一种视网膜血管光学造影成像系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种视网膜血管光学造影成像系统及方法，属于光学技术领域。该系统包括用于照亮被检眼睛的照明单元、用于采集视网膜图像信息的成像单元、以及对光源发出的光进行编码调控的控制单元。该方法通过编码矩阵对入射眼底的光在波长上进行编码调控，形成对视网膜血管敏感的特殊照明光，通过采集由该特殊光照明下的视网膜图像，实现对视网膜血管的对比度的增强，即利用光学手段代替传统眼底荧光血管造影成像中造影剂对于血管的特异性选择过程，实现看一种简单、无创且高对比度的视网膜血管光学造影成像方法。

【技术实现步骤摘要】
一种视网膜血管光学造影成像系统及方法
本专利技术属于光学领域，具体涉及一种视网膜血管光学造影成像系统及方法。
技术介绍
视网膜血管是可通过无创进行观察的血管，医生通过视网膜血管的直径、弯曲度以及分支形态等结构变化对眼底相关疾病(如年龄相关性黄斑变性、糖尿病视网膜病变和青光眼等)进行诊断，进而指导临床治疗过程，可有效防止视力下降或致盲。在临床上，通常通过彩色眼底相机、眼底荧光血管造影成像等方法对视网膜血管进行成像及观测。其中，彩色眼底相机主要是对眼底表面成像，将眼底状况以图像的形式储存下来。彩色眼底相机成像快速且操作简单，极大地促进了眼科的常规检查。然而，其采集的眼底图像对比度较低，往往难以发现细微病变。眼底荧光血管造影技术，是利用荧光素钠等能够激发出荧光的物质，将其注入到被检者的静脉血管中，经过激发光照射循环到眼内血管中的荧光物质，最终通过成像设备观察并采集眼底微血管循环的状态。但是，荧光血管造影的缺陷在于其成像需要注射造影剂，所以该方法是一种有创、操作复杂的检测方式且存在过敏等风险。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种视网膜血管光学造影成像系统及方法。该方法控制数字微镜器件对光源发出的光在波长上进行编码调控，形成对视网膜血管敏感的特殊照明光，通过采集由该特殊光照明的视网膜图像，进而增强所采集视网膜图像中血管的对比度，即利用光学手段代替传统眼底荧光血管造影成像中造影剂对于血管的特异性选择过程。为了实现上述目标，本专利技术的技术方案如下：一种视网膜血管光学造影成像系统，包括照明单元、成像单元以及控制单元。在照明单元中，白光光源经由扩束器形成平行光束，通过光栅和透镜汇聚到数字微镜器件上，通过切换数字微镜器件上的微镜片反射出特定波长的光通过光栅后经由透镜、反射镜以及分光镜形成的照明光路射入眼球，照明眼底。在成像单元中，眼底的反射光经由透镜、分光镜形成的成像光路，通过CCD相机的持续曝光采集眼底图像。在控制单元中，通过奇异值分解与K-近邻算法所获得编码矩阵来控制数字微镜器件上各微镜单元的开关时间和CCD相机的曝光时间。本专利技术通过对入射眼底视网膜的光和成像过程进行编码调控，可特异性地采集用于视网膜血管相关的光谱信息，进而提高所采集视网膜图像中血管的对比度。附图说明图1是本专利技术视网膜血管光学造影成像系统示意图。图中：1白光光源；2扩束器；3光栅；4第一透镜；5数字微镜器件；6光栅；7反射镜；8分光镜；9第二透镜；10眼球模型；11CCD相机；12数据采集卡；13计算机。具体实施方式以下结合技术方案和附图对本专利技术的具体实施例做详细说明。如图所示，一种视网膜血管光学造影成像系统，包括白光光源1、扩束器2、第一光栅3、第一透镜4、数字微镜器件5、第二光栅6、反射镜7、分光镜8、第二透镜9、CCD相机11、数据采集卡12和计算机13；由白光光源1、扩束器2、第一光栅3、第一透镜4、数字微镜器件5、第二光栅6、反光镜7、分光镜8以及第二透镜9组成用于照明被检眼睛10的照明单元；由第二透镜9、分光镜8和CCD相机11组成用于成像被检眼睛10的成像单元；由数字微镜器件5、数据采集卡12和计算机13组成用于控制照明单元和成像单元的控制单元；白光光源1经由扩束器2形成平行光束，通过第一光栅3、第一透镜4、数字微镜器件5及第二光栅6；其中第一光栅3、第二光栅6及数字微镜器件5分别位于第一透镜4两侧的焦平面上；通过调控数字微镜器件5选择指定波长的光经由反射镜7、分光镜8以及第二透镜9射入眼球10，照明眼底；眼底的反射光经由第二透镜9和分光镜8组成的成像光路，最终被CCD相机11所采集，并由数据采集卡12传输到计算机13上。本专利技术所述的一种视网膜血管光学造影成像方法，其具体步骤如下：步骤1、白光光源1发出的白光经扩束器2形成较大的平行白光束，经由光栅3分光并通过第一透镜后，源自相同波长的光将汇聚在数字微镜器件5的同一个微镜单元上。步骤2、通过计算机13及数据采集卡12控制数字微镜器件5上各微镜单元的旋转角度，反射对视网膜血管敏感的特殊光，并再次通过第一透镜被成像到光栅6上。由于光路的可逆性，对视网膜敏感的特殊光通过光栅6后形成平行光束。步骤3、通过计算机13及数据采集卡12控制数字微镜器件5上各微镜单元的开关时间以及CCD相机的曝光时间，经反射镜7及分光镜8反射后，通过第二透镜9射入眼球10，并经眼球屈光系统聚焦到视网膜上。