用于光学相干断层扫描的扫描图案和信号处理制造技术

一种用于测量视网膜的OCT系统，作为眼睛健康监测和诊断系统的一部分。OCT系统包括：OCT干涉仪，其中干涉仪包括光源或测量光束和用于在患者眼睛的视网膜上移动光束的扫描仪；以及被配置为执行指令以使扫描仪以扫描图案在视网膜上移动测量光束的处理器。扫描图案是包括多个波瓣的连续图案。可以通过反射镜的运动使测量光束在视网膜上移动，反射镜拦截测量光束并使测量光束重定向。可以通过将驱动信号施加到一个或更多个致动器来改变反射镜位置，致动器通过围绕一个或更多个轴线旋转反射镜来响应于驱动信号。来响应于驱动信号。来响应于驱动信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于光学相干断层扫描的扫描图案和信号处理
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2021年2月11日提交的第17/248,870号美国专利申请和2020年8月13日提交的第16/947,728号美国专利申请(现为2021年3月30日发布的第10,959,613号美国专利)的优先权，这两者根据35U.S.C.
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119(e)要求2020年8月4日提交的标题为“Scan Pattern and Signal Processing for Optical Coherence Tomography”的美国临时专利申请号62/706,193的权益，其公开内容通过引用以其整体并入本文。
[0003]本申请的主题涉及美国临时专利申请号62/953,827，该申请于2019年12月26日提交，标题为“Optical Coherence Tomography Patient Alignment System for Home Based Ophthalmic Applications”，其全部公开内容通过引用并入本文。
[0004]背景
[0005]眼睛对视力至关重要，人们需要看东西。眼睛有角膜和晶状体，它们折射光线并在视网膜上形成图像。视网膜响应于其上形成的图像而产生电信号，并且这些电信号经由视神经传输到大脑。视网膜的视网膜中央凹(fovea)和黄斑相对于视网膜的其他区域具有增加的视锥密度(density of cones)，并提供清晰、锐利的视觉。不幸的是，即使眼睛的其他部分是健康的，如角膜和晶状体，视网膜疾病也会对视力产生不利影响。
[0006]视网膜厚度可用于诊断和监测视网膜的健康状况。许多被诊断患有视网膜血管疾病和其他疾病或病症的患者具有升高的视网膜厚度，并服用或接受药物治疗。黄斑水肿是视网膜厚度升高的一个例子，通常与糖尿病等其他疾病有关。黄斑水肿也可能与其他疾病有关，例如年龄相关性黄斑变性、葡萄膜炎、视网膜脉管系统阻塞和青光眼。快速知道药物是否起作用或需要重新给药将是有帮助的，以便可以相应地修改治疗，并保留视力。这样做的一种方法是定期测量患者视网膜的厚度。一种用于测量视网膜厚度的技术是光学相干断层扫描(OCT)。
[0007]不幸的是，许多现有的OCT系统过于复杂和昂贵，并且不太适合于定期例如每周或每天监测视网膜厚度。眼部护理的先前标准包括拜访测量视网膜厚度的医疗保健提供者，但是这种拜访需要安排和预约，并且可能变得昂贵，特别是如果每周或每天进行的话。许多先前的OCT系统不太适合家庭监测或移动医疗保健。这种现有系统的重量通常超过一个人可以容易携带的重量，并且不太适合与患者一起旅行。此外，现有的OCT系统比理想情况下更复杂，且不太适合日常使用和发生跌落等危险。OCT系统的现有成本可能超过典型患者的承受能力。此外，使用现有的OCT系统可能需要训练有素的操作员。由于上述原因，视网膜厚度的家庭监测还没有被采用作为现有的护理标准，并且在许多情况下，患有视网膜疾病的患者的护理可能不太理想。
[0008]鉴于上述内容，改进OCT系统和方法来测量视网膜厚度将是有益的。理想情况下，这种系统应该是紧凑的、手持的、提供家庭监测、允许患者测量自己，并且足够坚固以供患者操作。此外，希望家用OCT系统能够生成图像和数据，医生可以使用这些图像和数据来基于改变OCT的操作和由设备收集的数据来帮助诊断各种眼睛疾病或其他状况。这将增加家用OCT系统的效用和价值。
[0009]概述
