[发明专利]采用相干门波前传感器的自适应光学OCT视网膜成像仪

说明书

技术领域

本发明涉及活体人眼视网膜的高分辨率成像仪器，尤其是涉及一种采用相干门波前传感技术的三维高分辨率自适应光学OCT视网膜成像仪器。

背景技术

自适应光学（AO）技术的引入，使得由光学相干层析成像（OCT）、扫描激光检眼镜等技术获得的眼底视网膜图像的质量获得了极大的提高。AO技术由波前传感器（WFS）、波前矫正器、和控制器这几个组成部分。常见的波前传感器有激光光线追迹、夏克-哈特曼（SH）、和金字塔等类型，它们都只能探测波前像差的横向分布，而不能提供沿深度分解的像差信息。其中使用最为广泛的是夏克-哈特曼波前传感器（SH-WFS），它由微透镜阵列和CCD或CMOS二维探测器构成，光线被微透镜阵列的各微透镜分割成空间上相互分离的子光束，再各自被微透镜聚焦在二维探测器阵列上。每一微透镜只截取入射光束波面的很小部分，它相对于理想波面的倾斜会导致聚焦光斑的质心偏离中心位置。然而，上述传统的SH-WFS存在以下局限性：

1）对波前像差沿深度方向的变化不敏感。由于每一微透镜探测通道的数值孔径较小，也即具有较大的焦深范围，使得SH-WFS对测量对象在深度方向的位置不敏感，而这里正是有用信号产生的地方。SH-WFS接收到的光斑相对理想波面光斑的偏离，是由每一微透镜探测通道所形成的共焦焦深范围内所有像差总和的结果。在高分辨显微成像时，浅层组织会使波面严重变形，从而影响到对更深层组织的观察，因此深度分解波前像差的测量、也即如何消除浅层组织的影响而只测量待观察的更深层组织的像差，显得尤为重要。

2）对杂散光敏感。由于每一微透镜探测通道的数值孔径较小，光学器件界面处产生的反射杂散光不能被滤除，通常采用在界面处使用空间滤波的方法来加以解决。但在人眼成像时，空间滤波仍不能完全滤除来自角膜和晶状体的反射。为了减少角膜反射杂散光，以下方法被提了出来：（a）界面处的透镜和反射镜离轴布置；（b）使用偏振分光器件来消除镜面反射；（c）采用离轴照明，使从视网膜返回的光束沿着与角膜和晶状体后向反射光束不同的路径传输。但这些方法均存在着各自的缺点：（a）导致更严重的像差；（b）导致信号损失和依赖于样品的偏振特性；（c）要求成像光路和波前探测光路分开，需要用到两个光源。可见，光路上数目众多的界面反射杂散光，会在SH-WFS的探测器上形成很强的信号，即使没使探测器饱和，由它们产生的光斑也会在波前像差计算时和真正有用的光斑相混淆，但目前还没有办法能把二者区别开来。

在采用AO技术的视网膜成像系统中，反射杂散光的问题可利用单光程波前矫正来解决，即只对从眼睛返回的光束进行波前矫正，而入射光束在各界面产生的反射光不进入WFS。此时，如果成像系统和波前探测使用同一光源，那么成像和像差测量操作就不能同时进行，也即不能在成像时对像差进行动态矫正，通常可采用二向色镜和不同的波长来实现波前动态矫正。双光程波前矫正能解决上述矛盾，当成像系统和波前探测使用同一光束时，入射光束和从样品返回光束的波前像差均被采集和矫正，可使成像和波前探测操作同时进行。但为了避免光学界面处产生的反射杂散光，需在横向扫描机构与样品之间使用曲面反射镜，但这会增大仪器的外观尺寸和成本，且角膜反射问题仍然存在。

相干门波前传感（Coherence-gated wavefront sensing）技术采用干涉原理来测量波前像差，只有样品中与参考臂光程接近相等的那一层的像差才被采集和矫正，而样品中的其它层、以及光路上所有器件的界面反射光信号，均被滤除，因此它非常适合于高分辨率成像时波前像差的动态矫正。

OCT是一种干涉成像技术，可无缝地和相干门波前传感技术结合在一起，实现在同一套系统上同时进行波前探测和成像操作，它们可使用相同的光源、样品臂扫描机构、和参考臂等。AO-OCT技术已是活体人眼视网膜高分辨率实时成像的有力工具，但现有的AO-OCT系统均采用传统的波前探测技术来获取像差。目前还未见采用相干门波前传感技术的AO-OCT视网膜成像技术的相关报道。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供采用相干门波前传感器的自适应光学OCT视网膜成像仪，采用相干门波前传感技术来采集和矫正视网膜中被成像层的波前像差、而滤除其它所有的波前像差，以获取接近衍射极限的高横向分辨率；并采用傅里叶域OCT技术，具体包括谱域OCT和扫频OCT，来进行视网膜的高分辨率纵向层析成像。本发明具有波前探测对杂散光不敏感、能增强波前探测信号强度，以及减少仪器外观尺寸等优点。