一种光学相干断层成像设备及其控制方法与流程

本发明涉及光学相干断层成像技术领域，尤其涉及一种光学相干断层成像设备及其控制方法。

背景技术：

光学相干断层成像(oct)的成像原理为利用光相干性及干涉性的特点提取半透明物质的深度信息，得益于其高分辨率、无创无损的成像特性，oct技术在临床医学上具有很高的应用价值。为使oct成像设备在临床上有更好的应用，oct技术发展不断致力于完善其性能，如成像质量、系统分辨率等。为诊断血管性疾病，研究者在oct的基础上发展了血管造影成像(octa)，实现了血管形态的可视化。然而，随着计算机技术及嵌入式技术的不断发展，医学仪器设备朝着小型高集成化的方向发展，成为了当今仪器开发的主流趋势。

现有的oct设备普遍体积较大，主要有主机(光学器件)与计算机两部分组成，因计算机体积较大，因而仪器的摆放对空间有一定的要求。目前oct设备已有加入嵌入式系统开发，然而大多为半嵌入式系统，依然依靠于计算机系统。嵌入式开发仅负责振镜及相机的时序控制及电机控制，数据处理部分依然由计算机完成，因而还不能达到很好的缩减体积效果。

另外，oct已成为眼科的重要检查设备。然而如何自动确定扫描区域，如何自动校准，获取良好的断层图属于待解决的问题。

技术实现要素：

本发明提供一种光学相干断层成像设备及其控制方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

第一方面，本发明实施例提供了一种光学相干断层成像设备，包括干涉系统、眼球追踪系统、调焦系统、第一半透半返镜和控制系统，所述控制系统分别与干涉系统、眼球追踪系统和调焦系统连接；

眼球追踪系统，用于产生第一光束，并接收从被检测眼反射回来的第一反射光，根据所述第一反射光生成眼底图；其中，所述第一光束依次通过第一半透半返镜和调焦系统到达被检测眼，从被检测眼反射回来的第一反射光经调焦系统、第一半透半返镜反射回眼球追踪系统；

控制系统，用于从所述眼球追踪系统获取所述眼底图，并从所述眼底图确定目标区域；

干涉系统，用于产生第二光束，在控制系统的控制下，使得所述第二光束到达被检测眼的上述目标区域，接收从检测眼的所述目标区域反射回来的第二反射光，根据所述第二反射光与参考光的干涉生成断层图像，其中，所述第二光束依次通过第一半透半返镜和调焦系统到达被检测眼，从被检测眼反射回来的第二反射光经调焦系统、第一半透半返镜反射回干涉系统；

所述控制系统，还用于对所述断层图像进行处理。

进一步，所述眼球追踪系统包括：第一光源、第一准直透镜、狭缝、第一扫描振镜、柱面镜、第二半透半返镜、聚焦透镜和成像单元，第一光源发出的光经第一准直透镜形成平行光，所述平行光经所述狭缝后变成线光，所述线光由柱透镜聚拢，依次经第二半透半返镜、第一半透半返镜、调焦系统射入被检测眼，从所述被检测眼返回的光为所述第一反射光，所述第一反射光在第二半透半返镜反射，第二半透半返镜反射的光依经聚焦透镜到达成像单元上，从而生成眼底图。

进一步，所述干涉系统包括：第二光源、环形器、光纤耦合器、参考臂、样品臂、反射镜、光谱仪，所述第二光源产生所述第二光束，所述第二光束经所述环形器到达光纤耦合器，光纤耦合器具有两路输出光路，其中一路光路经所述参考臂到达反射镜，从所述反射镜反射回来的光为所述参考光，另一路光路依次经样品臂、第一半透半返镜和调焦系统到达被检测眼，从所述被检测眼反射回来的光为所述第二反射光，所述参考光和所述第二反射光在所述光纤耦合器发生干涉，干涉光被所述光谱仪接收，生成所述断层图像。

进一步，所述样品臂包括依次设置的偏振器、第二准直透镜、第二扫描振镜和第三扫描振镜，所述偏振器设置在所述光纤耦合器的所述另一路光路上，所述控制系统分别与偏振器、第二扫描振镜和第三扫描振镜连接。

