一种高分辨率快速成像的角膜共聚焦显微镜系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高分辨率快速成像的角膜共聚焦显微镜系统，系统中来自激光光源的光束经过滤光器和偏振编码器后，经扩束镜到达第一透镜，聚焦在狭缝；通过狭缝的光束，经过第二透镜到达扫描镜，由扫描镜改变传播方向后，经过扫描透镜，被分束镜折转，经过套筒透镜入射显微物镜，被聚焦到需要成像的角膜上；角膜经激光照明产生散射光信号返回后透过分束镜进入探测光路，经过偏振选择器和滤光片后，由成像件通过卷帘快门方式曝光，形成图像；轴向移动位移台，实现角膜三维成像。使用激光光源进行线扫描，具有分辨率高、成像快速、系统简单稳定、穿透能力强的特点。使用卷帘快门阻拦离焦光线，能够便捷地调整焦深，适应角膜的不同组织结构。织结构。织结构。

【技术实现步骤摘要】
一种高分辨率快速成像的角膜共聚焦显微镜系统


[0001]本专利技术涉及光学显微成像以及生物医学成像领域，尤其涉及一种高分辨率快速成像的角膜共聚焦显微镜系统。

技术介绍

[0002]共聚焦显微镜的概念在1957年由Marvin Minsky提出，最初是用于观察活体脑组织中的神经网络(参见《Microscopy Apparatus》，美国专利US3013467A)。共聚焦显微镜系统是一种扫描成像系统，其特点是在光源后和探测平面前放置共轭的针孔，对非成像点周围的杂散光束进行遮挡，从而大大提升了系统的成像分辨率，并具有对成像对象一定深度的部分单独成像的能力。
[0003]角膜共聚焦显微成像是一种使用共聚焦显微镜，对活体角膜细胞结构进行成像，以辅助角膜病在活体细胞层面进行生理和病理学结构改变的研究、并辅助疾病诊断和观察治疗反应等的技术。1974年Maurice首次将共聚焦系统应用在角膜显微成像，并成功得到了角膜内皮的显微图像(参见David Maurice，《A scanning Slit Optical Microscope》，Invest.Ophthalmol.Vis.Sci.13，1033
‑
1037(1974))。随后经过一系列改进，Maurice使用的共聚焦系统在临床上获得了更广泛的应用。
[0004]目前市面上常见的共聚焦角膜显微镜主要有两种类型：第一类为裂隙光共聚焦显微镜，这一类系统通常使用滤除红外和紫外部分的卤素灯，用一对共轭的裂隙(slit)代替针孔，线状光束在一维方向上扫描成像，具有结构简单、成像快速的特点。然而，由于非相干光源的穿透深度浅，裂隙光共聚焦系统较难对浑浊角膜进行成像，成像分辨率受限，图像清晰程度有限。第二类为激光点扫描角膜共聚焦显微镜，这类显微镜系统以激光作为光源，使用两个扫描器件分别实现二维方向的扫描，系统结构较前者复杂。此外，激光点扫描角膜共聚焦显微镜系统成像速度较慢，图像容易受到眼球运动影响产生畸变，患者也因时间操作长比较难配合以及产生感到眼部不适等。上述两种共聚焦显微镜系统的共同特点是，使用的裂隙和针孔不便于调整大小，无法对成像焦深进行调节以适应角膜不同组织的结构。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对上述现有共聚焦角膜显微镜技术的不足，提供一种高分辨率快速成像的角膜共聚焦显微镜系统，实现清晰快速的角膜共聚焦显微成像。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种高分辨快速成像的角膜共聚焦显微系统，该系统包括照明光路和探测光路；
[0007]所述照明光路包含激光光源、滤光器、扩束镜、偏振编码器、第一透镜、狭缝、第二透镜、扫描镜、扫描透镜、分束镜、套筒透镜和固定在位移台上的显微物镜；
[0008]来自激光光源的光束经过滤光器后，经过扩束镜、由偏振编码器进行偏振编码后到达第一透镜，聚焦在狭缝上；通过狭缝的光束，经过第二透镜到达扫描镜，由扫描镜改变传播方向；从扫描镜出射的光束经过扫描透镜后，被分束镜折转，经过套筒透镜入射显微物
镜，被聚焦到需要成像的角膜上；
[0009]所述探测光路包含偏振选择器、滤光片和成像件；角膜经激光照明产生散射光信号返回后透过分束镜进入探测光路，首先由偏振选择器选择特定偏态的散射光，然后经过滤光片过滤杂散光信号，最终由成像件通过卷帘快门方式曝光，形成图像，并通过控制卷帘快门，调整同时进行曝光的像素行数，改变离焦散射光线的曝光情况，调节焦深；轴向移动位移台，实现角膜三维成像。进一步地，所述第一透镜为柱透镜，柱面为光束入射面，柱轴方向与狭缝方向、扫描镜转轴方向平行。
[0010]进一步地，所述偏振编码器由线偏振片、四分之一波片和二分之一波片组成。
[0011]进一步地，所述狭缝位于第一透镜后焦面上，位于第二透镜前焦面上。
[0012]进一步地，所述扫描镜使显微物镜焦面上的线状光束于角膜内部在一维方向上扫描；所述扫描镜与显微物镜的入瞳光学共轭。