[0010]本文公开的光学相干断层扫描(OCT)系统和方法允许在家中和移动地监测视网膜厚度。尽管具体提到了测量视网膜厚度，但本文公开的OCT系统和方法将在许多领域中找到应用，例如显微术、计量学、航空航天、天文学、电信、医学、药学、皮肤病学、牙科和心脏病学。
[0011]在一些实施例中，OCT系统可以使用用于测量光束的特定扫描图案来操作，以使得能够收集数据并提供对眼睛的某些区域的更精确的测量。扫描图案可由响应于驱动信号移动作为OCT系统的一部分的反射镜而产生。反射镜拦截由光源产生的测量光束，并引导该光束遵循随反射镜的运动而变化的轨迹，从而形成预定义的扫描图案。在一些实施例中，从使用扫描图案收集的数据可以被内插、外推或以其他方式处理，以获得将从使用不同扫描图案获得的数据。这可以帮助医生更好地了解眼睛不同区域的状况，或者比较用不同扫描图案进行的扫描，作为监测患者眼睛健康的一部分。
[0012]在一些实施例中，OCT系统包括干涉仪、位置传感器、三轴平移台和处理器，该处理器配置有使用特定扫描图案扫描眼睛的指令，其中扫描图案包括连续轨迹并包括多个波瓣(lobe)。由光源产生的测量光束可以在轨迹的某些部分期间被开启以产生测量数据，并且在轨迹的其他部分期间被关闭。因此，当测量光束在期望的扫描图案轨迹上跟踪时，测量数据在沿着轨迹的一些点处被收集，而在其他点处不被收集。在一些实施例中，测量数据可以在沿着轨迹的第一部分的更多数量的点处收集，并且在沿着轨迹的第二部分的更少(或没有)点处收集。在一些实施例中，指令可以导致OCT系统响应于眼睛的测量位置移动干涉仪的至少一部分以与眼睛对准，这可以促进眼睛的对准。在一些实施例中，OCT系统包括耦合到透镜的固视目标，用于患者通过透镜观察固视目标，其中透镜包括OCT干涉仪的光学元件，并且还发射OCT测量光束。在一些实施例中，处理器配置有改变透镜和固视目标之间的距离的指令，以便补偿眼睛的屈光误差。在一些实施例中，处理器被配置有指令来移动三轴平移台，以响应于用位置传感器测量的眼睛的横向位置而将透镜横向对准眼睛，并响应于位置传感器将透镜定位在距离角膜的目标顶点距离处。
[0013]在一些实施例中，处理器配置有指令，以利用三轴平移台移动固视目标和透镜，并相对于固视目标移动透镜，以改变相对固视，从而获得不同视网膜位置上的测量值，以补偿屈光误差并保持透镜和角膜之间的顶点距离。在一些实施例中，固视目标向眼睛移动以校正近视，同时通过向固视目标移动透镜来保持顶点距离。在一些实施例中，三轴平移台用三个致动器移动，透镜用第四致动器移动以保持顶点距离。
[0014]在一些实施例中，处理器配置有指令，以将固视目标和透镜平移到对应于多个屈光误差的多个位置，并测量在多个位置中的每一个位置处从眼睛反射的光束的发光强度。处理器可以响应于多个位置中的每一个位置的发光强度，确定透镜和固视目标之间的距离，该距离对应于屈光误差的校正。在一些实施例中，发光强度包括，在测量臂和参考臂之间没有干涉的情况下，在检测器处测量的OCT光束的峰值发光强度。在一些实施例中，OCT干涉仪的测量臂和参考臂之间的光程差(OPD)用第五致动器来调节。可替代地，OCT测量光束可以包括足够的相干长度和采样频率，以在透镜和固视目标已经被定位用于OCT测量且平移台和透镜的适当移动时执行OCT测量而不调节OPD。
[0015]在一些实施例中，用于测量眼睛视网膜的OCT系统包括具有OCT测量光束的干涉
仪、被配置成相对于光束移动到多个位置的视觉固视目标、以及用于测量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于测量眼睛的视网膜的光学相干断层扫描(OCT)系统，包括：OCT干涉仪，其包括用于产生测量光束的光源、用于以扫描图案在所述视网膜上移动所述测量光束的扫描仪、多个光学元件和检测器；以及处理器，其能够操作地耦合到所述扫描仪，并被配置为执行指令以使所述扫描仪以所述扫描图案在所述视网膜上移动所述测量光束，其中所述扫描图案包括多个波瓣。2.根据权利要求1所述的OCT系统，其中，所述扫描图案由连续移动的测量光束的轨迹限定。3.根据权利要求1所述的OCT系统，其中，所述扫描图案包括基本连续的图案，并且当所述扫描仪移动所述测量光束时，所述测量光束被开启和关闭。4.根据权利要求1所述的OCT系统，其中，所述扫描图案包括正弦曲线。5.根据权利要求3所述的OCT系统，其中，所述扫描图案包括玫瑰线。6.根据权利要求3所述的OCT系统，其中，所述扫描图案包括对应于径向扫描的波瓣。7.根据权利要求1所述的OCT系统，其中，所述多个波瓣中的每一个限定位于所述测量光束的扫描路径内的未扫描内部区域。8.