專利名稱：一種用弱相干技術(shù)測量眼球參數(shù)的系統(tǒng)及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于眼科領(lǐng)域，涉及光學(xué)儀器在眼科的測量技術(shù)，具體涉及一種用弱相干技術(shù)測量眼球參數(shù)的系統(tǒng)及測量方法。
背景技術(shù)：
隨著眼科新診療技術(shù)的發(fā)展，如白內(nèi)障摘除聯(lián)合眼內(nèi)人工晶狀體植入手術(shù)、屈旋光性角膜手術(shù)的開展，眼球的生物測量技術(shù)亦越來越受到廣大臨床醫(yī)生的重視。眼球長度的生物測量(axial eye length measurement)就是應(yīng)用各種相關(guān)的檢查方法對眼球的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行測量，如角膜厚度、前房深度、晶狀體厚度、玻璃體腔長度以及眼球的軸長、眼外肌厚度、視神經(jīng)直徑、眶骨膜的厚度等進(jìn)行測量，為眼部疾病的診斷和治療提供依據(jù)。如何獲得眼球各個組成部分的準(zhǔn)確參數(shù)一直是人們研究的方向，任何微小 的誤差可以使完美的手術(shù)得不到理想的效果。目前常用的眼球長度的生物測量儀為超聲波測量，如A超，其原理是發(fā)射超聲波經(jīng)過人眼在各個組織的交界面發(fā)生反射，利用回波脈沖的幅度來確定各個組織的位置信
肩、O上述傳統(tǒng)的超聲A超測量存在測量時序接觸角膜(交叉感染)、對齊不確定(受操作者手法影響)、壓迫前房、對特異眼(高度近視、后鞏膜葡萄腫和眼球后壁變形)精度不高等問題。近年來出現(xiàn)了將OCT技術(shù)應(yīng)用于眼軸生物參數(shù)測量的儀器，大致分為兩類一類采用部分相干干涉技術(shù)(Partial Coherence Interferometer, PCI)，另一類采用弱相干反射計量技術(shù)(Low Coherence Ref lectometry, LCR)。采用PCI技術(shù)的儀器,眼軸長度使用光學(xué)干涉技術(shù)測量，前房深度(ACD)通過裂隙燈測量，角膜曲率使用集成于儀器中的傳統(tǒng)幾何光學(xué)方法測量；采用LCR技術(shù)的儀器，眼球生物參數(shù)可以通過一次掃描測量，通過光學(xué)弱相干反射計量技術(shù)原理測量角膜前后表面、晶體前后表面和視網(wǎng)膜前后表面的干涉峰位置，從而得出眼軸以及前房、晶體和玻璃體的厚度。和傳統(tǒng)的超聲A超相比，采用光學(xué)干涉技術(shù)的儀器具有非接觸測量、測量精度高(10um，超聲100um)、自動對準(zhǔn)等優(yōu)勢。但采用PCI技術(shù)的儀器一次測量的參數(shù)偏少，即使通過其他手段測量眼球的參數(shù)，晶體和玻璃體的厚度也無法測量；采用LCR技術(shù)的儀器，眼球的生物參數(shù)可以一次測量，但信號信噪比低，需要多次測量疊加后提高信噪比，影響了測量速度。通過國內(nèi)文獻(xiàn)檢索，發(fā)現(xiàn)兩篇與本專利申請相關(guān)的公開專利文獻(xiàn)I、一種基于傾斜拋物型母線螺旋面反射鏡的周期掃描光學(xué)延遲線(CN101430422)，該種基于傾斜拋物型母線螺旋面反射鏡的周期掃描光學(xué)延遲線包括傾斜拋物型母線螺旋面反射鏡、背向反射鏡、驅(qū)動電機(jī)。傾斜拋物型母線螺旋面反射鏡包括凸面型傾斜拋物型母線螺旋面反射鏡和凹面形傾斜拋物型母線螺旋面反射鏡，背向反射鏡用于控制光束被傾斜拋物型母線螺旋面反射鏡的周期掃描光學(xué)延遲線原路反射。2、一種聯(lián)動式光學(xué)延遲線系統(tǒng)(CN101706597A)，它包括光纖準(zhǔn)直器、二次反射鏡、光柵、聚焦裝置和光學(xué)振鏡，其特征在于所述二次反射鏡固定連接在所述光纖準(zhǔn)直器的調(diào)整架上，所述二次反射鏡與所述光纖準(zhǔn)直器形成聯(lián)動式結(jié)構(gòu)，且所述光纖準(zhǔn)直器的出光方向與所述二次反射鏡的鏡面垂直；所述光柵的法線方向與所述光纖準(zhǔn)直器的出光方向之間的夾角為所述光柵的一級衍射角；所述光柵和振鏡分別位于所述聚焦裝置的焦點(diǎn)處。通過技術(shù)對比，上述兩篇公開專利文獻(xiàn)與本專利申請有著本質(zhì)的不同