[0013]进一步地，扫描透镜是矫正像差的透镜组，能够在光束扫描时产生平坦的像平面，所述扫描透镜入瞳的中心与扫描镜的枢轴点重合。
[0014]进一步地，分束镜反射照明光、透射来自角膜的散射光，与照明光路和探测光路均成45
°
夹角。
[0015]进一步地，所述套筒透镜后焦面与所述显微物镜入瞳面重合；所述套筒透镜与所述扫描透镜构成4f光学系统。
[0016]进一步地，所述第一透镜后焦面、扫描透镜后焦面、显微物镜焦面和成像件感光面具有共轭关系。
[0017]进一步地，所述显微物镜固定在具有沿光轴方向移动能力的位移台上。
[0018]进一步地，所述偏振选择器由相位延迟器和线偏振片组成。
[0019]进一步地，所述成像件是具有卷帘快门成像方式的CMOS相机，所述扫描镜和卷帘快门同步运动，使得角膜离焦散射光线不被曝光、不参与图像形成。
[0020]进一步地，激光光源与滤光器的工作波长可调在600
‑
840nm之间调节。
[0021]进一步地，光路中包含偏振编码和偏振选择器件，以进行偏振编码成像。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0023]使用激光光源进行线扫描，同时具有分辨率高、成像快速、系统简单稳定、穿透能力强的特点。使用卷帘快门而不是实体的针孔阻拦离焦光线，能够便捷地调整焦深，适应角膜的不同组织的结构。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例中高分辨率快速成像的角膜共聚焦显微镜系统的结构示意图。
具体实施方式
[0025]以下结合附图对本专利技术具体实施方式作进一步详细说明。
[0026]如图1所示，本专利技术提供的一种高分辨率快速成像的角膜共聚焦显微镜系统，本实施例的角膜共聚焦显微镜系统包括：激光光源1，滤光器2，扩束镜3，偏振编码器4，第一透镜5，狭缝6，第二透镜7，扫描镜8，扫描透镜9，分束镜10，套筒透镜11，显微物镜12，位移台13，
偏振选择器15，滤光片16，成像件17。所有光学元件和需要成像的角膜14均位于同轴光路上。
[0027]本实施例中，来自激光光源1的光束经过滤光器2后，经过扩束镜3和偏振编码器4到达第一透镜5，聚焦在狭缝6上。通过狭缝6的光束，经过第二透镜7到达扫描镜8，由扫描镜8改变传播方向。从扫描镜8出射的光束经过扫描透镜9后，被分束镜10折转，经过套筒透镜11入射显微物镜12，被聚焦到需要成像的角膜14上。来自角膜14的散射光被显微物镜12反向收集后，通过分束镜10、偏振选择器15、滤光片16、到达成像件17，形成图像。轴向移动位移台13，实现角膜三维成像。光路中包含偏振编码器4和偏振选择器15，以进行偏振编码成像。
[0028]本实施例中，光源1为显微系统提供激光光束。本实施例为白光激光器，波长范围为470nm到2400nm，功率被控制在一定范围内，使得进入角膜14光束功率不超过2.5mW，防止其损伤眼睛。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高分辨率快速成像的角膜共聚焦显微镜系统，其特征在于，该系统包括照明光路和探测光路；所述照明光路包含激光光源、滤光器、扩束镜、偏振编码器、第一透镜、狭缝、第二透镜、扫描镜、扫描透镜、分束镜、套筒透镜和固定在位移台上的显微物镜；所述激光光源发出的光束依次经过滤光器、扩束镜、偏振编码器后到达第一透镜，聚焦在狭缝上；通过狭缝的光束，经过第二透镜到达扫描镜，由扫描镜改变传播方向；从扫描镜出射的光束经过扫描透镜后，被分束镜折转，经过套筒透镜入射显微物镜，被聚焦到需要成像的角膜上；所述探测光路包含偏振选择器、滤光片和成像件；所述角膜经激光照明产生散射光信号返回后透过分束镜进入探测光路，经过偏振选择器选择特定的偏振态，经过滤光片过滤杂散光信号，最终由成像件通过卷帘快门方式曝光，形成图像，并通过控制卷帘快门，调整同时进行曝光的像素行数，改变离焦散射光线的曝光情况，调节焦深；轴向移动位移台，实现角膜三维成像。2.根据权利要求1所述的高分辨率快速成像的角膜共聚焦显微镜系统，其特征在于，所述第一透镜为柱透镜，柱面为光束入射面，柱轴方向与狭缝方向、扫描镜转轴方向平行。3.根据权利要求1所述的高分辨率快速成像的角膜共聚焦显微镜系统，其特征在于，所述狭缝位于第一透镜后焦面上，位于第二透镜前焦面上。4.根据权利要求1所述的高分辨率快速成像的角膜共聚焦显微镜系统，其特征在于，所述扫描镜使显微物镜焦面上的线状光束于角膜内部在一维方向上扫描；所述扫描镜与显微物镜的入瞳光学共轭。5.根据权利要求1所述的高分辨...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝翔，张希悦，涂世杰，姚玉峰，许叶圣，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：