一种非接触式后极部巩膜高速扫频光学相干弹性成像系统技术方案

一种非接触式后极部巩膜高速扫频光学相干弹性成像系统，其特征在于：包括控制中心、Phs

【技术实现步骤摘要】
一种非接触式后极部巩膜高速扫频光学相干弹性成像系统


[0001]本专利技术涉及眼科成像
,具体涉及一种非接触式后极部巩膜高速扫频光学相干弹性成像系统。

技术介绍

[0002]巩膜是位于眼球壁外层的富含胶原纤维的瓷白色结缔组织，其质地坚硬，可以抵抗眼压向外扩张的作用力，对于眼球形状的维持起到重要作用。巩膜在解剖结构上可以分为前部巩膜、赤道部巩膜和后极部巩膜，各部分巩膜的显微结构及力学性能存在差异，其中后极部巩膜的力学性能最弱，最容易出现形状改变。研究者们发现后极部巩膜生物力学性能的改变与青少年近视及青光眼等多种眼部疾病的发生发展有着紧密的联系。由于当前尚缺乏治疗近视及青光眼的有效方法，因此，对上述疾病的早期预警是临床研究热点。相较于当前常规的检测方法，后极部巩膜生物力学性能检测将更有助于近视及青光眼等疾病的早期预警，为上述疾病的早期干预提供时间窗口。
[0003]现阶段临床上后极部巩膜生物力学性能测量的方法主要为超声弹性成像及核磁共振弹性成像技术。上述方法成像穿透深度大，适用于各大脏器如肝脏、乳腺等组织的弹性测量，但其空间分辨率差，难以对后极部巩膜(厚度仅为1mm)进行高清成像。在实验室阶段，美国加州大学陈忠平教授团队利用谱域光学相干层析成像技术(spectral domain optical coherence tomography,SD
‑
OCT)来对活体兔眼后极部巩膜组织进行高清成像；并在此基础上利用强穿透性的声辐射力，研发声辐射力光学相干弹性成像技术。在水浴环境下，利用上述系统成功诱导后极部巩膜产生微小形变，实现活体兔眼后极部巩膜生物力学性能的测量。但是，上述系统存在以下缺陷：1)OCT成像系统采用SD
‑
OCT，其虽然能实现兔眼后极部巩膜的成像，但难以对人眼后极部巩膜进行高清成像；2)声辐射力需要耦合剂介导，同时可能会对眼内其他组织，如晶状体和视网膜等造成损伤，在临床应用上面临极大困难。

