[发明专利]共路干涉自适应光学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，尤其是涉及一种共路干涉自适应光学OCT视网膜成像仪。

背景技术

视网膜为复杂的分层结构，在约300μm的厚度内，包含着从神经纤维层到色素上皮细胞层在内的约十层组织，各自具有不同的组织成分、结构形态和功能，对它们的分层观察有助于找到视觉形成和病变的主因。相对于常规和共焦显微镜，光学相干层析成像(Opticalcoherencetomography，OCT)技术的横向和纵向分辨率是相互独立的，分别由光束的聚集条件和光源的带宽决定，因此有可能同时获得高横向和高纵向分辨率。通过采用超宽带光源，OCT能达到细胞级的纵向分辨率。1993年美国MIT的Fujimoto组首次把OCT技术应用于人眼视网膜的在体成像研究(EASwanson,etal.Invivoretinalimagingbyopticalcoherencetomography.OptLett,1993,18(21):1864-1866)，获得了其它任何技术所不能提供的视网膜纵向分层结构图像。从此以后，视网膜OCT技术获得了迅猛发展，眼科诊断也成为OCT在临床应用方面最为成功的领域，并催生出众多的商用化眼科OCT仪器。

理论上采用大瞳孔光束入射可获得高横向分辨率，但由于眼睛这一特殊光学系统所具有的像差特性，增大瞳孔会使得波前像差增大，导致聚焦在视网膜上的光斑被严重展宽，反而极大地降低了分辨率，即使在单色光照明条件下也无法达到由瞳孔大小决定的理论分辨率。能保持衍射受限聚焦状态的最大瞳孔直径约为2.5mm，在常用的850nm波段只能获得约7μm的理论横向分辨率；要达到3μm左右的细胞级分辨水平，瞳孔需扩大至约6mm，而此时的实际光斑已呈弥散状，完全丧失了分辨能力。

自适应光学(Adaptiveoptics，AO)技术是一种波前像差的动态矫正技术，最初在天文学领域提出并获得应用，1997年被美国Rochester大学的Williams组引入到眼科领域(JLiang,etal.Supernormalvisionandhighresolutionretinalimagingthroughadaptiveoptics.JOptSocAmA,1997,14:2884-2892)，利用AO技术校正大瞳孔成像时存在的人眼像差，首次得到了视网膜的单细胞图像。此后，AO像差校正技术成为了视网膜高分辨率成像不可或缺的技术手段。

为了获得同时具有高横向和高纵向分辨率的视网膜图像，2003年美国Indiana大学的Miller等人首次把AO技术和OCT技术相结合(DTMiller,etal.Coherencegatingandadaptiveopticsintheeye.ProcSPIE,2003,4956:65-72)，形成了视网膜AO-OCT技术。AO-OCT技术已成为活体人眼视网膜高分辨率实时成像的有力工具，但现有AO-OCT系统均采用了非共路干涉结构，导致以下问题：

1)作为OCT成像系统样品臂的AO系统，包括波前传感器、波前矫正器、横向二维扫描机构、以及用于匹配它们通光口径的缩扩束系统等，使得AO系统在自由空间中的光路非常长，极易受到空气扰动等环境因素的干扰。此外，AO动态波前矫正使光束发生改变，本身也是一种不稳定源，因此很难获得稳定的成像结果。再加上OCT成像系统的参考臂光路，其光程需与AO系统光程相匹配，使得整套AO-OCT系统的外形尺寸非常庞大，已报道的AO-OCT实验系统通常需占据一张1.2x2.4m²的光学平台，过大的外形尺寸阻碍了其走向临床实用。

2)需进行复杂的偏振态调节和色散平衡，否则系统的分辨率会急剧下降。虽然反射式AO系统不存在色散问题，但光路中仍会存在着透射光学元件，由其引起的色散需在参考臂中加以补偿。此外，人眼引起的色散通常需用一长约24mm的水柱来加以补偿。

3)由于需要一套单独的参考臂系统、以及偏振态控制器等，这增加了AO-OCT系统的成本，过高的仪器成本也是阻碍其走向实用化的障碍之一。

共路干涉结构能克服上述问题。但迄今为止，还未见任何采用共路干涉结构的AO-OCT系统的报道，更未见其在眼科领域的应用。

发明内容