用于生成宽视场光学相干体层析图的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及视网膜OCT(光学相干断层扫描）成像领域，更具体地，涉及一种用于 生成视网膜位置的宽视场光学相干体层析图（宽视场OCT三维体层析图，Wide-field OCT volumetric image)的方法和装置。
【背景技术】
[0002] OCT是广泛用于视网膜疾病的诊断和治疗的非侵入层析成像技术。高轴向分辨率 使得OCT特别适于对层化视网膜进行成像。
[0003] OCT基于光干涉原理且可被描述为光学超声波。OCT测量来自被成像的视网膜组 织的反射光的回波时间延迟和幅度以生成视网膜的高分辨率的横截面图像，其随后可被用 来识别、监视和定量评估视网膜的不同位置和层的疾病。OCT是一种干涉测量法，其确定 沿着OCT束的样本的散射分布。每个散射分布被称为一个轴向扫描，或A扫描。横截面图 像（B扫描），以及扩展开来的3D三维体层析图，是随着OCT束移动到样本上的一组横向位 置而从许多A扫描建立的。OCT系统可在时域（TD-OCT)或频域（FD-OCT)中操作。相对于 TD-OCT，FD-OCT技术在速度和信噪比上都具有显著优势。典型地，FD-OCT中的光谱信息识 别在谱域OCT(SD-OCT)的情况下是通过使用检测臂中的色散光谱仪完成的，或在扫频（波 长扫描）OCT (SS-OCT)的情况下是通过快速扫描扫频激光光源（swept laser source)完成 的。OCT通常与眼底成像系统结合以提供额外或补充信息，所述眼底成像系统诸如点共聚 焦扫描眼底镜（cSLO)、线共聚焦扫描眼底镜（LSO)或眼底相机。这些模态可提供眼睛眼底 的二维视图，其可被用来辅助OCT扫描光束在眼底的准确定位，也可实现在数据采集时对 眼动的跟踪和实时运动补偿。可以同时生成OCT层析图和眼底二维视图的大部分设计添加 额外的光学路径到OCT系统以支持独立的眼底相机、cSL0、LS0或类似的成像装置（双源）。 也有尝试直接使用OCT配置来生成OCT图像和cSLO图像两者（单源）。在一种方法中，OCT 干涉仪的参考光被交替地临时阻挡以生成cSLO信号，并被恢复以生成OCT信号。但是，这 种方法导致OCT和cSLO图像的顺序获取而不是同时获取。
[0004] 使用在此描述的特定测量方法和眼底成像系统组合，得到了美国专利7, 805, 009 中描述的、且如图1所示的线共聚焦扫描眼底镜（LSO)和OCT的结合。眼底成像设备可以 是任何能捕获眼底图像的成像系统，包括但不限于点共聚焦扫描眼底镜（cSLO)、眼底相机 或 LS0。
[0005] 来自LSO光源201的光通过柱面透镜202和分光镜203导引到扫描镜204。柱面 透镜202和扫描透镜205在视网膜图像平面206上产生一条照明线，且目镜207和人眼200 的光学装置在视网膜210上重新成像这条照明线。随着扫描镜204旋转，照明线扫过视网 膜。来自视网膜的反射光近似地沿LSO照明光的路径返回；反射光被LSO扫描镜204扫描， 这样视网膜的被照明部分被成像透镜208连续地成像在LSO线阵相机（line camera) 209 上。LSO线阵相机将反射的LSO光转换为表示单线部分图像的数据流，所述单线部分图像被 处理以形成构造中的（in formation)眼动跟踪（eye tracking)和视网膜的实时显示。
[0006] OCT系统220包含光源、一个或多个光电探测器以及确定来自OCT束221的反向散 射光的深度分布所需的处理器。OCT系统可使用时域或频域方法（谱域、扫频源等，例如参 见在此通过参考并入的美国专利5, 321，501和美国专利公开2007/0291277)。OCT光束扫 描机构222在扫描控制器254的控制下，扫描OCT光束的角度横向跨过两个维度（X和y) 的表面。扫描透镜223将OCT光束聚焦到视网膜图像平面206。分光镜224将OCT和LSO 光束路径结合，这样两条路径可被更容易地指向穿过人眼200的瞳孔。（合并光束路径在直 接成像应用中不需要，在这种应用中被扫描物体本身位于视网膜图像平面206的位置中。） 如果OCT和LSO使用不同波长的光，分光镜224可被实施例为二色镜。通过目镜207和人 眼200的光学装置，OCT光束被重新聚焦在视网膜上。从视网膜散射的一些光沿着OCT光 束的反向路径，并返回到OCT系统220，其将散射光的量确定为沿着OCT光束的深度的函数。 轴向或深度方向（z方向）的每条数据线被称为A扫描。横截面层析成像，或称B-扫描，可 通过横向结合一系列A扫描而获得。多种创建B扫描的方式对本领域技术人员来说是已知 的，包括但不限于沿着水平或X方向，沿着垂直或y方向，沿着X和y的对角线，或以圆形或 螺旋形图案。一组B扫描的集合定义了三维OCT三维体层析数据集。
[0007] 用于任何现有的光学相干层析成像技术的可允许扫描区域被限于整个视网膜的 一小部分。这一小部分的视网膜的图像可基本满足视网膜疾病的大部分医学诊断的要求。 但是，根据近来的研究，更宽的光学相干体层析图也具有其临床诊断意义，诸如早期青光 目艮、色素性视网膜炎等。