技术实现思路

[0004]为了克服
技术介绍
的不足，本专利技术提供一种非接触式后极部巩膜高速扫频光学相干弹性成像系统。
[0005]本专利技术所采用的技术方案：一种非接触式后极部巩膜高速扫频光学相干弹性成像系统，包括控制中心、Phs
‑
SSOCT装置、微空气脉冲发射装置，
[0006]所述Phs
‑
SSOCT装置包括扫频光源、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、布拉格光纤光栅、样品臂、参考臂、第三光纤耦合器、平衡探测器、光电探测器；
[0007]所述扫频光源与控制中心连接，用于输出光束；
[0008]所述第一光纤耦合器采用2X2光纤耦合器，其具有第一端口、第二端口、第三端口、第四端口，所述第一端口与扫频光源对应连接，所述第二端口连接光电探测器，光电探测器连接控制中心，所述第三端口连接第二光纤耦合器，所述第四端口连接布拉格光纤光栅，扫频光源所输出的光束通过第一光纤耦合器后分别从第三端口、第四端口进入到第二光纤耦
合器与布拉格光纤光栅；
[0009]所述第二光纤耦合器采用2X2光纤耦合器，其具有第五端口、第六端口、第七端口、第八端口，所述第五端口与第一光纤耦合器的第三端口对应连接，所述第六端口连接第三光纤耦合器，所述第七端口连接样品臂，所述第八端口连接参考臂，光束通过第二光纤耦合器后分别从第七端口、第八端口进入到样品臂与参考臂；
[0010]所述第三光纤耦合器采用2X2光纤耦合器，其具有第九端口、第十端口、第十一端口、第十二端口，所述第九端口与第二光纤耦合器的第六端口对应连接，所述第十端口连接参考臂，所述第十一端口与第十二端口连接平衡探测器，所述平衡探测器连接控制中心；
[0011]所述微空气脉冲发射装置包括信号发生器、驱动器、储气瓶，所述储气瓶的输出管道上安装有电磁阀，电磁阀上安装有喷头，所述信号发生器与控制中心、驱动器连接，能够为驱动器提供输入控制信号，所述驱动器连接电磁阀，能够控制电磁阀启闭动作。
[0012]所述第一光纤耦合器的分光比为90:10，所述第二光纤耦合器的分光比为80:20，所述第三光纤耦合器的分光比为50:50。
[0013]所述扫频光源的中心波长为1060nm，所述扫频光源的扫描速度大于100kHz。
[0014]所述样品臂包括依次设置的第一准直镜、二维扫描振镜、二向色镜、聚焦镜、前置镜，还包括固视视标，所述固视视标与二向色镜对应设置。
[0015]所述参考臂包括对应设置的第二准直镜与第三准直镜，所述第二准直镜与第二光纤耦合器的第八端口连接，所述第三准直镜与第三光纤耦合器的第十端口连接。
[0016]所述微空气脉冲发射装置还包括直流电源，所述直流电源与驱动器连接，能够为驱动器提供24V的瞬时电压和5V的维持电压。
[0017]后极部巩膜弹性模量的测量方法包括如下步骤：
[0018]1、Phs
‑
SSOCT装置与微空气脉冲发射装置的相互整合：
[0019]将微空气脉冲发射装置的喷头与人眼前部巩膜组织相对应，并利用喷头喷出微空气脉冲，诱导人眼前部巩膜组织形变，该形变信息能以弹性波的形式传播至后极部巩膜，同时通过Phs
‑
SSOCT装置快速获取高清后极部巩膜图像，
[0020]2、基于相位分辨多普勒算法和Res
‑
Unet神经网络模型来提取后极部巩膜的形变信号：
[0021]2.1获得复数信号
[0022]对Phs
‑
SSOCT装置采集的时间干涉信号进行快速傅里叶变换，得到以深度z为变量的复数信号，其计算公式为：S(z)＝A(z)e
iφ(z)
，其中，A(z)为振幅信息，φ(z)为相位信息；
[0023]2.2多普勒相位计算
[0024]根据相邻两次A
‑
line信号之间的相位变化推算得出多普勒频移f
D
，其计算公式为：
[0025]其中，Δφ为相邻两次A
‑
line之间的相位差，t为相邻两次A
‑
line之间的时间差；
[0026]通过对相邻两条A
‑
line进行互相关运算，计算得到相位差，其计算公式为：
[0027][0028]基于多普勒效应，得到运动组织样品的相对速度v，其计算公式为：
[0029]其中，λ0为扫频光源的中心波长，n为组织样品的折射率；
[0030]最终得出相邻两条A
‑
line之间的相对位移Δd，其计算公式为：
[0031][0032]2.3图像分割
[0033]基于Res
‑
Unet神经网络模型实现脉络膜和后极部巩膜间边界的自动分割，Res
‑
