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一種結構暗場自適應光學視網膜成像儀.pdf

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一種 結構 暗場 自適應 光學 視網膜 成像
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摘要
申請專利號:

CN201310231745.4

申請日:

2013.06.12

公開號:

CN103284688B

公開日:

2014.12.24

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):A61B 3/12申請日:20130612|||公開
IPC分類號: A61B3/12; A61B3/15 主分類號: A61B3/12
申請人: 中國科學院光電技術研究所
發明人: 趙軍磊; 戴云; 張雨東; 康健; 肖飛; 梁波; 劉旭
地址: 610209 四川省成都市雙流350信箱
優先權:
專利代理機構: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251 代理人: 成金玉;盧紀
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201310231745.4

授權公告號:

103284688B||||||

法律狀態公告日:

2014.12.24|||2013.10.16|||2013.09.11

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種結構暗場自適應光學視網膜成像儀,包括:光源,光學系統,結構暗場實現裝置、自適應光學裝置以及計算機;光源發出的光經過照明物鏡后準直成平行光,平行光通過環形光闌后形成環形結構光,該環形光通過人眼光學系統照射眼底視網膜。由視網膜直接反射的光依然按照入射光路反射,該光束經過光束匹配系統、變形反射鏡和光束匹配系統后結構不變,進入成像光路;由于圓孔光闌的半徑與環形光闌的內徑相同,因此該光束被圓孔光闌過濾掉,無法參與成像。被視網膜散射回來的光,該光束經過光束匹配系統、變形反射鏡和光束匹配系統后,進入成像光路;該光束中的大部分光可以通過圓孔光闌參與成像。本發明通過結構照明和接收的方法實現了暗場成像,相對于現有技術提高了視網膜圖像的對比度。

權利要求書

權利要求書
1.   一種結構暗場自適應光學視網膜成像儀,包括光源,光學系統,結構暗場實現裝置,自適應光學裝置以及計算機;光源包括信標光源(1)和照明光源(4);光學系統包括準直透鏡(2)、第一反射鏡(3)、照明物鏡(5)、第一分光棱鏡(6)、第二分光棱鏡(7)、補償片(8)、光束匹配系統(10)、光束匹配系統(12)、第二反射鏡(13)、第三分光棱鏡(14)、第三反射鏡(16)和成像透鏡(17);所述結構暗場實現裝置包括環形光闌(20)和圓孔光闌(21),所述圓孔光闌(21)必須置于第三分光棱鏡(14)和成像透鏡(17)之間;所述自適應光學裝置包括波前探測裝置(15),波前校正器變形鏡(11)及控制裝置計算機(19);工作時首先打開半導體信標光源(1),該信標光源(1)經由準直透鏡(2)、第一反射鏡(3)、第一分光棱鏡(6)和第二分光棱鏡(7)組成的信標光路照明眼底,從眼底反射的光通過由光束匹配系統(10)、變形反射鏡(11)、光束匹配系統(12)、第二反射鏡(13)和第三分光棱鏡(14)組成的波前探測光路后進入波前探測裝置(15);波前探測裝置(15)將所探測的信號送至計算機(19)進行波前復原計算和閉環控制計算,得到變形反射鏡(11)的控制電壓信號;控制電壓信號經數模轉換和高壓放大,驅動變形反射鏡(11)校正人眼像差;自適應光學系統閉環校正完畢后,啟動照明光源(4);光源(4)發出的光經由照明物鏡(5)、環形光闌(20)、第一分光棱鏡(6)和第二分光棱鏡(7)組成的照明光路形成環形光,通過人眼光學系統照射眼底視網膜;由視網膜直接反射的光依然按照原光路反射,該光束進入由光束匹配系統(10)、變形反射鏡(11)、光束匹配系統(12)、第二反射鏡(13)、第三分光棱鏡(14)、環形光闌(21)、第三反射鏡(16)和成像透鏡(17)組成的成像光路;由于圓孔光闌(21)的半徑與環形光闌(20)的內徑相同,因此該光束被圓孔光闌過濾掉,無法參與成像;被視網膜散射回來的光進入成像光路;該光束中的大部分光可以通過圓孔光闌(21)參與成像。

2.   根據權利要求1所述的結構暗場自適應光學視網膜成像儀,其特征在于:所述環形光闌應置于照明物鏡(5)和第一分光棱鏡(6)之間。

3.   根據權利要求1所述的結構暗場自適應光學視網膜成像儀,其特征在于:所述環形光闌(20)的位置有另外一種方案;即環形光闌(21)置于第一分光棱鏡(6)與第二分光棱鏡(7)之間,即為照明光路和信標光路的共光路中。

