專利名稱：一種用于臨床診斷的眼底成像設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種眼底成像設備，特別是一種用于臨床診斷，設計緊湊使用方便的眼底成像設備，該設備能在30° -60°角范圍內(nèi)對人眼視網(wǎng)膜進行掃描成像，獲取眼底全視場圖像信息，為眼底疾病診斷提供依據(jù)。
背景技術：
眼底成像設備，一直是眼科疾病診療領域的重要科學與臨床儀器，是協(xié)助眼科醫(yī)生進行眼底疾病診療的重要輔助設備；1999年美國專利US5892569、US5923399、US3944341等都提出了通過掃描成像獲取人眼視網(wǎng)膜相關圖像的信息，也提出了實現(xiàn)寬視場眼底成像方面的基本原理和結構；專利號為US5825533 (1998)的發(fā)明專利提出通過兩個獨立的掃描振鏡來進行橫向和縱向的同步掃描，以實現(xiàn)共焦掃描成像。但該專利僅給出了簡單的二維掃描基本原理，沒有提到大視場掃描的概念，專利號分別為US5491524、US7489405B2的發(fā)明專利，提出了光學相干層析系統(tǒng)的基本原理性裝置，但沒有提出像差校正的概念，無法實·現(xiàn)高分辨率成像的功能，更沒有解決大視場與高分辨率成像共存的問題。中國專利ZL99115053. 8(1999)的發(fā)明專利等，提出了基于自適應光學技術的視網(wǎng)膜成像裝置，但該裝置是通過眼底照相的原理來實現(xiàn)視網(wǎng)膜成像，尚無法輸出視頻圖像信息。專利號ZL200810055977. 8給出了一種接觸式眼底照相系統(tǒng)，是通過發(fā)光二極管等寬帶光源照明眼底，圖像分辨率不高，而且接觸式成像會讓病人有諸多不適。當前國際國內(nèi)的眼底成像設備，比如眼底照相機，成像視場在45°角范圍，但成像分辨率不高、不能連續(xù)拍攝且無法實時眼底造影，比如德國眼底掃描成像系統(tǒng)，成像視場在30 °左右，但成像分辨率不高，且人眼瞳孔處的照明光束功率較大，尤其是低照度光束或者病人眼底渾濁光學透過率低等條件下，無法獲取高分辨率圖像。綜上所述可知，現(xiàn)有的眼底成像設備存在成像視場小、分辨率不高，不能視頻成像等多個方面的問題，亟需改進。對比國際國內(nèi)在眼底成像領域的技術成果，本發(fā)明提出的一種用于臨床診斷的眼底成像設備，在光學掃描成像與共焦信號提取等基本原理基礎上，提出通過設置光信號增益器來增強視網(wǎng)膜返回信號光，降低電子增益過程所引入的電子噪聲，大幅增強圖像信噪t匕，尤其在低功率照明光束和病人眼球渾濁等光信號較弱條件下，獲得好的眼底圖像，通過光纖輸入輸出的設計使得系統(tǒng)更加緊湊，更加適合臨床應用。在保證臨床應用前提下，本發(fā)明所述設備能達到較好的光學成像質(zhì)量，滿足臨床眼底疾病診斷需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術解決問題I)克服傳統(tǒng)眼底照相機只能單次拍攝而無法獲得視頻眼底圖像的問題，本發(fā)明設備將通過實時視頻輸出人眼視網(wǎng)膜活體圖像；2)克服傳統(tǒng)眼底照相機單次曝光圖像分辨率嚴重不夠的問題，本發(fā)明設備將通過共焦掃描技術排除視網(wǎng)膜反射回信號的雜散光，獲取高分辨率眼底圖像；3)克服傳統(tǒng)眼底照相機儀器設備過于龐大而不適合便攜的問題，本發(fā)明設備通過光纖輸入照明光束、光纖輸出信號光束等技術使得系統(tǒng)設計更加緊湊，使用臨床診斷；4)克服傳統(tǒng)眼底成像系統(tǒng)如眼科0CT、眼底照相機和普通共焦掃描儀器的信號微弱問題，本發(fā)明設備通過光信號增益器來直接對光信號放大，降低入射激光功率要求，減少電子噪聲，是的圖像信噪比更高，且病例就診更舒適。本發(fā)明的技術解決方案一種用于臨床診斷的眼底成像設備，由光源組件、二維掃描組件、中繼透鏡組件、視場靶標組件和探測器組件構成。