眼底10微米以下微细血管的快速捕捉与成像方法技术

本发明专利技术涉及眼波像差自适应校正光学成像技术中眼底10微米以下微细血管的快速捕捉与成像方法。视网膜中的内核层富含10微米以下微细血管，但内核层的位置因人而异。统计大量人眼的微细血管内核层公共区域及公共区域中心面相对视觉细胞层表面的距离；将人眼等效于透镜，利用现有人眼光学模型仿真得出人眼有效焦距和人眼轴长之间的关系式；实测人眼轴长、代入人眼有效焦距和人眼轴长之间的关系式计算出人眼有效焦距；最后根据自适应光学成像光路的光学参数，计算出内核层公共区域中心面的像面位置，如图所示，在此处设置成像相机，使被检患者在一次检测中眼睛只受到短于18ms的可见光照射，即能完成直径10μm上下的内核层微细血管清晰成像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于眼底显微成像
，涉及眼波像差自适应校正光学成像技术中微细血管层的快速捕捉以及自适应像差校正高清晰成像的方法，具体地说是一种无需造影剂的直径10微米以下微细血管的自适应光学成像的方法。
技术介绍
人眼是个复杂的具有自调焦功能、且随时可能下意识动作的光学系统。当人眼从明亮环境进入暗室瞳孔会在几分钟内由1mm扩大到4mm～6mm，此时即使是无屈光不正的眼睛也不可避免地存在光学像差，采用散瞳剂也同样使人眼产生光学像差，因此临床所用的检眼镜很难看清20微米以下的血管。从上个世纪九十年代起，人们开始探讨自适应光学校正技术在眼底成像中的应用。液晶波前校正器具有十万到百万个驱动像素，校正精度高，重复性好，可以进行单次探测的开环校正，最大限度地降低入射人眼的光能使用量，安全程度提高，更利于应用在眼底自适应光学成像系统上。关于液晶自适应光学技术在眼底成像中的应用，已在中国专利公报上公开，如“视度自调节液晶自适应像差校正视网膜成像的光学系统”(公开号CN101766472A，专利号ZL 200910266651.4)，“能量高效利用的液晶自适应像差校正视网膜成像装置”(公开号CN101797149A，专利号ZL200910215480.2)，“普适性液晶自适应像差校正视网膜成像系统”(公开号CN101791212A，专利号ZL200910266664.1)，使得该技术具有安全、普适的优势。但是这三个公开的专利申请，没能解决自适应成像景深只有几十微米、位于视网膜内丛状层的直径10微米以下微细血管很难进入成像视场的问题，而受系统中视标的诱导和人眼自调节功能的响应，视场在纵向上总是位于视觉细胞层上，看不到位于视网膜内核层的直径10微米以下微细血管，这是眼底自适应校正光学成像技术的普遍问题，故至今还未实用化。视网膜为多层半透明组织结构，其中数十微米厚的内核层含有丰富的直径10μm以下的微细血管，另外黄斑中心存在无血管区域，所以微细血管在距离黄斑中心2°～3°范围内是最密集丰富的。视网膜横向定位可以通过视标的引导来确定，而视网膜微细血管的纵向定位困难。自适应光学系统对不同人眼的视网膜微细血管成像的主要障碍有：一是人眼微细血管成像需要使用黄绿光照明才能获得足够的成像对比度，但黄绿光是可见光，对人眼刺激强烈，如果不使用麻醉剂易产生瞳孔收缩，所以可见光照明时间不能超过十数毫秒，而在这个时间范围内很难捕捉到内核层血管；二是人眼景深只有30～40μm，与内核层厚度相当，且不同的人眼其内核层的相对位置有±10μm前后移动，因此人眼微细血管层的位置很难捕捉；三是人眼的光学焦距有个性差异，而此前认为人眼有效焦距为恒定18mm，因此即使找到了微细血管层的几何位置，如果不能准确知道被测人眼的光学焦距，也无法在自适应光学系统中精确设置成像相机位置，也就无法得到清晰的微细血管图像。
技术实现思路
