[發明專利]一種實時多模態光聲人眼成像系統及其成像方法

有效

• 申請號: 201410232481.9
• 申請日: 2014-05-28
• 公開（公告）號: CN104027068A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 李長輝;吳寧;任秋實
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: A61B3/14
• 分類號: A61B3/14;A61B8/10;A61B5/1455
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11360
• 代理人: 王巖

技術領域

本發明涉及生物醫學工程領域，具體涉及一種功能性高分辨率實時多模態光聲人眼成像系統及其成像方法。

背景技術

目前的眼病檢查手段主要有檢眼鏡、眼部超聲成像、光學相干層析成像等。檢眼鏡是最簡易的眼病檢查手段，操作方便，但不能給出三維結構和功能信息；眼部超聲成像不僅可以在結構上區分眼的各層組織，還可以通過多普勒顯示血流信息，可用于多種結構和功能性病變的檢查，但對比度和靈敏度不高，診斷者的主觀因素大；光學相干層析成像(OCT)是一種眼科高分辨率的橫斷面影像學診斷新技術，分辨率可達到微米量級，適合于對眼透光組織作斷層成像。具有分辨率高、成像快、重復性好等特點，主要用于眼底后部玻璃體界面疾病、視網膜及黃斑部疾病、色素上皮疾病等的檢查。然而，OCT的成像因受散射影響而深度有限。另一方面，OCT不能給出一些重要的功能信息，例如眼部循環系統的血氧飽和度。光聲眼科成像是近幾年發展起來的新型技術。它基于光聲層析成像原理，眼睛里血管、色素層等組織在吸收了入射的脈沖及發光后發生熱膨脹，從而產生超聲信號。通過在眼睛表面探測產生的超聲波可以重建吸收體的位置和形態。由于活體生物組織的光學吸收特性和其功能與分子結構密切相關，因此基于光學吸收特性的光聲眼科成像可以提供這方面的信息。例如糖尿病視網膜病和與年齡相關的黃斑變性等疾病的循環系統和代謝都有異常，而光聲眼科成像可以通過提供眼部循環系統的血氧飽和度這一重要生理參數幫助疾病的診斷。

國際上，已經有不少課題組進行將光聲效應應用于眼部成像的研究。依賴于光學聚焦，Jiao和Zhang研發出的光聲眼部系統，與光學相干層析，掃描激光檢眼鏡，熒光血管造影等成像模態相結合，實現了活體小鼠多模態眼底成像；Hu和Rao研發的系統實現了小鼠虹膜高分辨率三維成像。但這兩個系統都只實現了眼前或眼底的眼內部分組織的光聲成像。Silverman和Adam分別設計的光聲眼部成像系統同時實現了全眼的超聲和光聲雙模態成像，然而由于基于聲學的聚焦，這兩套系統的分辨率較低。總體說來，國際上現有的光聲眼部成像設備，沒有將高分辨率功能性的光聲顯微成像和眼科檢查中最常用的超聲結構成像結合起來，實現從眼前到眼后部的高分辨率功能性全眼多模態光聲成像。

發明內容

針對以上現有技術中存在的問題，本發明提出一種將光聲成像模式和超聲成像模式結合的成像系統及其成像方法，實現功能性高分辨率實時多模態光聲人眼成像。

本發明的一個目的在于提出一種實時多模態光聲人眼成像系統。

本發明的實時多模態光聲人眼成像系統包括：激光器、前端光路、反射鏡、聚焦透鏡、透光反聲器件、掃描鏡、水槽、超聲探頭、超聲收發裝置、放大器以及計算機；透光反聲器件、掃描鏡和超聲探頭的前表面放置在水槽內；包括光聲成像模式和超聲成像模式兩種成像模式；其中，在光聲成像模式中，超聲收發裝置設置為接收模式；激光器發出激光，激光通過前端光路，經反射鏡反射，由豎直放置的聚焦透鏡聚焦后，經透光反聲器件透射，再經掃描鏡反射，照射到檢查部位，產生超聲信號，超聲信號經掃描鏡反射，再經透光反聲器件反射，由超聲探頭接收并將超聲信號轉換為電信號，傳輸至超聲收發裝置，再經放大器放大，傳輸至計算機對圖像進行采集和處理；在超聲成像模式中，超聲收發裝置設置為收發模式；超聲收發裝置激勵超聲探頭發出超聲波，經透光反聲器件反射，再經掃描鏡反射，照射到檢查部位，產生調制的超聲信號，超聲信號經掃描鏡反射，再經透光反聲器件反射，由超聲探頭接收，并將超聲信號轉換為電信號，傳輸至超聲收發裝置，再經放大器放大，最終傳輸至計算機對圖像進行采集和處理。

本發明的激光器為具有多波長輸出的激光器，在對人眼血管進行結構成像時，只需要使用一種波長即可，該波長應滿足血液吸收系數遠大于外周組織。同時，為了對臨床疾病進行早期診斷，需要對眼部血管進行功能性成像。具體做法是使用含氧和脫氧血紅蛋白吸收有差異的兩種波長分別對血管進行成像，經過后期運算得到血管不同部位的血氧飽和度，這是許多眼部疾病，如年齡相關性黃斑變性，糖尿病性視網膜病變等的重要功能參數。

前端光路包括衰減片、光纖耦合透鏡、光纖和準直透鏡；其中，激光器發出的激光經衰減片衰減，由光纖耦合透鏡耦合至光纖中，光纖的出光口位于水平放置的準直透鏡的焦點處，經準直透鏡變為平行光。

進一步，本發明在聚焦透鏡和透光反聲器件之間設置矯正透鏡，對經聚焦透鏡聚焦的激光進行光學相差矯正。