进一步，所述光学相干断层成像设备还包括第一电机平移台，所述控制系统与所述第一电机平移台连接，控制第一电机平移台的移动，以对被检测眼球的位置进行调整。

进一步，所述干涉系统还包括第二电机平移台，所述控制系统与所述第二电机平移台连接，控制第二电机平移台的移动，以对干涉系统的光程进行校准。

进一步，所述调焦系统包括第三电机平移台，所述控制系统与所述第三平移台连接，控制第三电机平移台的移动，以调整调焦系统与被测眼的距离。

第二方面，本发明实施例还提供了一种光学相干断层成像设备的控制方法，包括以下步骤：

控制系统控制第一电机平移台的移动，使得被检测眼的瞳孔对准视频中心；

眼球追踪系统生成被检测眼的眼底图像；

控制系统从所述眼球追踪系统获取所述眼底图像，从眼底图确定干涉系统扫描的目标区域；

控制系统控制干涉系统中的偏振器的偏转，使得被检测眼的扫描位置为所述目标区域；

控制系统控制干涉系统进行自动校准，所述自动校准包括光程、焦距和偏振的校准，以获取满足预设条件的被检测眼的断层图；

控制系统从所述干涉系统获取所述断层图，并对所述断层图进行处理。

进一步，控制系统控制第一电机平移台的移动，使得被检测眼的瞳孔对准视频中心包括：

获取拍摄的瞳孔图像，识别图像中的瞳孔；

分别计算瞳孔与视频中心的横向坐标和纵向坐标的距离；

根据计算出来的距离计算第一电机平移台的移动距离；

控制系统根据第一电机平移台的移动距离控制第一电机平移台的移动，使得瞳孔对准视频中心。

进一步，所述控制系统控制干涉系统进行自动校准，所述自动校准包括光程、焦距和偏振的校准，以获取满足预设条件的被检测眼的断层图包括：

控制系统控制干涉系统中的第二电机平移台的移动，使得干涉系统中的参考臂与样品臂的光程相等；

控制系统控制调焦系统中的第三电机平移台的移动，使得被检测眼放置在调焦系统的焦点上；

控制系统控制干涉系统中的偏振器的偏转，以获取图像的强度值最大的被检测眼的断层图

本发明实施例的一种光学相干断层成像设备及其控制方法，至少具有以下有益效果：改变现有的oct设备结构，使oct设备一体化，更好的缩减了oct设备的体积，方便运输与摆放，为用户减去了一定的空间压力，另外，能够自动确定扫描区域，自动校准，简化了oct设备的操作流程和操作时间，使工作效率得到提高。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1是本发明一实施提供的oct设备的结构示意图。

图2是本发明一实施例提供的眼球追踪系统的原理图。

图3是本发明一实施例提供的干涉系统的原理图。

图4是本发明一实施例提供的oct设备的控制方法。

附图标记说明：100-控制系统、200-眼球追踪系统、300-干涉系统、400-第一半透半返镜、500-调焦系统、600-被检测眼、201-第一光源、202-第一准直透镜、203-狭缝、204-第一扫描振镜、205-柱面镜、206-第二半透半返镜、207-聚焦透镜、208-成像单元、301-第二光源、302-环形器、303-光纤耦合器、304-参考臂、305-反射镜、306-样品臂、307-光谱仪、3041-第二准直透镜、3042-第三透镜、3061-偏振器、3062-第三准直透镜、3063-第二扫描振镜、3064-第三扫描振镜、3071-光栅、3072-第四透镜、3073-线性相机、308-第四准直透镜、501-第一透镜、502-第二透镜。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，虽然在系统示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于系统中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

如图1所示，oct设备包括控制系统100、眼球追踪系统200、干涉系统300、第一半透半返镜400和调焦系统500，所述控制系统100分别与干涉系统200、眼球追踪系统300和调焦系统500连接；

眼球追踪系统200，用于产生所述第一光束，并接收从被检测眼600反射回来的第一反射光，根据所述第一反射光生成眼底图；其中，所述第一光束依次通过第一半透半返镜500和调焦系统400到达被检测眼600，从被检测眼600反射回来的第一反射光经调焦系统500、第一半透半返镜400反射回眼球追踪系统200；

控制系统100，用于从所述眼球追踪系统200获取所述眼底图，并根据所述眼底图确定目标区域；

干涉系统300，用于产生所述第二光束，在控制系统100的控制下，使得所述第二光束到达被检测眼的上述目标区域，接收从检测眼的所述目标区域反射回来的第二反射光，根据所述第二反射光与参考光的干涉生成断层图像，其中，所述第二光束依次通过第一半透半返镜400和调焦系统500到达被检测眼600，从被检测眼600反射回来的第二反射光经调焦系统500、第一半透半返镜400反射回干涉系统300；