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用弱相干技術(shù)測量眼球參數(shù)的系統(tǒng)及測量方法，該方法信噪比高，測量快速準(zhǔn)確，對焦精度高。本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種用弱相干技術(shù)測量眼球參數(shù)的系統(tǒng)，包括標(biāo)尺光源、光電傳感器、標(biāo)尺光源樣品臂、標(biāo)尺光源參考臂、信號光源、光電探測器、信號光源參考臂、信號光源零點(diǎn)臂、信號光源樣品臂、照明板成像光路、信號調(diào)理單元及數(shù)據(jù)處理單元，所述標(biāo)尺光源及光電傳感器通過光纖耦合器分成標(biāo)尺光源樣品臂及標(biāo)尺光源參考臂，標(biāo)尺光源參考臂設(shè)置有波分復(fù)用器及光學(xué)延遲線；所述信號光源及光電探測器通過光纖耦合器分成信號光源參考臂、信號光源零點(diǎn)臂及信號光源樣品臂，光電傳感器及光電探測器均與信號調(diào)理單元連接，信號調(diào)理單元與數(shù)據(jù)處理單元連接，本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)是所述信號光源參考臂與標(biāo)尺光源參考臂的波分復(fù)用器相連接，信號光源光信號與標(biāo)尺光源光信號共用波分復(fù)用器之后的光學(xué)延遲線，由此構(gòu)成信號光源的內(nèi)源性標(biāo)尺。而且，所述光學(xué)延遲線包括轉(zhuǎn)盤、驅(qū)動電機(jī)、平置中空直角棱鏡、垂置中空直角棱鏡、反射鏡及聚焦透鏡，在轉(zhuǎn)盤的中軸部位下部安裝有驅(qū)動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的驅(qū)動電機(jī)，在轉(zhuǎn)盤上平面的外緣徑向均布安裝有多個平置中空直角棱鏡，在相鄰的中空直角棱鏡之間固裝垂置中空直角棱鏡，在轉(zhuǎn)盤邊緣側(cè)邊設(shè)置有垂直于光路的反射鏡，在該反射鏡與平置中空直角棱鏡之間的光路上設(shè)置有一聚焦透鏡。而且，所述信號光源樣品臂的信號光源對應(yīng)于采集被測試眼角膜的照明板，在照明板前端的信號光源樣品臂上設(shè)置有液體透鏡、所述液體透鏡與提供其工作控制電壓的數(shù)據(jù)處理單元連接。而且，所述照明板與標(biāo)尺光源、光電傳感器、標(biāo)尺光源樣品臂、標(biāo)尺光源參考臂、信號光源、光電探測器、信號光源參考臂、信號光源零點(diǎn)臂、信號光源樣品臂及照明板成像光路位置相對固定，標(biāo)尺光源樣品臂、標(biāo)尺光源參考臂、信號光源參考臂、信號光源零點(diǎn)臂及信號光源樣品臂形成干涉波的光程與照明板成像光路清晰成像的距離條件同時滿足。一種利用如權(quán)利要求I所述系統(tǒng)測量眼球參數(shù)的方法，測量步驟如下(I)啟動系統(tǒng)點(diǎn)亮標(biāo)尺光源、信號光源、照明板，閉合系統(tǒng)內(nèi)各裝置電源開關(guān)；(2)照明板光源成像照明板光源通過眼角膜的反射經(jīng)照明板成像光路成像后在數(shù)據(jù)處理單元上顯示圖像；(3)動態(tài)獲取干涉波調(diào)整照明板與眼角膜的距離使數(shù)據(jù)處理單元上顯示的成像清晰，調(diào)節(jié)標(biāo)尺光源樣品臂、標(biāo)尺光源參考臂、信號光源參考臂、信號光源零點(diǎn)臂、通過電壓變化調(diào)節(jié)信號光源樣品臂的液體透鏡焦距，在數(shù)據(jù)處理單元上顯示標(biāo)尺光源及信號光源光信號的各如下干涉信號波形
①標(biāo)尺光源的光信號通過標(biāo)尺光源樣品臂與標(biāo)尺光源參考臂后形成干涉并在數(shù)據(jù)處理單元上顯示；②信號光源的光信號通過信號光源樣品臂與信號光源參考臂后形成干涉并在數(shù)據(jù)處理單元上顯示；③信號光源的光信號通過信號光源零點(diǎn)臂與信號光源參考臂后形成干涉并在數(shù)據(jù)處理單元上顯示；(4)精確獲取照明板與眼角膜的距離前后移動照明板與眼角膜的距離，同時也在調(diào)節(jié)信號光源到角膜的光程，利用上述步驟(3)中③的零點(diǎn)臂干涉峰及步驟(3)中②的眼角膜干涉峰精確確定照明板與眼角膜的距離，當(dāng)零點(diǎn)臂干涉峰與眼角膜干涉峰的距離為設(shè)計距離時，固定這一距離；(5)測量眼角膜曲率以及眼角膜橫徑和瞳孔直徑精確獲取照明板與眼角膜的距 離后利用照明板光源成像由數(shù)據(jù)處理單元計算出眼角膜曲率、眼角膜橫徑和瞳孔直徑；(6)倍頻獲取利用上述步驟(3)中①、③的兩種干涉波形獲取兩種干涉波的多普勒頻偏，再通過兩種干涉波的多普勒頻偏計算出兩種干涉波的倍頻因子；(7)解調(diào)信號光源參考臂與樣品臂的干涉信號利用上述步驟(6)的倍頻因子將標(biāo)尺光源的頻率變到信號光源的載波頻率上并生成兩路正交信號，利用兩路正交信號解調(diào)信號光源參考臂與樣品臂的干涉信號為眼各組織結(jié)構(gòu)對應(yīng)的反射包絡(luò)信號；(8) 