[发明专利]基于微透镜阵列的多光束光学相干的弹性测量系统及方法

说明书

本发明提供了基于微透镜阵列的多光束光学相干弹性测量系统及方法，采用角膜定位子系统对角膜的激励和测量位置进行定位、采用角膜激励子系统使角膜产生微量的机械波和形变，通过OCT探测子系统对各采样点的机械波和形变进行高精度探测，实现角膜弹性参数的快速测量。所述OCT探测子系统包括宽光谱光源、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器组、样品臂、参考臂组以及光谱探测器组，样品臂的每一条光路均设置有相互配合的准直镜和柱镜，各光路在角膜前的位置还设置有微透镜阵列。本发明专利采用微阵列透镜作为关键光学元件，无需如传统OCE一样采用振镜扫描的方式，也无需旋转样品臂，即可同时测量单次载荷激励下样品激励点周围多方向、多位置的弹性响应。

技术领域

本发明专利涉及到生物医学弹性成像领域，尤其涉及基于微透镜阵列的多光束光学相干在体角膜弹性测量系统及方法。

背景技术

人眼角膜是人眼主要的屈光介质，角膜的弹性力学特征对维持角膜的正常结构和功能具有重要作用、是研究角膜的生理和病理特性的重要基础。角膜疾病(例如圆锥角膜、角膜膨隆)及角膜手术(角膜屈光手术、紫外线交联术CXL等)会引起角膜弹性力学特征的改变。常规的临床检测方法依据角膜形态(地形图、厚度、曲率等)和眼压参数进行诊断；尽管对角膜疾病的检出率已经很高，但仍有部分角膜疾病被漏诊。而角膜结构的微小变化可引起弹性力学特征的明显改变，因此针对角膜弹性力学特征的量化研究在角膜疾病的诊断与治疗上具有重要意义。为了实现临床上角膜弹性力学特征的量化，研发非接触式、在体的人眼角膜弹性成像测量技术已成为眼科和视觉科学研究的一大需求和热点。

目前各种角膜的弹性测量技术仍不成熟，所测的角膜力学参数差别为几个量级。以兔子角膜的杨氏模量测量为例，其估算范围从大约1kPa(Thomasy etc.Acta Biomater10(2),785-791(2014))到大约11MPa(Wollensak etc.Acta Ophthalmol 87(1),48-51(2009))。Ruberti等提出了角膜弹性成像测量技术面临的若干个未解决问题(Openquestions)，其首要的三个问题为：“如何开发在体角膜弹性测量的新技术/仪器”、“如何区分在体角膜各区域的弹性力学特征”与“如何采用弹性成像测量的手段进行角膜手术的术前风险评估”(Ruberti etc.Annu Rev Biomed Eng 13,269-295(2011))。在角膜的在体弹性测量方案中，各种弹性成像技术均有其技术瓶颈：或无法达到高测量分辨率要求(Voorhees etc.Experimental Eye Research,160,85-95(2017))、或无法实现针对角膜病变区域的局部测量(Luce etc.J Cataract Refract Surg 31(1),156-162(2005)；Hongetc.IOVS54(1),659-665(2013))、或需要过长的测量时间(Scarcelli etc.Nat Photonics2(1),39-43(2008)；Scarcelli etc.IOVS 53(1),185-190(2012))，难以达到角膜在体弹性测量的临床需求。目前角膜弹性参数量化研究所面临的一个重要科学问题是：如何更准确的量化在体人眼角膜的弹性力学特征，尤其是如何进行角膜局部区域弹性参数的高精度测量、实现临床上角膜病变或手术区域与正常区域的边界区分。这需要研究符合临床需求的角膜弹性测量的新方法，开发可实现在体人眼角膜局部区域和多方位弹性参数量化的高精度、快速测量技术。