所述控制系统100，还用于对所述断层图像进行处理。

如图2所示，眼球追踪系统200包括第一光源201、第一准直透镜202、狭缝203、第一扫描振镜204、柱面镜205、第二半透半返镜206、聚焦透镜207和成像单元208，第一光源201发出的第一光束经第一准直透镜202形成平行光，所述平行光经所述狭缝203后变成线光，所述线光由柱透镜204聚拢，依次经第二半透半返镜205、第一半透半返镜400(图2中未示出)、调焦系统500射入被检测眼，被检测眼返回的第一反射光经调焦系统500、第一半透半返镜400(图2中未示出)后被第二半透半返镜400反射，第二半透半返镜400反射的光依经聚焦透镜207到达成像单元208上，从而生成眼底图。

在一实施例中，调焦系统500为4f调焦系统，包括第一透镜501和第二透镜502。

在一实施例中，成像单元208包括第一相机，第一相机与控制系统100连接。第一相机为面阵相机，第一相机通过usb接口与控制系统连接通信。

如图3所示，干涉系统300包括：第二光源301、环形器302、光纤耦合器303、参考臂304、反射镜305、样品臂306、光谱仪307，所述第二光源302产生第二光束，所述第二光束经所述环形器302到达光纤耦合器303，光纤耦合器303具有两路输出光路，其中一路光路经所述参考臂304到达反射镜305，从所述反射镜305反射回来的光为参考光，另一路光路依次经样品臂306、第一半透半返镜400(图3中未示出)和调焦系统500到达被检测眼600，从所述被检测眼600反射回来的光为所述第二反射光，所述参考光和所述第二反射光在所述光纤耦合器303发生干涉，干涉光被所述光谱仪306接收，产生所述断层图像。

其中，参考臂304包括第二准直透镜3041、第三透镜3042，光纤耦合器303输出的一路光路经第二准直透镜3041、第三透镜3042到达反射镜305。

样品臂306包括依次设置的偏振器3061、第三准直透镜3062、第二扫描振镜3063、第三扫描振镜3064，光纤耦合器303输出的另一路光路依次经过偏振器3061、第三准直透镜3062、第二扫描振镜3063、第三扫描振镜3064到达调焦系统500。

在一实施例中，光谱仪307包括光栅3071、第四透镜3072和线性相机3073，线性相机3073生成被检眼的断层图，线性相机3073与控制系统100相连接，将所述断层图传送给控制系统100。

在一实施例中，干涉系统300还包括第四准直透镜308，第四准直透镜308设置在环形器302和光栅3071之间，将干涉光转换为平行光线再输入光栅3071。

在一实施例中，oct设备还包括第一电机平移台，控制系统100与所述第一电机平移台连接，控制第一电机平移台的移动，以对被检测眼球的位置进行调整。

干涉系统300还包括第二电机平移台，所述控制系统100与所述第二电机平移台连接，控制第二电机平移台的移动，以对干涉系统300的光程进行校准。

调焦系统500还包括第三电机平移台，所述控制系统100与所述第三电机平移台连接，控制第三电机平移台的移动，以调整调焦系统500与被检测眼600的距离。

在一实施例中，第一电机平台、第二电机平台和第三电机平台均包括步进驱动电机和平移台，控制系统100与各个电机平台的步进电机连接。

在一实施例中，oct设备为触摸屏oct设备，其包括触摸屏，所述触摸屏与控制系统100连接，触摸屏，用于获取用户的输入指令，控制系统100根据该输入指令对oct设备进行控制。本发明的触摸屏极简操作式oct设备其触摸屏上操作仅有4步，分别为选择采集位置，选择采集模式，启动采集，导出自动生成的检查报告。其中，采集位置可选眼前节和眼后节，眼前节可选角膜、房角、虹膜，眼后节可选视乳头或黄斑区。采集模式取决于振镜扫描方式，可选有三维扫描与圆扫描、光栅扫描、线扫描、放射线扫描，血流扫描。检查报告中包含有扫描目标结构图像，血流图像、厚度分析等结果。导出生成的检查报告为通过设备usb接口导出至移动存储器中的指定文件路径中。

在一实施例中，oct设备为嵌入式oct设备，其控制系统100包括嵌入式开发板系统，嵌入式开发板系统选用nvidiajestonxaviernx，作为控制系统的上位机，其中数据处理部分由嵌入式开发板系统完成。嵌入式开发板系统中包含有gpu和cpu，可用于提取线性相机采集信号中的结构信息和血管信息，并以图像的形式显示。嵌入式开发板系统的usb串口连接触摸屏，触摸屏上显示oct系统软件的操作界面，该软件编译基于c++语言实现，操作系统为linux。