二次采樣利用標(biāo)尺光源的干涉波峰將步驟(7)的反射包絡(luò)信號轉(zhuǎn)化成位置信息；(9)計算利用標(biāo)尺光源的干涉波峰作為內(nèi)源性位置標(biāo)尺，利用標(biāo)尺光源的干涉波形的個數(shù)去測量解調(diào)后的包絡(luò)波形，計算出人眼各組織結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是I、本發(fā)明將光學(xué)延遲線集成內(nèi)源性高精度標(biāo)尺，不需要對光學(xué)延遲線的延遲量和轉(zhuǎn)動角度進(jìn)行標(biāo)定，而且測量精度不受轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動勻速性的影響。2、本發(fā)明的光學(xué)延遲線通過平置中空直角棱鏡以及直立中空直角棱鏡，消除了延遲線運(yùn)動弓I起的光束移動，從而可以添加透鏡對光束進(jìn)行聚焦，以提高信噪比。3、本發(fā)明由于采用了獨(dú)特的帶標(biāo)尺光學(xué)延遲線，而且標(biāo)尺光源樣品臂、標(biāo)尺光源參考臂、信號光源參考臂、信號光源零點(diǎn)臂及信號光源樣品臂形成干涉波的光程與照明板成像光路清晰成像的距離條件同時滿足，所以可以一次高精度測出眼球的全部生物參數(shù)，包括角膜厚度、前房深度、晶體厚度、玻璃體厚度、眼軸長度、角膜曲率，以及角膜橫徑和瞳孔直徑。4、本發(fā)明由于采用了獨(dú)特的光延遲線、平置以及直立中空棱鏡后光路中的聚焦透鏡、動態(tài)液體聚焦透鏡及動態(tài)解調(diào)等方法，信噪比高，不需要采用多次疊加的方法提高信噪t匕，測量快速準(zhǔn)確。5、本發(fā)明在測量晶體前后表面時由于采用了隨電壓值變化焦距的液體透鏡液，大大提高了對眼部各層組織對焦測距時的信噪比。


圖I是本發(fā)明系統(tǒng)的連接結(jié)構(gòu)圖2是本發(fā)明光學(xué)延遲線結(jié)構(gòu)放大圖；圖3是本發(fā)明液體透鏡隨電壓變化的結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明計算倍頻所用的兩種干涉波形圖，其中(a)是標(biāo)尺光源參考臂與樣品臂的干涉波形圖，(b)是信號光源零點(diǎn)臂與參考臂的干涉波形圖；圖5是本發(fā)明零點(diǎn)干涉峰與角膜干涉峰的波形圖；圖6是本發(fā)明中人眼各層組織的干涉波峰圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例做進(jìn)一步詳述，需要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明所述的實施 例是說明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明并不限于具體實施方式
中所述的實施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出的其他實施方式，同樣屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。一種用弱相干技術(shù)測量眼球參數(shù)的系統(tǒng)，如圖I所示，包括標(biāo)尺光源I、光電傳感器2、標(biāo)尺光源樣品臂、標(biāo)尺光源參考臂、信號光源25、光電探測器26、信號光源參考臂、信號光源零點(diǎn)臂、信號光源樣品臂、照明板成像光路、信號調(diào)理單元24及數(shù)據(jù)處理單元22，所述標(biāo)尺光源及光電傳感器通過光纖耦合器H1分成標(biāo)尺光源樣品臂及標(biāo)尺光源參考臂，標(biāo)尺光源參考臂設(shè)置有波分復(fù)用器9及光學(xué)延遲線11 ;所述信號光源及光電探測器通過光纖耦合器H223分成信號光源參考臂、信號光源零點(diǎn)臂及信號光源樣品臂，光電傳感器及光電探測器均與信號調(diào)理單元連接，信號調(diào)理單元與數(shù)據(jù)處理單元連接，本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)是所述信號光源參考臂與標(biāo)尺光源參考臂的波分復(fù)用器相連接，信號光源光信號與標(biāo)尺光源光信號共用波分復(fù)用器之后的光學(xué)延遲線，由此構(gòu)成信號光源的內(nèi)源性標(biāo)尺。