本发明涉及光学成像，特别涉及一种眼角膜和视网膜同步测量的光学相干层析成像装置。
背景技术：
1、眼轴为眼角膜前表面至视网膜色素上皮层的距离，其组成部分包括眼角膜厚度、前房深度、晶状体厚度、玻璃体腔长度及黄斑部视网膜神经上皮层厚度。临床上白内障、屈光不正、斜视、弱视、青光眼、硅油眼、黄斑水肿等多种疾病都伴随着眼轴不同程度的变化，了解各阶段眼轴的变化有助于疾病的诊断及治疗。眼睛轴向参数，如眼角膜厚度、前房深度、晶状体厚度、玻璃体厚度、眼轴长度，如图1所示。
2、白内障是全球首要的致盲原因，2017年以来，全世界至少有9500万人受到白内障的影响。我国60至89岁人群白内障发病率约为80%，而90岁以上人群白内障发病率达90%以上。白内障手术是解决这个问题的普遍手段，在手术前的眼睛生物测量的准确性将直接关系到术中植入人工晶状体度数的精确性，同时也密切关系到术后的屈光误差，1mm的轴向测量误差将导致约2.5d的屈光度改变。
3、近视眼是全球范围内最广泛最常见的眼病之一。目前，全球近视患病率逐渐增加，至2050年全球将会有47.58亿人近视（约占全球人口的49.8%），其中高度近视将达9.38亿人（约占全球人口的9.8%）。随着当前移动互联网、平板电脑、手机的普及，眼疾低龄化现象日趋严重。我国青少年近视情况十分严峻，学生近视眼患病率一直居高不下，6岁儿童为14.5%，小学生为36.0%，初中生为71.6%，高中生为81.0%。眼轴长度是一个与近视形成具有极强关联的结构参数，近视程度与眼轴长度具有正相关性，同时眼轴长度也是区别真性近视与假性近视的重要依据。近视患者准分子手术前后眼部生物参数发生变化，术前眼轴测量有助于术后屈光状态的预测，术后眼角膜厚度变薄，采用非接触式眼轴长度测量可避免对眼角膜加压使测量准确并且可以减少感染机会和眼角膜损伤。此外，准分子术后晶体厚度增加、前房深度减小等改变对需行白内障手术患者人工晶体度数计算产生影响，因此准确的测量必不可少。
4、青光眼是目前人类面临的第二大致盲性眼病，发病后眼部生物结构往往发生一定变化。原发性闭角型青光眼角膜曲率、晶状体厚度增加，前房深度及眼轴减小。有研究表明，原发性闭角型青光眼晶体厚度与眼轴长度比值增加、前房深度与眼轴比值减小，为青光眼患者的筛查和早期诊断提供依据。
5、综上来说，精确获取眼睛轴向参数及时发现这些参数的变化是眼科疾病诊断和治疗的数据基础，对于眼内疾病的治疗具有重要意义。
6、眼睛轴向参数包括了眼角膜表面到视网膜色素上皮层，其测量方法主要分为基于超声的测量方法、基于相干光干涉的测量方法和基于低相干光源的光学相干层析（opticalcoherence tomography，oct）测量方法三类。目前国内大多眼科先进检测设备需从国外进口，自主研发的多为超声的检测方法，采用超声波频率在8-10mhz甚至更高，分辨率在0.1mm左右，以满足观察眼部组织所需的深度和较高的分辨率要求。超声测量方法在测量前需要进行眼表麻醉，测量探头接触眼角膜形成的压力会影响测量结果，同时测量结果易受操作者主观影响，其测量精度低、速度慢、效率低。基于相干光干涉的测量方法通过测量眼角膜和视网膜反射和散射回光干涉信号实现测量，相比于基于超声的测量方法具有较高的测量准确度和可靠性，但是测量存在致密核白内障的人眼以及存在眼科疾病的人眼时，依旧存在着测量准确度较低、数值重复性较差和测量错误率较高等问题。基于oct的测量方法具有测量准确度较高、数值重复性较高和测量错误率较低等优点，对干涉信号进行处理后获得眼角膜和视网膜的图像，相比于超声测量方法具有如下特点：①在测量时不需要与待测眼角膜接触，因此不需要进行表面麻醉，避免了患者不适，同时降低了眼角膜磨损或感染的风险；②有着更好的测量重复性和更高的轴向分辨率（为±0.01mm，相对于超声测量方法的±0.lmm）；③可以用于不同状态眼的眼轴长度测量，如不同材料的人工晶状体眼、硅油眼等；④由于不需要医师直接使用探头，因此人为干扰因素大大减少，避免了测量时因操作人员不同而导致的个体差异。相较于传统的相干光干涉测量法，基于oct的测量方法具有如下特点：①oct采用低相干光源，在输出的干涉谱图中会出现一个光强的极大值，这个极大值对应的条纹称作中央条纹：只有当测量臂与参考臂两臂光程差小于光源相干长度时，在输岀端才会得到干涉图像。可以通过这个特点来标定中心条纹的位置，通过测量两臂光程差的变化来实现对目标物理量的测量；②基于低相干光源的oct系统主要测量误差来自于中央条纹的定位精度。通过利用具有较宽谱线宽度的光源可以提髙定位精度。光源的谱线宽度越宽其相干性就越差，干涉谱就会越窄，这样中央条纹的位置更容易定位，具有高分辨率和高灵敏度的技术优势；③实际输岀的干涉信号的情况还与系统光源的输岀功率稳定度、端面反射效果、光纤耦合器以及其他设备的损耗、光纤的弯曲抖动等因素有关，目前的技术水平这些参数可以满足眼科应用需求。因此，基于oct的测量方法已经成为目前眼前节和视网膜测量领域中研究和应用的重点和热点，具有实时性、高精度和非接触的特点。