控制系统还包括单片机，单片机与nvidiajestonxaviernx连接，单片机分别与第一电机平台、第二电机平台和第三电机平台连接，单片机与第一快速扫描振镜3043、第二快速扫描振镜3044连接。单片机分别与第一相机、线性相机连接，或者单片机通过nvidiajestonxaviernx与第一相机、线性相机连接。

图4为一种oct设备的控制方法，用于控制上述的oct设备，包括以下步骤：

s41、控制系统控制第一电机平移台的移动，使得被检测眼的瞳孔对准视频中心；其中视频中心指瞳孔图像显示的中心；

s42、眼球追踪系统产生被检测眼的眼底图像；

s43、控制系统从所述眼球追踪系统获取所述眼底图像，从眼底图确定干涉系统扫描的目标区域；

s44、控制系统控制干涉系统中的偏振器的偏转，使得被检测眼的扫描位置为所述目标区域；

s45、控制系统控制干涉系统进行自动校准，所述自动校准包括光程、焦距和偏振的校准，以获取满足预设条件的被检测眼的断层图；

s46、控制系统从所述干涉系统获取所述断层图，并对所述断层图进行处理。

其中，步骤41包括以下步骤：

获取拍摄的瞳孔图像，识别图像中的瞳孔；

分别计算瞳孔与视频中心的横向坐标和纵向坐标的距离；

根据计算出来的距离计算第一电机平移台的移动距离；

控制系统根据第一电机平移台的移动距离控制第一电机平移台的移动，使得瞳孔对准视频中心。

具体地，瞳孔识别利用计算机视觉方法对采集的图像进行匹配识别，检测眼球位置，计算眼球位置与试标中心在x,y方向上的距离。第一电机平移台的移动由单片机完成，上位机通过usb串口通信将x,y的距离信息发送给单片机，由单片机控制第一电机平移台的移动。

步骤42中使用图2中的眼球追踪系统产生被检测眼的眼底图像。

步骤s43和步骤s44中，根据眼底图确定干涉系统扫描的目标区域包括根据用户从触摸屏选择的采集位置作为目标区域，控制系统自动从眼底图像中识别出所述目标区域，控制干涉系统中的偏振器的偏转，从而控制干涉系统的扫描线叠加到眼底图像的目标区域的中心。

步骤45包括：

控制系统控制干涉系统中的第二电机平移台的移动，使得干涉系统中的参考臂与样品臂的光程相等；

控制系统控制调焦系统中的第三电机平移台的移动，使得被检测眼放置在调焦系统的焦点上；

控制系统控制干涉系统中的偏振器的偏转，以获取图像的强度值最大的被检测眼的断层图。

具体地，自动校准功能依次实现光程、焦距和偏振的校准，光程校准功能由控制干涉光路的第二电机平移台前后移动来实现。焦点校准功能由调焦系统的第三电机平移台前后移动来完成。偏振的校准由偏振器的摆动来完成。首先调整光程，使参考臂与样品臂的光程相等，获取干涉图像，然后将成像组织放置在光学器件聚焦透镜的焦点上，增强组织成像强度，最后调整光路的偏振状态，优化图像。本发明自动校准功能以图像强度为参考，控制干涉光路的第二电机平移台以启动位置为原点，前后移动20mm，比较期间获取图像强度，在强度最大值时停止移动。控制调焦系统的第三电机平移台以启动位置为原点，前后移动10mm，比较期间获取图像强度，在强度最大值时停止移动。控制光路偏振的偏振器以启动位置为原点，左右摆动180度，比较期间获取图像强度，在强度最大值时停止摆动。

断层图的生成由干涉系统的线性相机完成，线性相机的数据采集由图像采集卡完成，而步骤56中对所述断层图进行处理包括傅里叶变换、相位提取、背景滤波等数据处理。可由单片机获取并转发给嵌入式开发系统，或者图像采集卡通过usb接口与嵌入式开发板系统相连接，利用开发板中cpu与gpu进行数据处理。

在步骤41之前，还包括对系统进行初始化，用户通过触摸屏选择采集位置和选择采集模式，并启动采集。在步骤46之后，还包括控制系统还会导出自动生成的报告。

本发明实施例的一种光学相干断层成像设备及其控制方法，至少具有以下有益效果：改变现有的oct设备结构，使oct设备一体化，更好的缩减了oct设备的体积，方便运输与摆放，为用户减去了一定的空间压力，另外，通过触摸屏简单操作，能够自动确定扫描区域，自动校准，简化了oct设备的操作流程和操作时间，使工作效率得到提高。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于ram、rom、eeprom、闪存或其他存储器技术、cd-rom、数字多功能盘(dvd)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本发明权利要求所限定的范围内。