如圖2所示，所述光學(xué)延遲線包括轉(zhuǎn)盤27、驅(qū)動電機(jī)28、平置中空直角棱鏡29、垂置中空直角棱鏡30、反射鏡31及聚焦透鏡32，在轉(zhuǎn)盤的中軸部位下部安裝有驅(qū)動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的驅(qū)動電機(jī)，在轉(zhuǎn)盤上平面的外緣徑向均布安裝有多個平置中空直角棱鏡，在相鄰的中空直角棱鏡之間固裝垂置中空直角棱鏡，在轉(zhuǎn)盤邊緣側(cè)邊設(shè)置有垂直于光路的反射鏡，在該反射鏡與平置中空直角棱鏡之間的光路上設(shè)置有一聚焦透鏡。信號光進(jìn)入光學(xué)延遲線后射向平置中空直角棱鏡，平置中空直角棱鏡導(dǎo)向光信號180°后射出，射出的光信號照射到垂置中空直角棱鏡，垂置中空直角棱鏡導(dǎo)向光信號180°后射回平置中空直角棱鏡，平置中空直角棱鏡再導(dǎo)向光信號180°后射出，射出的光信號經(jīng)聚焦透鏡后照射到反射鏡F2,光信號經(jīng)反射鏡F2反射后沿原路返回。所述信號光源樣品臂的信號光源對應(yīng)于采集被測試眼角膜17的照明板18，在照明板前端的信號光源樣品臂上設(shè)置有液體透鏡15、如圖3所示，所述液體透鏡與提供其工作控制電壓的數(shù)據(jù)處理單元連接。所述信號光源參考臂為，如圖I所示，信號光源光通過纖耦合器H2、偏振控制器P34與標(biāo)尺光源參考臂的波分復(fù)用器連接，信號光源光信號進(jìn)入所述標(biāo)尺光源參考臂的波分復(fù)用器、準(zhǔn)直器Z2后共用同一光學(xué)延遲線。所述標(biāo)尺光源參考臂及標(biāo)尺光源樣品臂為，如圖I所示，所述標(biāo)尺光源及光電傳感器通過單模光纖分別連接光纖耦合器H1,該光纖耦合器分出兩路光信號，其中一路光信號對應(yīng)一平面反射鏡F1S,在該路光信號上設(shè)置有偏振控制器Pj及準(zhǔn)直器ZJ,光信號經(jīng)反射鏡F1反射后原路返回該光路為標(biāo)尺光源參考臂，另一路光信號對應(yīng)一平面反射鏡F2，在該路光信號上設(shè)置有偏振控制器P26、波分復(fù)用器及準(zhǔn)直器Z2IO,該準(zhǔn)直器Z2射出的光信號射向光學(xué)延遲線，并經(jīng)光學(xué)延遲線反射給平面反射鏡F2,光信號經(jīng)反射鏡F2反射后原路返回。所述信號光源零點(diǎn)臂及信號光源樣品臂為，如圖I所示，所述信號光源及光電探測器通過單模光纖分別連接光纖耦合器H2該光纖耦合器分出三路光信號，其中第一路為上述的信號光源參考臂，第二路光信號對應(yīng)一平面反射鏡F314，在該路光信號上設(shè)置有偏振控制器P412及準(zhǔn)直器&13，光信號經(jīng)反射鏡&反射后原路返回，該光路為信號光源零點(diǎn)臂；第三路光信號對應(yīng)被測試眼角膜，在該路光信號上依次設(shè)置有液體透鏡及分束鏡19，光信號經(jīng)眼組織各結(jié)構(gòu)反射后原路返回，該光路為信號光源樣品臂。所述照明板成像光路為，在信號光源樣品臂光路上，在分束鏡與眼角膜之間垂直于信號光源光線安置有一照明板，照明板上均勻安置LED照明板光源16，照明板光源光線經(jīng)過眼角膜的反射后，經(jīng)過分束鏡反射到成像透鏡20，再經(jīng)成像透鏡后在成像圖像傳感器21上成像，成像信號送至數(shù)據(jù)處理單元處理。所述照明板與標(biāo)尺光源、光電傳感器、標(biāo)尺光源樣品臂、標(biāo)尺光源參考臂、信號光源、光電探測器、信號光源參考臂、信號光源零點(diǎn)臂、信號光源樣品臂及照明板成像光路位置相對固定，標(biāo)尺光源樣品臂、標(biāo)尺光源參考臂、信號光源參考臂、信號光源零點(diǎn)臂及信號光源樣品臂形成干涉波的光程與照明板成像光路清晰成像的距離條件同時滿足。所述的液體透鏡通過數(shù)據(jù)處理單元改變施加在液體透鏡上的電壓大小，如圖3所 示，通過電壓改變調(diào)節(jié)液體表面的形狀，電壓變化范圍30v - 60v，透鏡表面的形狀可以從凹面連續(xù)變?yōu)橥姑?，光焦變化范圍?5D到13D，實現(xiàn)從角膜到眼底的連續(xù)聚焦。