主要技術方案描述如下I)通過采取光纖輸入照明光束、光纖輸出信號光束等技術方案使得系統(tǒng)設計更加緊湊，適用臨床；2)通過二維掃描組件與中繼透鏡組件的面掃描，采取共焦掃描與信號探測方案， 使得該發(fā)明設備能獲取更高的圖像信噪比；3)通過引入光信號增益器的技術方案，實現(xiàn)光信號的直接放大(而不是對光電轉(zhuǎn)換后的電信號放大)方案，使得圖像信噪比更高眼底圖像更清晰一種用于臨床診斷的眼底成像設備，通過采取以上三種主要技術方案，實現(xiàn)眼底二維掃描，且掃描成像視場為45°，系統(tǒng)設計便攜小巧，適合臨床診斷應用。本發(fā)明的原理本發(fā)明的主要原理包括光學掃描鏡頭像差消除理論、共焦成像理論和二維掃描圖像重構技術。即在本發(fā)明所述的一種用于臨床診斷的眼底成像設備中，中繼透鏡組件包含大視場透鏡和目鏡，大視場透鏡的特殊光學設計保證所述設備在掃描視場能光斑均勻且像差較?。还步钩上窭碚摫ＷC所述設備探測器組件所探測到光信號與眼底單個掃描點精確共軛，以消除眼底成像面以外的雜散光，提高成像質(zhì)量；二維掃描圖像重構理論，對所述二維掃描組件中所述橫向振鏡和縱向振鏡實行精確同步控制，以消除圖像的錯位，獲取重構后的序列圖像，即以視頻信號的方式輸出眼底圖像。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比有如下優(yōu)點相比現(xiàn)有技術，本發(fā)明所述一種用于臨床診斷的眼底成像系統(tǒng)，具有如下顯著特點I)大幅降低了人眼入射激光的光功率要求，使得病例在診斷時感覺更舒適。由于引入了光信號增益器來對所探測到的光信號進行直接光放大，而不是對光電轉(zhuǎn)換后的電信號進行直接放大，因此會大幅增強從眼底返回光信號的信號強度，從而降低了診斷過程中對人眼入射激光的光功率要求；2)大幅增加了傳統(tǒng)眼底成像設備的成像視場。由于采取二維掃描組件與中繼透鏡組件的二維掃描方案，尤其是中繼透鏡組件的大視場透鏡設計，使得掃描過程中系統(tǒng)像差大幅降低，通過更換目鏡的焦距，可以改變所述一種用于臨床診斷的眼底成像設備的成像視場，從35°到60°角度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，大幅增加了傳統(tǒng)眼底照相機等眼底成像系統(tǒng)的成像視場(現(xiàn)有眼底相機的成像視場一般為30°角)，因此更加適合臨床診斷；3)大幅增加了臨床診斷的可操作性。由于本發(fā)明所述一種用于臨床診斷的眼底成像設備采用了共焦掃描成像、近紅外激光照明和掃描振鏡高速掃描(橫向掃描頻率達IOKHz)方案，是的系統(tǒng)能實時輸出視頻圖像，而不是傳統(tǒng)照相機的單張圖像，因此本發(fā)明所述眼底成像設備，更加適合臨床診斷，眼科醫(yī)生可以在任何時候存儲視頻圖像并研究分析病例眼底視頻，臨床診斷可操作性更強。


圖I為本發(fā)明所述一種用于臨床診斷的眼底成像設備結構示意圖。圖2為本發(fā)明所述系統(tǒng)元器件明細表。圖3為本發(fā)明所述一種用于臨床診斷的眼底成像設備信號處理流程圖。圖4為本發(fā)明所述一種用于臨床診斷的眼底成像設備的眼底樣圖
具體實施例方式根據(jù)說明書附圖1，對如何具體實施本發(fā)明提出的一種用于臨床診斷的眼底成像設備的功能，詳細介紹如下I.由光源組件之近紅外光源(I)通過光纖端口(2)輸出照明光束，經(jīng)準直透鏡
(3)后變成平行光，經(jīng)平面反射鏡⑷后進入分光鏡(5);分光鏡(5)反射照明光束至二維掃描組件(6-7)，分光鏡的典型分光比里為2 8，即20%光束能量被反射進入二維掃描組件；所述分光鏡(5)的分光比之所以設置80%透射，是為了保證從人眼眼底反射回的信號光束能大部分進入探測器組件。