根据权利要求1所述的OCT系统，其中，所述扫描仪包括围绕第一轴线和围绕第二轴线枢转以沿着所述扫描图案移动所述测量光束的反射镜。9.根据权利要求6所述的OCT系统，其中，所述多个波瓣中的每一个包括远离所述第一轴线和所述第二轴线定向的尖端。10.根据权利要求1所述的OCT系统，其中，所述扫描图案包括四(4)个和二十四(24)个波瓣之间的波瓣。11.根据权利要求1所述的OCT系统，其中，所述处理器配置有指令以生成所述视网膜的多个A扫描，其中每个A扫描包括所述扫描仪沿着扫描图案的所述多个波瓣中的每一个移动所述测量光束，并且其中所述A扫描的采样率在从10kHz到50kHz的范围内，并且可选地在从15kHz到25kHz的范围内。12.根据权利要求1所述的OCT系统，其中，指令集还包括在两(2)次和二十(20)次之间重复所述扫描图案以收集测量数据的指令。13.根据权利要求1所述的OCT系统，还包括使所述处理器处理测量数据以对所述测量光束在所述视网膜上移动时获得的数据执行内插的指令。14.根据权利要求11所述的OCT系统，其中，所述内插产生对应于扫描图案的一组测量数据，所述扫描图案包括从所述扫描图案的中心径向延伸的多条基本直的线。15.根据权利要求12所述的OCT系统，其中，所述内插产生对应于扫描图案的一组测量数据，所述扫描图案包括从所述扫描图案的中心径向延伸的直线以及在所述多个波瓣的每个波瓣内居中的线。16.根据权利要求13所述的OCT系统，还包括对应于扫描图案的测量数据，所述扫描图案包括从所述扫描图案的中心径向延伸的直线以及在所述多个波瓣的每个波瓣之间居中的线。17.根据权利要求1所述的OCT系统，其中，用于单次扫描的所述扫描图案的测量光束路径延伸从10mm到100mm的范围内的距离，并且可选地延伸从12mm到60mm的范围内的距离。18.根据权利要求10所述的OCT系统，其中，所述扫描图案重复多次的总测量光束路径
延伸从100mm至1000mm的范围内的总距离，并且可选地延伸从120mm至600mm的范围内的总距离。19.根据权利要求10所述的OCT系统，其中，所述扫描图案重复多次的总时间在1至3秒的范围内，并且可选地在1.5秒至2.5秒的范围内。20.根据权利要求6所述的OCT系统，其中，所述扫描仪包括一个或更多个致动器，用于改变所述反射镜的位置以在所述视网膜上移动所述测量光束。21.根据权利要求1所述的OCT系统，其中，在扫描期间沿所述轨迹移动的所述测量光束的速度在10mm/s至400mm/s的范围内，并且可选地在15mm/s至300mm/s的范围内。22.根据权利要求18所述的OCT系统，其中，所述反射镜的位置通过施加静电力而改变。23.根据权利要求20所述的OCT系统，其中，所述静电力通过多个微机电系统(MEMS)元件施加到所述反射镜。24.根据权利要求21所述的OCT系统，其中，所述微机电系统(MEMS)元件包括多个电容器。25.根据权利要求18所述的OCT系统，其中，所述反射镜的位置通过施加电磁力而改变。26.根据权利要求23所述的OCT系统，其中，所述反射镜的位置由电流计、静电换能器或压电换能器中的一个或更多个改变。27.根据权利要求1所述的OCT系统，其中，所述光源包括被配置以改变发射波长的扫频光源。28.根据权利要求25所述的OCT系统，其中，所述扫频光源包括垂直腔面发射激光器(VCSEL)。29.根据权利要求25所述的OCT系统，其中，所述发射波长响应于加热、折射率的改变或激光增益介质长度的增加中的一项或更多项而变化。30.根据权利要求26所述的OCT系统，其中，所述VCSEL包括在腔的反射镜之间具有基本固定的距离的激光腔。31.根据权利要求25所述的OCT系统，其中，所述发射波长变化的量在5nm至20nm的范围内，并且可选地在6nm至10nm的范围内。32.根据权利要求2所述的OCT系统，其中，每次所述测量光束被开启时，测量数据的样本被产生并被所述检测器检测。33.根据权利要求30所述的OCT系统，其中，所生成的测量数据的样本的数量沿着所述扫描图案的所述轨迹的不同部分变化。34.根据权利要求31所述的OCT系统，其中，所生成的测量数据的样本的数量沿着所述轨迹的一部分在所述多个波瓣的每个波瓣的尖端处增加，其中每个波瓣的尖端是所述波瓣的与所述扫描图案的中心相对的区域。35.根据权利要求31所述的OCT系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：辽，
申请(专利权)人：奥克塞拉有限公司，
类型：发明
国别省市：