一種利用如權(quán)利要求I所述系統(tǒng)測量眼球參數(shù)的方法，測量步驟如下(I)啟動系統(tǒng)點(diǎn)亮標(biāo)尺光源、信號光源、照明板，閉合系統(tǒng)內(nèi)各裝置電源開關(guān)；(2)照明板光源成像照明板光源通過眼角膜的反射經(jīng)照明板成像光路成像后在數(shù)據(jù)處理單元上顯示圖像；(3)動態(tài)獲取干涉波調(diào)整照明板與眼角膜的距離使數(shù)據(jù)處理單元上顯示的成像清晰，調(diào)節(jié)標(biāo)尺光源樣品臂、標(biāo)尺光源參考臂、信號光源參考臂、信號光源零點(diǎn)臂、通過電壓變化調(diào)節(jié)信號光源樣品臂的液體透鏡焦距，在數(shù)據(jù)處理單元上顯示標(biāo)尺光源及信號光源光信號的各如下干涉信號波形①標(biāo)尺光源的光信號通過標(biāo)尺光源樣品臂與標(biāo)尺光源參考臂后形成干涉并在數(shù)據(jù)處理單元上顯示；②信號光源的光信號通過信號光源樣品臂與信號光源參考臂后形成干涉并在數(shù)據(jù)處理單元上顯示；③信號光源的光信號通過信號光源零點(diǎn)臂與信號光源參考臂后形成干涉并在數(shù)據(jù)處理單元上顯示；(4)精確獲取照明板與眼角膜的距離前后移動照明板與眼角膜的距離，同時也在調(diào)節(jié)信號光源到角膜的光程，利用上述步驟(3)中③的零點(diǎn)臂干涉峰及步驟(3)中②的眼角膜干涉峰精確確定照明板與眼角膜的距離，當(dāng)零點(diǎn)臂干涉峰與眼角膜干涉峰的距離為設(shè)計距離時，固定這一距離；
(5)測量眼角膜曲率以及眼角膜橫徑和瞳孔直徑精確獲取照明板與眼角膜的距離后利用照明板光源成像由數(shù)據(jù)處理單元計算出眼角膜曲率、眼角膜橫徑和瞳孔直徑；(6)倍頻獲取利用上述步驟(3)中①、③的兩種干涉波形獲取兩種干涉波的多普勒頻偏，再通過兩種干涉波的多普勒頻偏計算出兩種干涉波的倍頻因子；(7)解調(diào)信號光源參考臂與樣品臂的干涉信號利用上述步驟(6)的倍頻因子將標(biāo)尺光源的頻率變到信號光源的載波頻率上并生成兩路正交信號，利用兩路正交信號解調(diào)信號光源參考臂與樣品臂的干涉信號為眼各組織結(jié)構(gòu)對應(yīng)的反射包絡(luò)信號；(8) 二次采樣利用標(biāo)尺光源的干涉波峰將步驟(7)的反射包絡(luò)信號轉(zhuǎn)化成位置信息；
(9)計算利用標(biāo)尺光源的干涉波峰作為內(nèi)源性位置標(biāo)尺，利用標(biāo)尺光源的干涉 波形的個數(shù)去測量解調(diào)后的包絡(luò)波形，計算出人眼各組織結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。本發(fā)明的工作原理是所述標(biāo)尺光源樣品臂光信號與標(biāo)尺光源參考臂光信號在光電傳感器處發(fā)生干涉，所述信號光源參考臂光信號與信號光源樣品臂光信號在光電探測器處發(fā)生干涉，所述信號光源零點(diǎn)臂光信號與信號光源參考臂光信號在光電探測器上發(fā)生干涉，上述三種干涉光信號經(jīng)光電傳感器或光電探測器送至信號調(diào)理單元，信號調(diào)理單元對干涉光信號濾波放大處理后送至數(shù)據(jù)處理單元處理并顯示波形用于計算；由于標(biāo)尺光源樣品臂光信號與信號光源參考臂光信號為同一光路傳輸，共用同一光學(xué)延遲線，所以構(gòu)成了該系統(tǒng)的內(nèi)源性標(biāo)尺。實例如圖I所示，標(biāo)尺光源采用窄線光源，一個實例是選擇波長1310nm，帶寬IOMHz的DFB(Distributed Feed Back)激光器，其他符合要求(相干長度大于延遲線光程變化量)的窄線光源均可選擇，標(biāo)尺光源經(jīng)過單模光纖以及2 X 2光纖耦合器Hl分成兩路光纖，一路為標(biāo)尺光源源參考臂，光束經(jīng)過偏振控制器P1調(diào)整偏振態(tài)后進(jìn)入光學(xué)準(zhǔn)直器Z1,變?yōu)闇?zhǔn)直光后垂直射向平面反射鏡F1，經(jīng)平面反射鏡F1反射后原路返回，經(jīng)過2X2光纖耦合器H1后，進(jìn)入光電傳感器，信號調(diào)理單元對干涉光信號濾波放大處理后送至數(shù)據(jù)處理單元處理并顯示波形；另一路標(biāo)尺光源源樣品臂，光束經(jīng)過偏振控制器H1調(diào)整偏振態(tài)后進(jìn)入波分復(fù)用器。同時，信號光源的信號光，一個實例是波長830nm的SLED (Super luminescent LED)寬帶光源(中心波長830nm,半高帶寬2(T40nm),當(dāng)然也可以使用其他符合要求的寬帶光源，信號光光源通過3X3耦合器H2分為三路，一路為信號光參考臂，和上述的標(biāo)尺光源經(jīng)過波分復(fù)用器以及準(zhǔn)直器Z2后一起射向光學(xué)延遲線，光信號進(jìn)入光學(xué)延遲線后照射到按圓周均布平置安裝在轉(zhuǎn)盤上的平置中空直角棱鏡上，平置中空直角棱鏡導(dǎo)向光信號180°后射出，射出的光信號照射到按圓周均布垂直安裝在轉(zhuǎn)盤上的垂置中空直角棱鏡上，垂置中空直角棱鏡導(dǎo)向光信號180°后射回平置中空直角棱鏡，平置中空直角棱鏡射出的光信號經(jīng)聚焦透鏡后照射到反射鏡F2,光信號經(jīng)反射鏡F2反射后沿原路返回，并與標(biāo)尺光源樣品臂的光信號在光電傳感器處發(fā)生干涉；所述轉(zhuǎn)盤由同軸安裝在轉(zhuǎn)盤下方的電機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)。