說明書

說明書一種結構暗場自適應光學視網膜成像儀
技術領域
本發明涉及一種結構暗場自適應光學視網膜成像儀。
背景技術
眼睛是人心靈的窗口。人所得到的外界信息中約80%以上依靠眼睛獲取。擁有一雙明亮、健康的眼睛人人渴求,然而現實中罹患眼病的人數卻相當多,并且仍顯現出攀升的跡象,引起越來越多人們的關注。醫學專業角度來看,除眼外傷以及屈光不正外,眼睛病變其實都發自眼底視網膜。當眼底出現問題時,在臨床上便會表現出形態或顏色異樣(例如隆起、水腫、裂孔、萎縮、出現斑點或色環,有滲出物等等)。另一方面,人眼作為人整體一部分,眼睛的病變還可能來自身體其它問題,醫學研究和臨床都證明:糖尿病、高血壓、腎病及腫瘤等疾病都可反映到眼底微循環,眼底代謝異常導致眼底產生病變。實時跟蹤眼底形貌變化將有助于上述身體疾病的早期診斷和預防。總之,高對比度高分辨率的眼底成像技術在醫學研究和臨床應用方面都具有巨大價值。
人眼像差中除了含有離焦、散光等低階像差以外,還含有不可忽略的高階像差組分,同時人眼像差具有個性化、緩變等特點。傳統的眼底相機、驗光儀等眼科設備只能夠靜態地補償低階人眼像差,故整體光學分辨率不可能達到衍射極限水平。自適應光學技術恰好彌補了此缺陷,直接推動了高分辨率眼底成像技術的發展。國外的David Williams、Donald Miller、Pablo Artal等研究團隊及國內中國科學院光電技術研究所采用基于自適應光學技術的顯微成像系統先后獲得了活體眼底視網膜小視場、高分辨率圖像并實現了動態成像。中科院光電所在這方面做了大量有意義的工作。相關工作可參見中國專利申請號“200420060167.9”、中國專利公開號“2728418Y”、中國專利公開號“2728419Y”、中國專利公開號“1282564A”、中國專利公開號“101926640A”。然而,人眼視網膜細胞對光的透過率很高,是一種低對比度的位相分布物體,高分辨率成像系統僅以減小像差完善成像,不能有效的分辨相物體。
作為一個提高成像對比度的技術,暗場技術曾被應用于離體的眼科實驗研究中,2009年劉廷等人通過暗視野顯微鏡觀察小鼠的眼標本,得出了結論:暗視野模式下觀察可見小鼠角膜緣組織血管網立體感強,色彩對比良好,細胞層次清晰,細胞形態和界限明顯,血管走行和形態非常清楚(見文章“暗視野顯微鏡在眼科實驗研究中的應用”)。另外,Krauss在研究視網膜血管三維結構中,應用暗視野顯微鏡獲得良好的觀察效果(見文章[J].Graefe Arch Clin Exp Ophthaml ol1990;228(2):187?190.)。Mishima等在研究培養的角膜上皮細胞的吞噬功能時也采用暗視野顯微鏡進行觀察(見文章[J].Invest Ophthaml olVis Sci1987;28(9):1521?1526.)。然而,上述研究僅限于離體的眼科實驗研究,還無法應用于活體人眼視網膜成像。
發明內容
本發明的技術解決問題:克服現有技術的不足,提供一種采用結構暗場技術提高視網膜圖像的對比度;采用自適應光學技術提高成像高分辨率的結構暗場自適應光學視網膜成像系統。
本發明技術解決方案:一種結構暗場自適應光學視網膜成像儀,包括光源,光學系統,結構暗場實現裝置,自適應光學裝置以及計算機;光源包括信標光源1和照明光源4;光學系統包括準直透鏡2,第一反射鏡3,照明物鏡5,第一分光棱鏡6,第二分光棱鏡7,補償片8,光束匹配系統10,光束匹配系統12,第二反射鏡13,第三分光棱鏡14,第三反射鏡16,成像透鏡17;結構暗場實現裝置包括環形光闌20和圓孔光闌21;自適應光學裝置包括波前探測裝置15,波前校正器變形鏡11以及控制裝置計算機19。系統工作時首先打開半導體信標光源1,工作時首先打開半導體信標光源1,該信標光源1經由準直透鏡2、第一反射鏡3、第一分光棱鏡6和第二分光棱鏡7組成的信標光路照明眼底,從眼底反射的光通過由光束匹配系統10、變形反射鏡11、光束匹配系統12、第二反射鏡13和第三分光棱鏡14組成的波前探測光路后進入波前探測裝置15;波前探測裝置15將所探測的信號送至計算機19進行波前復原計算和閉環控制計算,得到變形反射鏡11的控制電壓信號;控制電壓信號經數模轉換和高壓放大,驅動變形反射鏡11校正人眼像差;自適應光學系統閉環校正完畢后,啟動照明光源4;光源4發出的光經由照明物鏡5、環形光闌20、第一分光棱鏡6和第二分光棱鏡7組成的照明光路形成環形光,通過人眼光學系統照射眼底視網膜。