7、但是基于oct的测量方法由于采用宽带光源和光谱仪构建系统，宽带光源波长和光谱仪的光栅分辨率、光谱采集相机分辨率等限制，导致其干涉长度较短，成像深度受到限制。为了提高oct系统的成像范围，zhou等就提出了一种基于双参考臂和双聚焦点的oct系统并用于眼前节成像，通过双参考臂和双聚焦点将两部分光束分别聚焦在眼角膜和晶状体底部，对整个眼前节成像，该研究将双参考臂方法应用到了眼前节成像，能够实现眼角膜及晶状体前后表面成像，证明了多参考臂方法在人眼长距离成像和测量应用中的前景，为眼轴长测量提供了新的研究方向。zhu等针对oct成像灵敏度随深度指数下降的问题提出了一种可选择参考臂的oct系统，同样为双参考臂形式，通过扫描振镜改变光路实现双参考臂切换。ruggeri等为实现人眼成像提出了一种三参考臂sd-oct系统，通过图像拼接实现人眼成像。fan等提出了一种双光源和双参考臂sd-oct系统，此系统使用了中心波长分别为840nm和1050nm的光源，将不同光源的焦点分别聚焦在眼角膜和视网膜上，实现人眼成像。oct系统虽然能够实现人眼成像，但需要多个参考臂拼接或动态聚焦或多焦点或增加移动机构改变光程等复杂方式才能实现眼角膜和视网膜的全面测量，增加了系统复杂度并且参考臂过多容易引入系统误差，进而导致测量误差。
技术实现思路
1、本发明要解决现有技术中的oct系统干涉长度较短，成像深度受到限制的技术问题，提供一种眼角膜和视网膜同步测量的光学相干层析成像装置。
2、为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：
3、一种眼角膜和视网膜同步测量的光学相干层析成像装置，包括：低相干光源、光纤耦合器、参考臂、测量臂以及光谱仪；所述低相干光源发出的光经过所述光纤耦合器后分为二路，其中的一路进入所述参考臂，另一路进入所述测量臂；由所述参考臂和所述测量臂返回的光经过所述光纤耦合器后进入所述光谱仪；
4、所述参考臂在光路方向上依次包括：参考臂准直透镜、消色散玻璃和聚焦透镜以及参考臂反射镜；
5、所述测量臂包括：眼角膜支路和视网膜支路；
6、所述视网膜支路在光路方向上依次包括：第一透镜、扫描振镜、第二透镜、分束元件、第三透镜、第四透镜、合束元件和第五透镜；
7、所述眼角膜支路在光路方向上依次包括：所述第一透镜、所述扫描振镜、所述第二透镜、所述分束元件、第一反射镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第二反射镜、所述合束元件和所述第五透镜；其中，所述第一透镜、所述扫描振镜、所述第二透镜、所述分束元件、所述合束元件和所述第五透镜为所述眼角膜支路和所述视网膜支路共用；
8、光经过所述眼角膜支路和所述视网膜支路后到达待测眼睛，经反射后再分别由所述眼角膜支路和所述视网膜支路返回；在所述视网膜支路中，所述扫描振镜与待测眼睛的光瞳共轭；在所述眼角膜支路中，所述扫描振镜与第五透镜共轭；
9、所述参考臂反射镜反射回的参考光束与待测眼睛不同深度界面反射回的探测光束在所述光纤耦合器中汇合并由所述光谱仪接收，所述参考臂与所述测量臂之间的光程差在光源的一个相干长度范围内发生干涉，最后进入所述光谱仪进行同步成像。
10、在上述技术方案中，所述测量臂中的两路光在空气中的光程差在0.5mm至2mm之间。
11、在上述技术方案中，所述分束元件和所述合束元件分别为：反射镜或者半反半透元件；
12、如果是反射镜则一个扫描时刻入射至反射镜反射进入眼角膜支路，另一个扫描时刻偏离反射镜透射进入视网膜支路；如果是半反半透元件则发射光进入眼角膜支路，透射光进入视网膜支路。
13、在上述技术方案中，所述分束元件和/或所述合束元件为：d型反射镜、交替出现反射透射面的条纹状反射透射镜片、半反半透片或分波片。