2.照明光束進入二維掃描組件，開始在兩個正交平面內(nèi)掃描，二維掃描組件由兩個獨立的光學掃描振鏡構成，分別是橫向振鏡(6)和縱向振鏡(7),橫向振鏡(6)在平行于紙平面的方向做高速橫向掃描，典型掃描角度為±10°，縱向振鏡(7)在垂直于紙平面的方向上做高速縱向掃描，且掃描方向完全正交與橫向振鏡(6)的掃描方向，典型掃描角度為±10°，該掃描組件通過緊湊的光學設計以保證掃描面與人眼瞳孔面光學共軛；二維掃描振鏡在兩個互相正交的方向上掃描后形成面掃描光束，經(jīng)中繼透鏡組件(9-10)后縮束進入人眼瞳孔(11)，橫向振鏡(6)和縱向振鏡(7)分別位于所述一種用于臨床診斷的眼底成像設備的光學共軛面的兩側(cè)，光學距離為12mm。3.中繼透鏡組件由大視場掃描透鏡(9)和耦合目鏡(10)組成，大視場透鏡的特殊設計保證橫向振鏡(6)和縱向振鏡(7)能在兩個互相正交的方向上掃描視網(wǎng)膜，形成標準的二維掃描。大視場透鏡(9)和目鏡(10)的焦距比值典型值為2 1，主要是實現(xiàn)掃描光束的縮束，縮束成人眼瞳孔處的大小，典型值為3mm。在本發(fā)明專利中，掃描照明光路在人眼視網(wǎng)膜上掃描形成的掃描平面典型值為7_X7mm，在人眼瞳孔處掃描的視場角典型值為45°角；并且目鏡(10)為可更換目鏡，即可以根據(jù)所述一種用于臨床診斷的眼底成像設備成像視場的不同進行更換，成像視場變化范圍為30° -60°角范圍；另外，調(diào)整目鏡(10)與大視場掃描透鏡(9)的距離，還可以補償人眼眼底屈光度影響，典型補償范圍為 +5D，適合臨床需求。5.經(jīng)過耦合目鏡(10)后的掃描光束為平行光，照明在人眼瞳孔，經(jīng)瞳孔聚焦后進入眼底，從眼底返回的信號光按原路，依次經(jīng)過中繼透鏡組件和二維掃描組件返回(從12返回到5)，返回的信號光束會首先經(jīng)過分光鏡(5)，分光鏡的透射反射光束比例典型值為8 2，即從視網(wǎng)膜反射回來的光束能量之80%會透過分光鏡，經(jīng)聚光透鏡(15)后聚焦在光信號增益器(16)的光纖輸入端口，光信號增益器通過大芯徑光纖輸入端口接收來自聚光透鏡(15)的信號光束，且大芯徑光纖的典型直徑為100微米，經(jīng)大芯徑光纖輸入，后經(jīng)光信號增益器(16)對信號光束進行光放大，然后經(jīng)光信號增益器(16)后經(jīng)光纖接入光電探測器(17)；6.為保證共焦成像系統(tǒng)在獲得足夠多的光能量的同時又能獲取足夠高的成像分辨率，針孔的尺寸典型值為I. 5倍衍射極限附近，在本發(fā)明專利所對應的裝置中，我們設置光信號增益器(16)的輸入光纖直徑為100 μ m。即可以很清楚的分辨視網(wǎng)膜血管、視盤和黃斑區(qū)域等生物組織信息(見圖4)，幫助醫(yī)生進行視網(wǎng)膜疾病診斷，比如青光眼的表現(xiàn)癥狀之一即為視盤形狀變形，即視盤杯盤比發(fā)生變化，糖尿病的表現(xiàn)癥狀之一即為視網(wǎng)膜血管發(fā)生滲漏，黃斑變性的表現(xiàn)癥狀之一即為視網(wǎng)膜黃斑區(qū)域視細胞死亡或者變得稀疏。該發(fā)明所述一種用于臨床診斷的眼底成像設備，能對多種眼科疾病的普查和診斷提供科學參考依據(jù)。7.根據(jù)具體實施步驟1_6(見圖3)，本發(fā)明所述的一種用于臨床診斷的眼底成像設備，可以得到大視場范圍內(nèi)的眼底圖像(圖4)，該眼底圖像以視頻的形式輸出到電腦終端，可以存儲病例眼底實時生物組織分布視頻信息，醫(yī)生可以通過病例離開后的重復研究 眼底視頻信息，來診斷病例眼底疾病情況。需要說明的是，盡管本發(fā)明的較佳實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領域，對于熟悉本領域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細節(jié)和這里示出與描述的圖例。
權利要求