由視網膜直接反射的光依然按照原光路反射,該光束進入由光束匹配系統10、變形反射鏡11、光束匹配系統12、第二反射鏡13、第三分光棱鏡14、環形光闌21、第三反射鏡16和成像透鏡17組成的成像光路;由于圓孔光闌21的半徑與環形光闌20的內徑相同,因此該光束被圓孔光闌過濾掉,無法參與成像;被視網膜散射回來的光進入成像光路;該光束中的大部分光可以通過圓孔光闌21參與成像。本發明通過結構照明和接收的方法實現了暗場成像,相對于現有技術提高了視網膜圖像的對比度。
順便提及,暗場的原理是不讓透過標本的光直接進入物鏡,只讓由顆粒散射的光線進入物鏡。這樣,使物鏡形成的像面是一個暗背景上分布著亮顆粒的景象。由于成像襯度(對比度)好,有利于顆粒的分辨。
本發明與現有技術相比的優點在于:
(1)本發明利用暗場成像的原理,光學系統能夠濾掉人眼視網膜的直接反射光即背景光,從而提高了圖像的對比度。
(2)本發明中的方案2能夠通過結構照明接收方法實現暗場成像的同時,消除角膜反射光。
附圖說明
圖1為本發明的結構暗場自適應光學視網膜成像儀的示意圖;
圖2為生物組織的光學散射特性示意圖;
圖3為本發明的第二種方案的結構暗場自適應光學視網膜成像儀的示意圖。
具體實施方式
如圖1所示,本發明的一種結構暗場自適應光學視網膜成像儀,包括光源,光學系統,結構暗場實現裝置,自適應光學裝置以及計算機;光源包括信標光源1和照明光源4;光學系統包括準直透鏡2,第一反射鏡3,照明物鏡5,第一分光棱鏡6,第二分光棱鏡7,補償片8,光束匹配系統10,光束匹配系統12,第二反射鏡13,第三分光棱鏡14,第三反射鏡16,成像透鏡17;結構暗場實現裝置包括環形光闌20和圓孔光闌21;自適應光學裝置包括波前探測裝置15,波前校正器變形鏡11以及控制裝置計算機19。系統工作時首先打開半導體信標光源1,工作時首先打開半導體信標光源1,該信標光源1經由準直透鏡2、第一反射鏡3、第一分光棱鏡6和第二分光棱鏡7組成的信標光路照明眼底,從眼底反射的光通過由光束匹配系統10、變形反射鏡11、光束匹配系統12、第二反射鏡13和第三分光棱鏡14組成的波前探測光路后進入波前探測裝置15;波前探測裝置15將所探測的信號送至計算機19進行波前復原計算和閉環控制計算,得到變形反射鏡11的控制電壓信號;控制電壓信號經數模轉換和高壓放大,驅動變形反射鏡11校正人眼像差;自適應光學系統閉環校正完畢后,啟動照明光源4;光源4發出的光經由照明物鏡5、環形光闌20、第一分光棱鏡6和第二分光棱鏡7組成的照明光路形成環形光,通過人眼光學系統照射眼底視網膜。由視網膜直接反射的光依然按照原光路反射,該光束進入由光束匹配系統10、變形反射鏡11、光束匹配系統12、第二反射鏡13、第三分光棱鏡14、環形光闌21、第三反射鏡16和成像透鏡17組成的成像光路;由于圓孔光闌21的半徑與環形光闌20的內徑相同,因此該光束被圓孔光闌過濾掉,無法參與成像;被視網膜散射回來的光進入成像光路;該光束中的大部分光可以通過圓孔光闌21參與成像。本發明通過結構照明和接收的方法實現了暗場成像,相對于現有技術提高了視網膜圖像的對比度。
如圖2所示,環形結構的光入射到眼底之后出射的光的光路包括兩部分,環形區和圓孔區。由于視網膜的直接反射光按照原光路返回,因此進入環形區進而被圓孔光闌過濾掉。而由視網膜散射的光中部分光進入圓孔區進而參與成像。
如圖3所示,為本發明的另一種方案光路原理圖,其特征在于:相對于第一種方案,環形光闌在照明系統和信標系統的共光路中,在這種方案中,信標光通過環形光闌后形成環形光照明眼底,這樣能夠消除波前探測光路中的角膜反射光,進而提高波前探測的精度,提高成像質量。
本發明未詳細闡述部分屬于本領域公知技術。
以上所述,僅為本發明部分具體實施方式,但本發明的保護范圍并不局限于此,任何熟悉本領域的人員在本發明揭露的技術范圍內,可輕易想到的變化或替換,都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。

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