所述的平置中空直角棱鏡和垂置中空直角棱鏡都固定在轉(zhuǎn)盤上，隨轉(zhuǎn)盤一起朝一個方向轉(zhuǎn)動。這樣經(jīng)過垂置中空直角棱鏡反射后，光束平行反向射回到平置中空直角棱鏡，當(dāng)然此處并不限于中空直角棱鏡，其他類似的可實現(xiàn)此功能的光學(xué)器件都可以。根據(jù)光的反射以及中空直角棱鏡特性，雖然轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，但是射向聚焦透鏡的光束并不移動，經(jīng)過聚焦透鏡對光束的再次聚焦整形，可以提高延遲線的回光效率從而提升整個系統(tǒng)的信噪比。所述的標(biāo)尺光源為窄線光源與信號光寬帶光源使用同一個光學(xué)延遲線，兩光源的多普勒頻偏比嚴(yán)格等于兩光源中心波長的反比。標(biāo)尺光源的窄線光源的干涉波形信噪比固定，可以從標(biāo)尺光源參考臂與樣品臂(光學(xué)延遲線)的干涉波形準(zhǔn)確獲取多普勒頻偏，如圖4(a)所示。頻偏通過數(shù)據(jù)處理單元采集信號調(diào)理單元處理后的波形計算得出，信號光源零點(diǎn)臂與參考臂的干涉信號可以由調(diào)節(jié)平面反射鏡F2的前后距離得到，如圖4 (b)所示，信號光源的頻偏通過數(shù)據(jù)處理單元采集信號調(diào)理單元處理后的波形計算得出，從而可以得出兩路光源的倍頻因子。通過倍頻因子可準(zhǔn)確獲取信號光寬帶光源的載波，從而對信號光的干涉信號進(jìn)行正交解調(diào)解調(diào)。光學(xué)延遲線在旋轉(zhuǎn)過程中有大于10%的速度變化，由此帶來有超過10%的多普勒頻偏變化。如果直接對測量信號進(jìn)行幅值解調(diào)，所需要帶寬要大于使用變頻跟蹤的正交解調(diào)解調(diào)方案。比如830nm信號光源的多普勒頻偏中心值在2MHz，則頻偏范圍為I. 9MHz到2. 1MHz，而被調(diào)制信號的頻率小于40KHz，使用幅值解調(diào)方案低通濾波的帶寬不能小于250KHZ，否則會造成信噪比丟失。而使用變頻跟蹤的正交解調(diào)解調(diào)方案，解調(diào)后的低通濾波可小于40KHz，由于噪聲帶寬降低，信噪比能提高6 8dB。 所述的液體透鏡可通過施加電壓的大小調(diào)節(jié)液體表面的形狀，如圖3所示，電壓從30v施加到60v，透鏡表面的形狀可以從凹面連續(xù)變?yōu)橥姑?，光焦度能從變化?3D，可以實現(xiàn)從角膜到眼底的連續(xù)聚焦，對于晶體的前后表面，反射率較角膜的反射率低3到4倍，而且晶體前表面為凸面，信號光束被反射后更加發(fā)散，采用動態(tài)聚焦的液體透鏡，通過數(shù)據(jù)處理單元控制液體透鏡電壓可使信號光束聚焦到晶體前后表面，可顯著提高晶體前后表面的干涉信號信噪比。所述的信號光零點(diǎn)臂有兩個作用，一個是上述計算倍頻因子中用到，另一個作用就是可以精確確定角膜與測量角膜曲率照明板的垂直距離，如圖I中所示，照明板上周向均布6個發(fā)光二極管點(diǎn)光源，點(diǎn)光源經(jīng)過角膜的反射后，經(jīng)過分束鏡反射到成像透鏡，經(jīng)成像透鏡后在成像圖像傳感器上成像，由于角膜曲率不同，在同一直徑圓上的6個等間距點(diǎn)光源的位置會發(fā)生變化，信號處理單元通過圖像傳感器上的圖像提取點(diǎn)的位置從而可以計算出角膜曲率，從上述過程可知，角膜曲率照明板與角膜的垂直距離對測量結(jié)果有很大影響，距離變化會直接影響角膜上反射點(diǎn)的位置，測量角膜曲率必須準(zhǔn)確確定角膜照明板到角膜的垂直距離。本發(fā)明的信號光零點(diǎn)臂可以保證準(zhǔn)確確定角膜的位置，通過信號光零點(diǎn)臂可以增加一個零點(diǎn)干涉峰，如圖5所示，零點(diǎn)干涉峰為光學(xué)延遲線的起點(diǎn)，角膜干涉峰的位置可以由圖示的波形精確獲得，只有前后移動整個裝置，相當(dāng)于移動照明板與被測物(人目艮)的距離，當(dāng)角膜干涉峰與零點(diǎn)干涉峰的距離為設(shè)計距離時，數(shù)據(jù)處理單元才捕捉圖像傳感器上點(diǎn)光源的像點(diǎn)位置，進(jìn)一步處理即可得出角膜曲率。