14、在上述技术方案中，所述低相干光源为800~1100nm波长范围的超连续谱发光二极管（sld）光源。
15、在上述技术方案中，所述分束元件与所述第一反射镜之间的光线路径长度为c2，所述合束元件与所述第二反射镜之间的光线路径长度为c1，则：c1与c2之和与待测眼睛的眼轴长度相当。
16、在上述技术方案中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜以及所述第八透镜分别为直径小于12.7mm的双胶合透镜。
17、在上述技术方案中，所述第三透镜、所述第四透镜、所述第六透镜、所述第七透镜、所述第八透镜的直径分别为所述第二透镜和/或所述第五透镜的一半以下。
18、在上述技术方案中，所述扫描振镜在x方向的扫描步长满足横向分辨率的一半，在y方向的扫描步长满足每一步等于所述合束元件上所述眼角膜支路光束的直径。
19、在上述技术方案中，所述光谱仪用来通过同步采集的干涉图像，得到待测眼睛的眼角膜、前房、晶状体以及视网膜的干涉信号峰之间的距离，得到眼轴参数。
20、本发明具有以下有益效果：
21、本发明的眼角膜和视网膜同步测量的光学相干层析成像装置，只需要增加一个分束元件和一个合束元件，使用单个参考臂即可实现眼角膜和视网膜的成像，无需额外增加动态聚焦、光程调节机构和多个参考臂，最终进入一个光谱仪成像，通过优化的光学设计实现眼角膜和视网膜同步测量，无额外昂贵光学元件和电子设备，成本低。
22、本发明的眼角膜和视网膜同步测量的光学相干层析成像装置，眼角膜和视网膜同步测量，两路共用一个扫描振镜，通过一次测量后的数据处理即可得到眼轴参数信息。
23、本发明的眼角膜和视网膜同步测量的光学相干层析成像装置，具有高速度，扫描振镜一次扫描即可完成测量，时间在秒级。
24、本发明的眼角膜和视网膜同步测量的光学相干层析成像装置，兼容性好，可应用于任意谱域oct和扫频源oct。
1.一种眼角膜和视网膜同步测量的光学相干层析成像装置，其特征在于，包括：低相干光源、光纤耦合器、参考臂、测量臂以及光谱仪；所述低相干光源发出的光经过所述光纤耦合器后分为二路，其中的一路进入所述参考臂，另一路进入所述测量臂；由所述参考臂和所述测量臂返回的光经过所述光纤耦合器后进入所述光谱仪；
2.根据权利要求1所述的眼角膜和视网膜同步测量的光学相干层析成像装置，其特征在于，所述测量臂中的两路光在空气中的光程差在0.5mm至2mm之间。
3.根据权利要求1所述的眼角膜和视网膜同步测量的光学相干层析成像装置，其特征在于，所述分束元件和所述合束元件分别为：反射镜或者半反半透元件；
4.根据权利要求3所述的眼角膜和视网膜同步测量的光学相干层析成像装置，其特征在于，所述分束元件和/或所述合束元件为：d型反射镜、交替出现反射透射面的条纹状反射透射镜片、半反半透片或分波片。
5.根据权利要求1所述的眼角膜和视网膜同步测量的光学相干层析成像装置，其特征在于，所述低相干光源为800~1100nm波长范围的超连续谱发光二极管光源。
6.根据权利要求1所述的眼角膜和视网膜同步测量的光学相干层析成像装置，其特征在于，所述分束元件与所述第一反射镜（m1）之间的光线路径长度为c1，所述合束元件与所述第二反射镜（m2）之间的光线路径长度为c2，则：c1与c2之和与待测眼睛的眼轴长度相当。
7.根据权利要求1所述的眼角膜和视网膜同步测量的光学相干层析成像装置，其特征在于，所述第一透镜（l1）、所述第二透镜（l2）、所述第三透镜（l3）、所述第四透镜（l4）、所述第五透镜（l5）、所述第六透镜（l6）、所述第七透镜（l7）以及所述第八透镜（l8）分别为直径小于12.7mm的双胶合透镜。
8.根据权利要求1所述的眼角膜和视网膜同步测量的光学相干层析成像装置，其特征在于，所述第三透镜（l3）、所述第四透镜（l4）、所述第六透镜（l6）、所述第七透镜（l7）、所述第八透镜（l8）的直径分别为所述第二透镜（l2）和/或所述第五透镜（l5）的一半以下。
9.根据权利要求1所述的眼角膜和视网膜同步测量的光学相干层析成像装置，其特征在于，所述扫描振镜在x方向的扫描步长满足横向分辨率的一半，在y方向的扫描步长满足每一步等于所述合束元件上所述眼角膜支路光束的直径。
10.根据权利要求1-9中的任意一项所述的眼角膜和视网膜同步测量的光学相干层析成像装置，其特征在于，所述光谱仪用来通过同步采集的干涉图像，得到待测眼睛的眼角膜、前房、晶状体以及视网膜的干涉信号峰之间的距离，得到眼轴参数。