在本实施实例中，步骤3通过光谱分析方法生成用于控制数字微镜器件5各微镜单元的开关时间以及CCD相机的曝光时间所需的编码矩阵。具体如下：1)利用奇异值分解方法，计算特征值S和特征向量A1；首先，利用公式(1)将视网膜高光谱图像数据H分解，H＝QΛVT(1)其中，Q为视网膜高光谱图像数据H的左奇异矩阵，Λ为视网膜高光谱图像数据H的奇异值矩阵，V为视网膜高光谱图像数据H的右奇异矩阵，上标“T”表示矩阵的转置；随后，将奇异值由大到小排序后，取其中前n个奇异值组成左奇异值矩阵Q1，奇异值矩阵Λ1，右奇异值矩阵V1；并通过公式(2)和(3)分别计算特征值S和特征向量A1。2)利用K-近邻算法，计算变换向量A2。首先，计算视网膜图像上血管区域D中各点与视网膜高光谱图像H中各点的所有距离；其次，选择K个最小距离对应的K个参考点；随后，使用多数表决法判断视网膜高光谱图像H中各点是否为血管；重复以上步骤得到分类后的结果G；最后，计算S-1G的最大特征值，则最大特征值所对应的特征向量即为变换向量A2。3)利用公式(4)生成编码调控数字微镜器件(5)各微镜单元的开关时间以及CCD相机(15)曝光时间所需的编码矩阵C。C＝A1A2(4)步骤4、视网膜反射的光经透镜9、分光镜8后，由CCD相机11采集血管对比度增强的视网膜图像，最终存储到计算机13上。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种视网膜血管光学造影成像系统，其特征在于同，该系统包括白光光源(1)、扩束器(2)、第一光栅(3)、第一透镜(4)、数字微镜器件(5)、第二光栅(6)、反光镜(7)、分光镜(8)、第二透镜(9)、CCD相机(11)、数据采集卡(12)和计算机(13)；/n由白光光源(1)、扩束器(2)、第一光栅(3)、第一透镜(4)、数字微镜器件(5)、第二光栅(6)、反光镜(7)、分光镜(8)以及第二透镜(9)组成照明单元；/n由第二透镜(9)、分光镜(8)、和CCD相机(11)组成成像单元；/n由数字微镜器件(5)、数据采集卡(12)和计算机(13)组成控制单元；/n白光光源(1)经由扩束器(2)形成平行光束，通过第一光栅(3)、第一透镜(4)、数字微镜器件(5)及第二光栅(6)；其中第一光栅(3)、第二光栅(6)及数字微镜器件(5)分别位于第一透镜(4)两侧的焦平面上；通过调控数字微镜器件(5)选择指定波长的光经由反射镜(7)、分光镜(8)以及第二透镜(9)射入眼球(10)，照明眼底；眼底的反射光经由第二透镜(9)、分光镜(8)所组成的成像光路，最终被CCD相机(11)采集，并由数据采集卡(12)传输至计算机(13)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种视网膜血管光学造影成像系统，其特征在于同，该系统包括白光光源(1)、扩束器(2)、第一光栅(3)、第一透镜(4)、数字微镜器件(5)、第二光栅(6)、反光镜(7)、分光镜(8)、第二透镜(9)、CCD相机(11)、数据采集卡(12)和计算机(13)；
由白光光源(1)、扩束器(2)、第一光栅(3)、第一透镜(4)、数字微镜器件(5)、第二光栅(6)、反光镜(7)、分光镜(8)以及第二透镜(9)组成照明单元；
由第二透镜(9)、分光镜(8)、和CCD相机(11)组成成像单元；
由数字微镜器件(5)、数据采集卡(12)和计算机(13)组成控制单元；
白光光源(1)经由扩束器(2)形成平行光束，通过第一光栅(3)、第一透镜(4)、数字微镜器件(5)及第二光栅(6)；其中第一光栅(3)、第二光栅(6)及数字微镜器件(5)分别位于第一透镜(4)两侧的焦平面上；通过调控数字微镜器件(5)选择指定波长的光经由反射镜(7)、分光镜(8)以及第二透镜(9)射入眼球(10)，照明眼底；眼底的反射光经由第二透镜(9)、分光镜(8)所组成的成像光路，最终被CCD相机(11)采集，并由数据采集卡(12)传输至计算机(13)。


2.权利要求1所述一种视网膜血管光学造影成像系统中的视网膜血管光学造影成像方法，其特征在于如下步骤：
步骤一、白光光源(1)发出的白光经扩束器(2)形成平行白光束，经由光栅(3)分光并通过第一透镜(4)后，源自相同波长的光将汇聚在数字微镜器件(5)的同一个微镜单元上；
步骤二、通过计算机(13)及数据采集卡(12)控制数字微镜器件(5)上各微镜单元的旋转角度，反射对视网膜血管敏感的波长的光，并再次通过第一透镜(4)被汇聚到第二光栅(6)上；由于光路的可逆性，经数字微镜器件选择性反射的光通过第二光栅(6)后形成平行光束；
步骤三、通过计算机(13)及数据采集卡(12)控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈硕，孔令敏，佟萌萌，
申请(专利权)人：宁波蓝明信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33