每次測量時，數(shù)據(jù)處理單元采集信號調(diào)理單元的信號，主要是兩個光電探測器的干涉信號，數(shù)據(jù)處理單元首先檢測到信號光源的零點(diǎn)干涉波形，照明板與信號光源樣品臂以及成像光路都是固定在一起的，調(diào)節(jié)照明板是為了敘述方便，因為機(jī)器裝好后離角膜最近的部分就是照明板，調(diào)節(jié)儀器與角膜的距離直觀看上去好像是調(diào)照明板與角膜的距離，但實質(zhì)上相當(dāng)于同時在調(diào)節(jié)信號光源到角膜的光程，調(diào)到合適的距離(符合信號光源的干涉條件，信號光為寬帶光源，干涉長度很短)角膜的干涉峰以及眼內(nèi)部其他組織的干涉峰才會出來，將角膜到照明板的距離、能出現(xiàn)角膜干涉峰的信號光源到角膜的光程、以及眼睛在CCd上成像清晰的滿足關(guān)系設(shè)計為相同，即只要滿足其中一個，另外兩個同時滿足，即調(diào)節(jié)儀器到角膜的距離使照明板到角膜的距離為設(shè)定值的時候，同時也滿足信號光的光程干涉條件，同時眼睛經(jīng)過成像透鏡在CCd上成的像也最清晰。調(diào)節(jié)整個裝置與被測物的相對位置，直到角膜干涉峰和零點(diǎn)干涉峰的距離為設(shè)定值，此時數(shù)據(jù)處理元通過圖像傳感器上的像點(diǎn)的位置以及人眼的圖像計算出角膜曲率，以及角膜橫徑和瞳孔直徑。另外根據(jù)信號光零點(diǎn)干涉波形與標(biāo)尺光源參考臂和信號臂(光學(xué)延遲線)的干涉波形，可以計算出標(biāo)尺光源相對于信號光頻偏的倍頻因子。計算出倍頻因子后，數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)倍頻因子將標(biāo)尺光源(1310nm)載波變轉(zhuǎn)到信號光源(830nm)的載波頻率上，同時生成兩路正交方波信號。數(shù)據(jù)處理單元將信號光源樣品臂和參考臂的干涉波形以及所述的生成的兩路正交方波信號相乘、平方和、開方和低通濾波后得到了解調(diào)后的包絡(luò)，解調(diào)后的包絡(luò)通過從標(biāo)尺光源獲得的標(biāo)尺和從信號光獲得的零點(diǎn)位置對解調(diào)后的包絡(luò)進(jìn)行二次采樣，將包絡(luò)的橫坐標(biāo)變換成位置坐標(biāo)，然后輸出A線數(shù)據(jù)，如圖6所示，a.角膜前表面干涉峰，b.角膜后表面干涉峰，c.晶體前表面干涉峰，d.晶體后表面干涉峰，e.視、網(wǎng)膜干涉峰，根據(jù)各個峰的位置可一次精確的計算出眼球的全部生物參數(shù)，包括角膜厚度，前房深度，晶體厚度，玻璃體厚度，以及眼軸長度。
權(quán)利要求
1.一種用弱相干技術(shù)測量眼球參數(shù)的系統(tǒng)，包括標(biāo)尺光源、光電傳感器、標(biāo)尺光源樣品臂、標(biāo)尺光源參考臂、信號光源、光電探測器、信號光源參考臂、信號光源零點(diǎn)臂、信號光源樣品臂、照明板成像光路、信號調(diào)理單元及數(shù)據(jù)處理單元，所述標(biāo)尺光源及光電傳感器通過光纖耦合器分成標(biāo)尺光源樣品臂及標(biāo)尺光源參考臂，標(biāo)尺光源參考臂設(shè)置有波分復(fù)用器及光學(xué)延遲線；所述信號光源及光電探測器通過光纖耦合器分成信號光源參考臂、信號光源零點(diǎn)臂及信號光源樣品臂，光電傳感器及光電探測器均與信號調(diào)理單元連接，信號調(diào)理單元與數(shù)據(jù)處理單元連接，其特征在于 所述信號光源參考臂與標(biāo)尺光源參考臂的波分復(fù)用器相連接，信號光源光信號與標(biāo)尺光源光信號共用波分復(fù)用器之后的光學(xué)延遲線，由此構(gòu)成信號光源的內(nèi)源性標(biāo)尺。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用弱相干技術(shù)測量眼球參數(shù)的系統(tǒng)，其特征在于所述光學(xué)延遲線包括轉(zhuǎn)盤、驅(qū)動電機(jī)、平置中空直角棱鏡、垂置中空直角棱鏡、反射鏡及聚焦透鏡，在轉(zhuǎn)盤的中軸部位下部安裝有驅(qū)動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的驅(qū)動電機(jī)，在轉(zhuǎn)盤上平面的外緣徑向均布安裝有多個平置中空直角棱鏡，在相鄰的中空直角棱鏡之間固裝垂置中空直角棱鏡，在轉(zhuǎn)盤邊緣側(cè)邊設(shè)置有垂直于光路的反射鏡，在該反射鏡與平置中空直角棱鏡之間的光路上設(shè)置有一聚焦透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用弱相干技術(shù)測量眼球參數(shù)的系統(tǒng)，其特征在于所述信號光源樣品臂的信號光源對應(yīng)于采集被測試眼角膜的照明板，在照明板前端的信號光源樣品臂上設(shè)置有液