本专利技术针对人眼结构参数各异的问题，提出对内核层微细血管快速捕捉、自适应光学成像的方法，目的是能在自适应成像过程中快速捕捉到直径10微米以下的微细血管。本专利技术的基本思想是：提出以视觉细胞层表面作为基准位置；统计大量人眼的微细血管内核层互相交叠的公共区域及公共区域中心面相对基准位置的距离；利用现有人眼光学模型【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轴长之间的关系式；实测人眼轴长，换算为个性人眼的有效焦距；最后根据自适应光学成像光路结构和各器件的光学参数，计算出内核层公共区域中心面的像面位置；在微细血管的自适应光学成像程序开始之前，将成像相机置于计算出的内核层公共区域中心面的像面位置上，使直径10微米上下的微细血管在短于20ms的可见光曝光下完成自适应光学成像。为详细说明本专利技术的方法，用图1所示的眼底微细血管自适应光学成像原理图进行说明。图1中点划线为光轴，100为自适应光学系统；自适应光学系统100的左侧为被测人眼1，其中11为视网膜最底层的视觉细胞层表面、12为视网膜中的含有丰富微细血管的内核层中心面，视觉细胞层表面11和内核层中心面12的距离为d；自适应光学系统100的右侧有成像透镜5和成像相机10，111为成像透镜5的焦点作为成像相机10的原点、也是视觉细胞层表面的像面，122为内核层中心面的像面；该眼底微细血管自适应光学成像系统中还配置具有同样黄绿色单一波长的眼底照明光源和视标，还配置一台装有视网膜自适应光学成像控制程序的计算机；在成像透镜5的焦点111处做出成像相机10的原点标记后，将成像相机10沿光轴向远离成像透镜5的方向移动到富含微细血管的内核层中心面的像面122处，移动距离为L；此时开启视网膜自适应光学成像的控制程序，经过像差探测与校正，成像相机10中即可呈现清晰的内核层微细血管图像。为说明成像相机10的移动距离L的求取方法，需将图1展开为详细结构原理图，如图2所示，其中点划线为光轴，1为人眼，2为第一透镜，3为第二透镜，4为第三透镜，5为成像透镜，6为液晶波前校正器，7为折轴反射镜，8为波前探测器，9为偏振分光棱镜，10为位于原点的成像相机；当眼底照明光源将单一波长的光束入射到人眼1的视网膜时，由于人眼的自调焦生物功能使入眼光束聚焦在视觉细胞层上，形成物像共轭的光学成像光路，同时会有部分光被反射率相对最高的视觉细胞层表面反射，反射出人眼1的准平行光束中带有人眼像差，光束经过第一透镜2和第二透镜3成为与液晶波前校正器6口径匹配的平行光束，经过液晶波前校正器6的反射、又经第二透镜3、折轴反射镜7和第三透镜4成为与波前探测器8口径匹配的平行光束，再经过一个偏振分光棱镜9分成反射的S偏振光束和透射的P偏振光束，其中S偏振光束进入波前探测器8，由波前探测器8将人眼1的像差信息探测出来，再控制液晶波前校正器6对P偏振光束进行波前校正，消除像差后的P偏振光束透过偏振分光棱镜9、又经过成像透镜5聚焦于成像相机10，在成像相机10上呈现无像差的高分辨视觉细胞图像；将成像相机10从原点沿光轴向远离成像透镜5的方向移动L距离，L满足以下关系式时成像相机10中即可呈现清晰的内核层微细血管图像：L＝(f1f4/f3)2d/Feye2 (1)其中f1、f3和f4分别为第一透镜2、第三透镜4和成像透镜5的焦距，Feye为人眼的有效焦距。从(1)式中看出，先找到视觉细胞层到微细血管层的距离d，再寻找获得不同人眼的有效焦距，最后就可以计算出成像相机10移动的距离L。内核层大约有30微米的厚度。