼底照明 光源和視標(biāo)，還配置一臺(tái)裝有視網(wǎng)膜自適應(yīng)光學(xué)成像控制程序的計(jì)算機(jī)； 以視覺細(xì)胞層表面作為基準(zhǔn)位置，視覺細(xì)胞層表面的像面位于成像透鏡(5)的焦點(diǎn)處； 將內(nèi)核層的微細(xì)血管作為被成像物體，統(tǒng)計(jì)大量人眼的微細(xì)血管內(nèi)核層的相互交疊公 共區(qū)域及公共區(qū)域中心面相對(duì)基準(zhǔn)位置的距離(1，(1 = 138μπι; 將人眼等效于透鏡，利用現(xiàn)有人眼光學(xué)模型仿真得出人眼有效焦距Feye和人眼軸長(zhǎng)1 之間的關(guān)系式： Feye = 0.71361+0.1483 (i) 其中Feye和1的單位為毫米； 實(shí)測(cè)人眼軸長(zhǎng)1，代入(i)式計(jì)算出因人而異的人眼有效焦距Feye; 最后將人眼參數(shù)Feye、d和眼底微細(xì)血管自適應(yīng)光學(xué)成像系統(tǒng)中各透鏡的焦距代入 (ii)式，計(jì)算出內(nèi)核層公共區(qū)域中心面的像面到成像透鏡(5)焦點(diǎn)處的距離L: L=(flf4/f3)2d/Feye2 (??) 其中fi、f3和f4分別為第一透鏡(2)、第三透鏡(4)和成像透鏡(5)的焦距； 將成像相機(jī)（10)從成像透鏡(5)焦點(diǎn)處向遠(yuǎn)離成像透鏡(5)方向移動(dòng)L距離，使成像相 機(jī)(10)位于內(nèi)核層公共區(qū)域中心面的像面處； 然后引入視標(biāo)光束，視標(biāo)放置在距離人眼lm光程的位置處，其為2mm~3mm直徑的平行 光束，令視標(biāo)光束的光軸在人眼前與第一透鏡2的光軸重合導(dǎo)入人眼，通過調(diào)節(jié)視標(biāo)的位置 來改變眼球轉(zhuǎn)角，以使入眼的探測(cè)光源光束和成像光源光束能聚焦至距離小凹中心2°~3° 位置處，即都能到達(dá)具有微細(xì)血管的內(nèi)核層位置;人眼盯視視標(biāo)并能看清楚視標(biāo)的簡(jiǎn)單圖 案;立即開啟視網(wǎng)膜自適應(yīng)光學(xué)成像控制程序，就能使直徑10微米上下的微細(xì)血管在短于 20ms的可見光曝光下完成自適應(yīng)光學(xué)成像。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種眼底10微米以下微細(xì)血管的快速捕捉與成像方法，其特 征是所述的視標(biāo)的波長(zhǎng)為500nm，成像光源、像差探測(cè)光源的波長(zhǎng)分別為808nm、785nm，需將 成像光源和像差探測(cè)光源的出射光束設(shè)計(jì)為匯聚光束，并置于距離人眼150mm光程的位置 處，將光束導(dǎo)入人眼，成像光源、像差探測(cè)光源的光束出口直徑分別為8.7mm和1.2mm、到達(dá) 人眼瞳孔處的直徑分別為6mm和0.8臟、在眼底的照明區(qū)域直徑分別為35(^1]1和5(^1]1。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種眼底10微米以下微細(xì)血管的快速捕捉與成像方法，其特 征是成像相機(jī)(10)放置在一維電控位移臺(tái)上，以移動(dòng)成像相機(jī)(10)至不同人眼的內(nèi)核層微 細(xì)血管的像面上;一維電控位移臺(tái)的量程200mm，精度2μπι。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種眼底10微米以下微細(xì)血管的快速捕捉與成像方法，其特 征是液晶波前校正器（6)的響應(yīng)時(shí)間為3ms;波前探測(cè)器（8)為哈特曼波前探測(cè)器，幀頻 333Hz;成像相機(jī)（10)的幀頻56Hz;波長(zhǎng)785nm像差探測(cè)光源和波長(zhǎng)808nm成像光源在人眼瞳 孔處的光功率分別為50μ?和150μ?，啟動(dòng)視網(wǎng)膜自適應(yīng)光學(xué)成像的控制程序，從像差探測(cè)光 源曝光開始到成像光源曝光結(jié)束、成像相機(jī)(10)中呈現(xiàn)出受試者的內(nèi)核層微細(xì)血管圖像為 止，全程共耗時(shí)36ms D
【文檔編號(hào)】A61B3/15GK106063700SQ201610348749
【公開日】2016年11月2日
【申請(qǐng)日】2016年5月24日 公開號(hào)201610348749.4, CN 106063700 A, CN 106063700A, CN 201610348749, CN-A-106063700, CN106063700 A, CN106063700A, CN201610348749, CN201610348749.4
【發(fā)明人】宣麗, 李大禹, 張佩光, 王少鑫, 曹召良, 穆全全, 楊程亮, 姚麗雙, 劉永剛, 彭增輝, 徐煥宇, 張杏云, 王啟東, 王玉坤, 韓國(guó)慶
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所