體透鏡、所述液體透鏡與提供其工作控制電壓的數(shù)據(jù)處理單元連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述的用弱相干技術(shù)測量眼球參數(shù)的系統(tǒng)，其特征在于所述照明板與標(biāo)尺光源、光電傳感器、標(biāo)尺光源樣品臂、標(biāo)尺光源參考臂、信號光源、光電探測器、信號光源參考臂、信號光源零點(diǎn)臂、信號光源樣品臂及照明板成像光路位置相對固定，標(biāo)尺光源樣品臂、標(biāo)尺光源參考臂、信號光源參考臂、信號光源零點(diǎn)臂及信號光源樣品臂形成干涉波的光程與照明板成像光路清晰成像的距離條件同時滿足。
5.一種利用如權(quán)利要求I所述系統(tǒng)測量眼球參數(shù)的方法，其特征在于測量步驟如下 (1)啟動系統(tǒng)點(diǎn)亮標(biāo)尺光源、信號光源、照明板，閉合系統(tǒng)內(nèi)各裝置電源開關(guān)； (2)照明板光源成像照明板光源通過眼角膜的反射經(jīng)照明板成像光路成像后在數(shù)據(jù)處理單元上顯示圖像； (3)動態(tài)獲取干涉波調(diào)整照明板與眼角膜的距離使數(shù)據(jù)處理單元上顯示的成像清晰，調(diào)節(jié)標(biāo)尺光源樣品臂、標(biāo)尺光源參考臂、信號光源參考臂、信號光源零點(diǎn)臂、通過電壓變化調(diào)節(jié)信號光源樣品臂的液體透鏡焦距，在數(shù)據(jù)處理單元上顯示標(biāo)尺光源及信號光源光信號的各如下干涉信號波形 ①標(biāo)尺光源的光信號通過標(biāo)尺光源樣品臂與標(biāo)尺光源參考臂后形成干涉并在數(shù)據(jù)處理單元上顯示； ②信號光源的光信號通過信號光源樣品臂與信號光源參考臂后形成干涉并在數(shù)據(jù)處理單元上顯示； ③信號光源的光信號通過信號光源零點(diǎn)臂與信號光源參考臂后形成干涉并在數(shù)據(jù)處理單元上顯示； (4)精確獲取照明板與眼角膜的距離前后移動照明板與眼角膜的距離，同時也在調(diào)節(jié)信號光源到角膜的光程，利用上述步驟(3)中③的零點(diǎn)臂干涉峰及步驟(3)中②的眼角膜干涉峰精確確定照明板與眼角膜的距離，當(dāng)零點(diǎn)臂干涉峰與眼角膜干涉峰的距離為設(shè)計距離時，固定這一距離； (5)測量眼角膜曲率以及眼角膜橫徑和瞳孔直徑精確獲取照明板與眼角膜的距離后利用照明板光源成像由數(shù)據(jù)處理單元計算出眼角膜曲率、眼角膜橫徑和瞳孔直徑； (6)倍頻獲取利用上述步驟(3)中①、③的兩種干涉波形獲取兩種干涉波的多普勒頻偏，再通過兩種干涉波的多普勒頻偏計算出兩種干涉波的倍頻因子； (7)解調(diào)信號光源參考臂與樣品臂的干涉信號利用上述步驟￠)的倍頻因子將標(biāo)尺光源的頻率變到信號光源的載波頻率上并生成兩路正交信號，利用兩路正交信號解調(diào)信號光源參考臂與樣品臂的干涉信號為眼各組織結(jié)構(gòu)對應(yīng)的反射包絡(luò)信號； (8)二次采樣利用標(biāo)尺光源的干涉波峰將步驟(7)的反射包絡(luò)信號轉(zhuǎn)化成位置信 息； (9)計算利用標(biāo)尺光源的干涉波峰作為內(nèi)源性位置標(biāo)尺，利用標(biāo)尺光源的干涉波形的個數(shù)去測量解調(diào)后的包絡(luò)波形，計算出人眼各組織結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用弱相干技術(shù)測量眼球參數(shù)的系統(tǒng)及測量方法，該系統(tǒng)包括標(biāo)尺光源、信號光源、光電傳感器、光電探測器、標(biāo)尺光源樣品臂、標(biāo)尺光源參考臂、信號光源參考臂、信號光源零點(diǎn)臂、信號光源樣品臂、照明板成像光路、信號調(diào)理單元及數(shù)據(jù)處理單元，該方法是標(biāo)尺光源作為內(nèi)源標(biāo)尺，通過以利用標(biāo)尺光源樣品臂與標(biāo)尺光源參考臂的干涉波形，信號光源參考臂與信號光源零點(diǎn)臂的干涉波形，信號光源參考臂與信號光源樣品臂的干涉波形及照明板成像光路的成像一次精確的計算出眼球的全部生物參數(shù)，包括角膜厚度，前房深度，晶體厚度，玻璃體厚度，以及眼軸長度。本發(fā)明由于采用了獨(dú)特的光延遲線，信噪比高，測量快速準(zhǔn)確。
文檔編號A61B3/117GK102727172SQ20121020331
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月19日
發(fā)明者王建發(fā), 王雪喬, 石俊山 申請人:天津市索維電子技術(shù)有限公司