[0008] 现有OCT技术已展示了合理的高成像速度，但是在单次测量中对更宽的视网膜组 织区域的成像仍然不可行。这主要是因为需要较长的获取时间以便用当前扫描密度来覆盖 更宽的视网膜区域，这增加了由于病人眼动而导致的所获取的OCT三维体层析图中的运动 伪像。扫描较大区域的其他可能性将是降低横向扫描分辨率，也降低扫描密度；这将导致较 差的图像质量和定量数据。换句话说，使用当前的OCT技术来扫描较大区域只能是扫描区 域、采样密度和获取时间之间的得失权衡。因此，利用现有的OCT技术进行更宽视场视网膜 区域的统一标准的评估是不可行的。
[0009] 已尝试了使用光学相干体层析图的基于软件的拼接来获取宽视场光学相干体层 析图。但是，提出的拼接方法假设光学相干体层析图之间有显著的重叠，且对于没有显蓍重 叠或没有任何重叠的光学相干体层析图无法工作。手动保证当前和先前获得的三维体层析 图之间的较好的重叠量，甚至对于高度受训的人来说也特别困难。不管生成的宽视场三维 体层析图是否含有重叠或不重叠的体，这不会影响临床评估。但是，现有的获取宽视场光学 相干体层析图的方法局限于重叠的三维体层析图。
[0010] 2009 年马凯特大学的 Ashavini M. Pavaskar 的硕士论文，Tools for creating wide-field views of the human retinal using 0CT，公开了一种生成宽视场眼底厚度图 的方法，其中沿着对应的线扫描检眼镜（LSO)图像（此后称为LSO眼底图像）获取总共16 个重叠的光学相干体层析图。假设相邻三维体层析图之间重叠的量是至少30%。由OCT机 器软件生成的视网膜厚度被输出和存储。这些不同三维体层析图的视网膜厚度分布图被拼 接在一起以产生宽视场厚度分布图。该论文也公开了一种拼接视网膜OCT三维体层析图的 方法，其假设输入的三维体层析图重叠，并使用重叠图像区域来估计拼接参数。当三维体层 析图之间没有显著重叠或没有任何重叠时，该方法失效。
[0011] Ninel Z. Gregori> Byron L. Lam、Giovanni Gregori、Sudarshan Ranganathan> Edwin M. Stone、Alexis Morante、Fawzi Abukhalil 和 Potyra R. Aroucha 的 Wide-Field Spectral-Domain Optical Coherence Tomography in Patients and Carriers of X-Iinked RetinoschisisjThe American Academy of Ophthalmology, 2013,以及Ying Li、 Giovanni Gregori>Byron L. Lam和Philip J. Rosenfeld的Automatic montage of SD-OCT data sets, Vol. 19, No. 27, OPTICS EXPRESS26239, 2011，公开了一种 SD-OCT 三维体层析图 的自动拼接的方法，其假设三维体层析图之间有重叠且不考虑LSO眼底图像。它仅使用OCT 眼底图像（OCT generated enface fundus image, 0FI)来执行三维数据之间的对准。该方 法对于不重叠的三维体层析图无法工作。
[0012] Utkarsh Sharma 和 Mathew J. Everett 的美国专利 13542588，文档号 658292008300,Improved Data Acquisition Methods for Reduced Motion Artifacts and Applications in OCT Angiography,描述了一种应用于功能性OCT成像领域的在数据获取 期间的更小视场（FOV)扫描的引导拼接的方法。这种方法要求额外的眼动跟踪模块，其能 监控眼睛运动并能与获取模块交互（或控制它）。在优选的跟踪机制中，OCT成像之外的 具有相关计算模块的第二成像仪器（LS0眼底成像）被用来检测眼睛位置以发现可能运动。 在检测到眼睛运动时，扫描位置被重新调整以补偿获取的数据中的可能的运动伪像。此外， 也示出了使用所述的跟踪机制以获得具有固定偏移的多次扫描以生成大的FOV合成图或 拼接的二维图像。每次扫描相对于其他扫描的位置可通过跟踪系统获知。该方法具有以下 局限性：（1)它要求专用跟踪模块来检测获取期间的眼球运动，并保持每次扫描的相对位 置，以便生成大视场的功能性OCT成像数据；以及（2)它在获取期间实时地进行额外的处理 (运动检测和维持每次扫描的相对位置），这可增加整体获取时间；它要求跟踪系统和获取 系统之间的同步以处理运动，这会增加获取时间。
[0013] 因此，本领域中希望开发一种可克服现有方法的局限性的用于生成视网膜位置的 宽视场光学相干体层析图的方法。
【发明内容】
[0014] 在本发明的一个方面，提供了一种用于生成视网膜位置的宽视场光学相干体层析 图（光学相干体层析图即OCT三维体层析图，简称三维体层析图，在本专利中含义相同）的 方法，包括：获取不同的视网膜位置的多个光学相干体层析图和与其相关的相应的眼底图 像（例如，如CSLO或LSO共焦眼底图像，或由眼底相机获取的其他眼底图像），所述多个光 学相干体层析图包括参考光学相干体层析图（V r)和至少一个目标光学相干体层析图（Vt)， 所述相应的眼底图像包括与所述参考光学相干体层析图（V r)相关的参考眼底图像（Lr)和 分别与至少一个目标光学相干体层析图（Vt)相关的至少一个目标眼底图像（L t);将目标眼 底图像（Lt)与所述参考眼底图像