Unet神经网络包含下采样路径和上采样路径，下采样路径用于负责图像信息的卷积编码，实现不同层次高维特征的提取，上采样路径用于负责图像信息的反卷积本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非接触式后极部巩膜高速扫频光学相干弹性成像系统，其特征在于：包括控制中心(1)、Phs
‑
SSOCT装置(2)、微空气脉冲发射装置(3)，所述Phs
‑
SSOCT装置(2)包括扫频光源(4)、第一光纤耦合器(5)、第二光纤耦合器(6)、布拉格光纤光栅(7)、样品臂(8)、参考臂(9)、第三光纤耦合器(10)、平衡探测器(11)、光电探测器(12)；所述扫频光源(4)与控制中心(1)连接，用于输出光束；所述第一光纤耦合器(5)采用2X2光纤耦合器，其具有第一端口(51)、第二端口(52)、第三端口(53)、第四端口(54)，所述第一端口(51)与扫频光源(4)对应连接，所述第二端口(52)连接光电探测器(12)，光电探测器(12)连接控制中心(1)，所述第三端口(53)连接第二光纤耦合器(6)，所述第四端口(54)连接布拉格光纤光栅(7)，扫频光源(4)所输出的光束通过第一光纤耦合器(5)后分别从第三端口(53)、第四端口(54)进入到第二光纤耦合器(6)与布拉格光纤光栅(7)；所述第二光纤耦合器(6)采用2X2光纤耦合器，其具有第五端口(61)、第六端口(62)、第七端口(63)、第八端口(64)，所述第五端口(61)与第一光纤耦合器(5)的第三端口(53)对应连接，所述第六端口(62)连接第三光纤耦合器(10)，所述第七端口(63)连接样品臂(8)，所述第八端口(64)连接参考臂(9)，光束通过第二光纤耦合器(6)后分别从第七端口(63)、第八端口(64)进入到样品臂(8)与参考臂(9)；所述第三光纤耦合器(10)采用2X2光纤耦合器，其具有第九端口(101)、第十端口(102)、第十一端口(103)、第十二端口(104)，所述第九端口(101)与第二光纤耦合器(6)的第六端口(62)对应连接，所述第十端口(102)连接参考臂(9)，所述第十一端口(103)与第十二端口(104)连接平衡探测器(11)，所述平衡探测器(11)连接控制中心(1)；所述微空气脉冲发射装置(3)包括信号发生器(13)、驱动器(14)、储气瓶(15)，所述储气瓶(15)的输出管道上安装有电磁阀(16)，电磁阀(16)上安装有喷头(17)，所述信号发生器(13)与控制中心(1)、驱动器(14)连接，能够为驱动器(14)提供输入控制信号，所述驱动器(14)连接电磁阀(16)，能够控制电磁阀启闭动作。2.根据权利要求1所述的非接触式后极部巩膜高速扫频光学相干弹性成像系统，其特征在于：所述第一光纤耦合器(5)的分光比为90:10，所述第二光纤耦合器(6)的分光比为80:20，所述第三光纤耦合器(10)的分光比为50:50。3.根据权利要求1所述的非接触式后极部巩膜高速扫频光学相干弹性成像系统，其特征在于：所述扫频光源(4)的中心波长为1060nm，所述扫频光源(4)的扫描速度大于100kHz。4.根据权利要求1所述的非接触式后极部巩膜高速扫频光学相干弹性成像系统，其特征在于：所述样品臂(8)包括依次设置的第一准直镜(81)、二维扫描振镜(82)、二向色镜(83)、聚焦镜(84)、前置镜(85)，还包括固视视标(86)，所述固视视标(86)与二向色镜(83)对应设置。5.根据权利要求1所述的非接触式后极部巩膜高速扫频光学相干弹性成像系统，其特征在于：所述参考臂(9)包括对应设置的第二准直镜(91)与第三准直镜(92)，所述第二准直镜(91)与第二光纤耦合器(6)的第八端口(64)连接，所述第三准直镜(92)与第三光纤耦合器(10)的第十端口(102)连接。6.根据权利要求1所述的非接触式后极部巩膜高速扫频光学相干弹性成像系统，其特
征在于：所述微空气脉冲发射装置(3)还包括直流电源(18)，所述直流电源(18)与驱动器(14)连接，能够为驱动器(14)提供24V的瞬时电压和5V的维持电压。7.根据权利要求1所述的非接触式后极部巩膜高速扫频光学相干弹性成像系统，其特征在于：后极部巩膜弹性模量的测量方法包括如下步骤：1、Phs...

【专利技术属性】
技术研发人员：金梓，陈思思，黄智宇，胡毅成，赵鑫，任秋实，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：