1.一種用于臨床診斷的眼底成像設備，其特征在于所述設備主要由光源組件、二維掃描組件、中繼透鏡組件、視場靶標組件和探測器組件構成，從光源組件發(fā)出的信標光經(jīng)準直透鏡準直后進入二維掃描組件形成面掃描平行光，面掃描平行光經(jīng)中繼透鏡組件進行像差校正與平場校正處理，縮束后照明在人眼瞳孔，經(jīng)人眼瞳孔聚焦到眼底，從眼底返回的信號光原光路返回，經(jīng)分光鏡進入探測器組件，獲取眼底返回的光信號并完成圖像重構，視場靶標組件用于固定人眼觀測方向。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種用于臨床診斷的眼底成像設備，其特征在于所述二維掃描組件包含橫向振鏡和縱向振鏡，橫向振鏡與縱向振鏡的掃描平面互相正交，同步掃描后形成面掃描平行光經(jīng)中繼透鏡組件后掃描眼底，橫向振鏡高速掃描，典型掃描頻率在5KHz,縱向振鏡低速掃描，典型掃描頻率為IOHz,所述橫向振鏡與縱向振鏡對稱分布于所述一種用于臨床診斷的眼底成像設備的光學共軛面的兩側(cè)，光學距離為12_。
3.根據(jù)權利要求I所述的一種用于臨床診斷的眼底成像設備，其特征在于所述視場靶標組件，由自發(fā)光靶標和準直透鏡構成，自發(fā)光靶標可以是液晶顯示屏和其他自發(fā)光LED陣列，準直透鏡用來匯聚靶標上的信號光，經(jīng)分光鏡反射后照明人眼，且靶標自發(fā)光光源的波長與權利要求I中所述視場靶標組件的發(fā)光面波長不同，以幫助病人區(qū)分靶標與所述光源組件光源。
4.根據(jù)權利要求I所述的一種用于臨床診斷的眼底成像設備，其特征在于所述探測器組件包含聚光透鏡，光信號增益器和點光源探測器組成，所述聚光透鏡將信號光聚焦后耦合到光信號增益器，所述點光源探測器可以是光電倍增管、雪崩光電二極管和類似光電探測器件。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種光信號增益器，其特征在于所述光信號增益器包含大芯徑輸入光纖、光信號增益調(diào)節(jié)器和輸出光纖，所述大芯徑輸入光纖的輸入端口內(nèi)徑典型值為100微米，用來接收從所述探測器組件之聚光透鏡匯聚的光信號，所述大芯徑輸入光纖為多路光纖并列排布而成，所述光信號增益調(diào)節(jié)器可以對輸入光信號進行光放大后輸出，典型放大倍率為20dB。
6.據(jù)權利要求I所述的一種用于臨床診斷的眼底成像設備，其特征在于所述中繼透鏡組件包含大視場透鏡和目鏡，所述大視場透鏡為用于掃描成像而設計的透鏡，能消除場曲、像差和光強不均勻性，所述目鏡的焦距可變，更換不同焦距的目鏡，可以調(diào)節(jié)所述一種用于臨床診斷的眼底成像設備的眼底成像視場范圍，典型調(diào)整范圍為30° -60°角度。
全文摘要
一種用于臨床診斷的眼底成像設備，由光源組件、二維掃描組件、中繼透鏡組件、探測器組件和視場靶標組件構成。該發(fā)明提出的一種用于臨床診斷的視網(wǎng)膜成像設備，利用視場靶標組件固定病人觀測方向，通過二維掃描組件完成對人眼視網(wǎng)膜掃描，探測器組件及其光放大器對視網(wǎng)膜反射回的信號信號進行光學放大以增強圖像信噪比，共焦信號探測獲取視網(wǎng)膜高分辨率圖像，該發(fā)明所述一種用于臨床診斷的眼底成像設備，通過中繼透鏡組件之大視場透鏡特殊設計來減小成像視場中的場曲與像差影響，通過目鏡調(diào)節(jié)實現(xiàn)30°-60°角大視場成像，通過光源光纖輸入和光信號光纖輸出的方案實現(xiàn)了一種設計緊湊適用臨床的高分辨率眼底成像設備，大幅改善傳統(tǒng)眼底照相系統(tǒng)的成像質(zhì)量，大幅增加成像視場，增強設備臨床可操作性，尤其能在視網(wǎng)膜反射微弱信號光條件下獲取人眼視網(wǎng)膜高分辨率圖像，用于眼底疾病的臨床診斷。
文檔編號A61B3/12GK102885612SQ20121003218
公開日2013年1月23日 申請日期2012年2月14日 優(yōu)先權日2012年2月14日
發(fā)明者李超宏 申請人:蘇州微清醫(yī)療器械有限公司