人眼视网膜微血管的高对比度成像研究

CIOMP OpenIR

	人眼视网膜微血管的高对比度成像研究
	韩国庆
学位类型	博士
导师	穆全全 ; 曹召良
	2018
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位名称	博士
关键词	自适应光学视网膜微血管液晶波前校正器可见光成像眼视光学
摘要	人体内分泌及其他一些引起血液成分发生变化的疾病,例如高血压、糖尿病、肾病等,会引起血管的形态变化。人眼视网膜微细血管作为人体唯一可以进行无创检查的血管,直径最小的大约4~6微米,它的高分辨率成像能够为重大疾病的早期诊断提供依据。但是,由于人眼像差的存在,目前的主要眼底检查设备的成像分辨率只能达到约20微米,无法在疾病早期就观察到微细血管的轻微形态变化。自适应光学技术能够实时探测和校正像差,在瞳孔直径6 mm的条件下,成像分辨率能够达到约3微米。鉴于近红外光的低敏感度和高反射率优势,研究者们多采用近红外光作为视网膜微血管成像光源,但对比度低成为微血管近红外成像的重大缺陷。因此,本文采用可见光作为成像光源,设计搭建了基于液晶自适应光学的人眼视网膜微血管显微成像系统。针对近红外成像对比度低的问题,将成像光源更换为可见光,理论计算了不同直径血管在不同波长下所能达到的成像对比度,综合考虑照明安全、人眼敏感度、成像对比度因素,将成像光源波长设定为589 nm,并计算了此波长照明下的最大允许曝光量。对于探测光源,选择敏感度更低、反射率更好的近红外光。不同波长下的人眼等晕区大小不同,导致成像视场的设定也不同,研究了人眼等晕角的波长依赖性,据此将589nm成像视场设定为0.9度。计算了589 nm校正人眼像差时,液晶波前校正器像素数的最低要求,选择了像素数256*256的校正器校正像差。提出了先近红外连续成像进行血管定位,之后切换可见光进行成像的方案。使用近红外光作为探测光源,在成像支路耦合两种波长的光(近红外808nm和可见光589 nm)来实现方案。由于探测和校正的波长不一致,成像会引入轴向色差,实验结果表明仅仅补偿人眼轴向色差中的离焦项,直径12微米以上的血管可清晰成像,以下的血管无法清晰成像。可能的原因是人眼的轴向色差中存在一定程度高阶成分。针对以上问题,测量了多只人眼在589 nm和808 nm波长下同一时刻的波前差,即轴向色差。结果表明排除离焦项后,高阶成分的波前RMS值大约0.23λ~0.31λ(λ=589 nm),此时可获得的成像分辨率在6.6μm~13.2μm,与之前的成像结果基本一致。进一步的分析发现,对于同一只人眼,若以某一时刻的色差作为补偿项进行校正的预补偿,剩余的色差只剩0.16λ左右,此时分辨率能够达到4.4μm~6μm。在此后的成像实验中,通过上述办法成功获得6μm直径的清晰微细血管可见光图像。为了进一步提升系统分辨率,将探测光源的波长也设定为可见光,与成像光源保持一致。设计了用于成像的单光源自适应光学系统,改变了原先的照明控制方法,使用高速机械光开关和光源外触发进行配合,实现探测和校正的分时照明,并对整个系统的时序进行了调整,能够实现微血管的近红外和可见光成像。成像结果显示调整后的系统能够将直径4μm的血管清晰分辨出来。对获得的可见光图像的对比度进行计算后发现,未处理的原图能够达到0.1以上,是近红外的近5倍。经过简单的伽玛变换和灰度线性变换处理后,能够达到近0.4。这能够为医生提供质量更高的图像,且由于不需要复杂后期处理,能大大缩短诊断周期。
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/61680
专题	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	韩国庆. 人眼视网膜微血管的高对比度成像研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2018.

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人眼视网膜微血管的高对比度成像研究.ca（7312KB）	学位论文		开放获取	CC BY-NC-SA	请求全文