[發明專利]采用貝塞爾環帶照明方式的長焦深暗場視網膜OCT系統

在審

• 申請號: 201610179161.0
• 申請日: 2016-03-25
• 公開（公告）號: CN105615824A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）人: 楊亞良;張雨東
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: A61B3/10
• 分類號: A61B3/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及活體人眼視網膜的光學高分辨率成像儀器，尤其是涉及一種采用軸錐鏡實現 貝塞爾環帶照明的長焦深暗場視網膜OCT成像儀器。

背景技術

視網膜成像方法，主要包括眼底相機、熒光造影術、共焦掃描激光檢眼鏡、和光學相干 層析(Opticalcoherencetomography，OCT)成像儀等。其中，只有OCT技術的橫向和縱向 分辨率是相互獨立的，分別由光束的聚集條件和光源的帶寬決定，故有可能同時獲得高橫向 和高縱向分辨率。采用寬帶、甚至超寬帶光譜光源，很容易獲得10μm以下、甚至達到細胞 級(視細胞尺寸約2-4μm)的縱向分辨率。因此視網膜OCT成像技術獲得了迅猛發展，并 已有眾多商用化儀器在眼科臨床實踐中獲得應用。

但目前的常規視網膜OCT技術，仍難以獲得視網膜的高橫向分辨率δr和高對比度圖像， 這是由于：1)視網膜是半透明組織，上皮細胞吸收了入射光信號中的大部分，被反射至探 測器用于成像的光信號非常微弱。活體人眼成像有曝光劑量的限制，僅靠提高照明光強來改 善成像質量的方法不可取；2)理論上增大入瞳光束直徑Φ能提高δr，但人眼在大瞳孔時存 在著復雜、動態變化的像差，反而會極大地降低δr。自適應光學(Adaptiveoptics，AO)技 術被引入眼科領域而形成的視網膜AO-OCT技術，利用AO技術來矯正大瞳孔成像時存在的 人眼像差，才實現了視網膜的橫向細胞級分辨成像。但AO-OCT技術的高成本、高復雜度、 和大體積等因素，制約了它的實際應用。因此，常規視網膜OCT技術簡單、但δr低；而視 網膜AO-OCT技術有極高的δr(細胞級)、但付出的代價極大。如果有一種新型視網膜OCT 技術，其δr遠高于常規視網膜OCT、但又無需付出視網膜AO-OCT技術的代價，這必將成 為眼科基礎研究和臨床應用的有力工具。遺憾的是，目前還未見這樣技術的報道。

常規光學成像技術的橫向分辨率δr和焦深l是一對矛盾，高δr會導致短l。如中心波長 λ₀＝1060nm時：δr＝8.6μm、l＝284μmΦ2.5mm(不受像差影響的最大入瞳光束直徑)；δr＝3.6 μm、l＝49.3μmΦ6mm(視網膜AO-OCT系統常用的入瞳光束直徑)。視網膜厚度約350μm， 因此高δr成像時，l不能覆蓋視網膜厚度。作為當前OCT技術主流的傅里葉域(Fourier- domain)OCT技術，包括譜域(Spectral-domain)OCT和掃頻(Swept-source)OCT技術， 均無需參考光束的縱向掃描就能獲取樣品深度方向的全部信息，故不能采用動態調焦技術以 對不同深度的組織進行高分辨觀察。因此，在保持高δr的同時，又使系統具有足夠長的l， 是視網膜成像亟待解決的問題。貝塞爾(Bessel)照明技術是解決這一問題的有效方法，其 δr由照明環帶光束的直徑Φ決定、且相對常規照明方式(通常為高斯型照明)δr在同等條件 下要提高約37％；l則由照明環帶的厚度H和入瞳光束直徑Φ共同決定，通過合理的光學設 計可極大地擴展l，但需權衡由于l擴展導致的光能密度下降問題。所以貝塞爾照明有可能 同時獲得高δr(相對常規視網膜OCT系統)和長l、且δr在長l范圍內保持不變，這些特點 使其成為視網膜成像的最佳手段，但目前未見相關報道。

視網膜圖像的信噪比和對比度低，這是由于：1)視網膜是半透明組織，其后向反射光 信號非常微弱；2)光路上的光學器件和角膜界面均存在著后向反射雜散光、以及照明光束 入射視網膜時存在著鏡面反射光信號，它們會形成很強的背景信號，占據了探測器的動態范 圍，使得來自視網膜微小變化的光信號不能被探測。這一問題可采用暗場(Dark-field)成像 技術來解決：通過把來自視網膜的有用暗場光信號與上述強背景信號相分離、而只探測前者， 就可實現在低背景信號下的大動態范圍成像，就有可能觀察到組織結構的微小變化和更深層 的結構信息。現有的暗場成像技術，通常采用中心遮擋的方式來形成暗場照明，并在探測端 進行邊緣遮擋來濾除照明光束的后向反射光信號。由于照明光束大多為高斯型能量分布，其 總能量的86.5％分布在光束中心32％的區域內，可見中心遮擋會極大地降低光能利用率。軸 錐鏡(Axicon)是實現暗場照明的最佳器件，平行光束通過軸錐鏡并傳輸到遠場后成為圓錐 型環帶光束、經過光學系統傳輸后，以環帶形式入射角膜，在視網膜上形成暗場照明，且無 光能利用率低的問題。