为了找到大多数人内核层的重叠公共区域，根据系列文献【例：A.L.Loduca,C.Zhang,R.Zelkha,et本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种眼底10微米以下微细血管的快速捕捉与成像方法，其特征是：眼底微细血管自适应光学成像系统由第一透镜(2)、第二透镜(3)、第三透镜(4)、成像透镜(5)、液晶波前校正器(6)，折轴反射镜(7)、哈特曼波前探测器(8)、偏振分光棱镜(9)、成像相机(10)组成，成像相机(10)初始位于成像透镜(5)的焦点处；该眼底微细血管自适应光学成像系统中还配置具有同样黄绿色单一波长的眼底照明光源和视标，还配置一台装有视网膜自适应光学成像控制程序的计算机；以视觉细胞层表面作为基准位置，视觉细胞层表面的像面位于成像透镜(5)的焦点处；将内核层的微细血管作为被成像物体，统计大量人眼的微细血管内核层的相互交叠公共区域及公共区域中心面相对基准位置的距离d，d＝138μm；将人眼等效于透镜，利用现有人眼光学模型仿真得出人眼有效焦距Feye和人眼轴长l之间的关系式：Feye＝0.7136l+0.1483   (i)其中Feye和l的单位为毫米；实测人眼轴长l，代入(i)式计算出因人而异的人眼有效焦距Feye；最后将人眼参数Feye、d和眼底微细血管自适应光学成像系统中各透镜的焦距代入(ii)式，计算出内核层公共区域中心面的像面到成像透镜(5)焦点处的距离L：L＝(f1f4/f3)2d/Feye2   (ii)其中f1、f3和f4分别为第一透镜(2)、第三透镜(4)和成像透镜(5)的焦距；将成像相机(10)从成像透镜(5)焦点处向远离成像透镜(5)方向移动L距离，使成像相机(10)位于内核层公共区域中心面的像面处；然后引入视标光束，视标放置在距离人眼1m光程的位置处，其为2mm～3mm直径的平行光束，令视标光束的光轴在人眼前与第一透镜2的光轴重合导入人眼，通过调节视标的位置来改变眼球转角，以使入眼的探测光源光束和成像光源光束能聚焦至距离小凹中心2°～3°位置处，即都能到达具有微细血管的内核层位置；人眼盯视视标并能看清楚视标的简单图案；立即开启视网膜自适应光学成像控制程序，就能使直径10微米上下的微细血管在短于20ms的可见光曝光下完成自适应光学成像。...

【技术特征摘要】
1.一种眼底10微米以下微细血管的快速捕捉与成像方法，其特征是：眼底微细血管自适应光学成像系统由第一透镜(2)、第二透镜(3)、第三透镜(4)、成像透镜(5)、液晶波前校正器(6)，折轴反射镜(7)、哈特曼波前探测器(8)、偏振分光棱镜(9)、成像相机(10)组成，成像相机(10)初始位于成像透镜(5)的焦点处；该眼底微细血管自适应光学成像系统中还配置具有同样黄绿色单一波长的眼底照明光源和视标，还配置一台装有视网膜自适应光学成像控制程序的计算机；以视觉细胞层表面作为基准位置，视觉细胞层表面的像面位于成像透镜(5)的焦点处；将内核层的微细血管作为被成像物体，统计大量人眼的微细血管内核层的相互交叠公共区域及公共区域中心面相对基准位置的距离d，d＝138μm；将人眼等效于透镜，利用现有人眼光学模型仿真得出人眼有效焦距Feye和人眼轴长l之间的关系式：Feye＝0.7136l+0.1483 (i)其中Feye和l的单位为毫米；实测人眼轴长l，代入(i)式计算出因人而异的人眼有效焦距Feye；最后将人眼参数Feye、d和眼底微细血管自适应光学成像系统中各透镜的焦距代入(ii)式，计算出内核层公共区域中心面的像面到成像透镜(5)焦点处的距离L：L＝(f1f4/f3)2d/Feye2 (ii)其中f1、f3和f4分别为第一透镜(2)、第三透镜(4)和成像透镜(5)的焦距；将成像相机(10)从成像透镜(5)焦点处向远离成像透镜(5)方向移动L距离，使成像相机(10)位于内核层公共区域中心面的像面处；然后引入视标光束，视标放置在距离人眼1m光程的位置处，其为2mm～3mm直径的平行光束，令视标光束的光轴在人眼前与第一透镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：宣丽，李大禹，张佩光，王少鑫，曹召良，穆全全，杨程亮，姚丽双，刘永刚，彭增辉，徐焕宇，张杏云，王启东，王玉坤，韩国庆，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22