技术领域
[0001] 本
申请涉及仪器检测技术领域，尤其涉及一种用于眼科光学成像与生物参数测量仪的校准工具及其使用方法。
背景技术
[0002]
眼底光学成像通过二维或三维成像技术获得人眼结构信息，以其无创高
精度的优势被广泛应用于临床诊断。眼底成像诊断设备主要包括眼后节光学相干
断层扫描仪、
眼底照相机等，以及含有眼底照相功能的
光学相干断层扫描仪、眼科光学生物测量仪等设备。眼底成像医疗设备的最大可测视场
角影响到可成像范围，
分辨率决定了最小可分辨的结构尺寸，它们是表征设备测量及诊断能
力的重要参数；深度测量准确度关系到眼底
视网膜以下结构的厚度测量的准确性；眼轴长测量准确度影响到眼科光学手术尤其是
白内障的效果；
信噪比大小影响到成像
质量的好坏。这些指标对最终诊断结果的有效性和可靠性产生影响，因此需要一种校准工具或标准器对该类成像设备进行测试，进而评价其视场角、横向分辨率、轴向分辨率、深度测量能力、信噪比、眼轴长测量准确性。目前尚无可以检测或校准眼科仪器的上述参数的单一校准工具。
[0003] ISO标准16971给出了一种眼后节光学相干断层扫描仪的标准及校准工具，涉及的参数主要有分辨率、视场角、深度测量、信噪比等。图1是ISO标准16971给出的校准工具的结构示意图。如图1所示，该校准工具包括透镜101、光阑102、长度为17mm的镜筒103、细丝104、中性
密度滤光片105、厚度为1mm的玻璃片106和刻度尺107。刻度尺107的刻度直接用于OCT仪器视场角的检测。然而，实际OCT成像扫描并非平面，尤其是大视场角成像时。因此，ISO标准16971给出的校准工具只适合傍轴小角度检测，不能满足OCT几十度视场角检测的要求。因此在实际检测中，该校准工具对OCT参数的检测并不实用，有待改进。
[0004] 李宁等人在《中国医疗器械信息》2017年13期的论文《眼底照相机光学性能检测中难点及解决方案研究》详细分析了眼底相机设备检测的难点。眼底相机的国际标准IS010940“眼科仪器眼底照相机”给出的分辨率、视场角等测量方法是在距离眼底照相机1米
位置处放置刻度尺，通过读取的长度计算出视场角。然而，实际检测中，眼底相机对1米远处的刻度尺分辨率较低，视场边缘的图像畸变和导致的模糊使得难以读取数值结果。IS010940给出的检测方法并不实用。
[0005] CN107647845A“一种用于眼底检测的模型眼及其使用方法”设计了一种由透镜加带有视场角标尺和分辨率底片的模型眼，用于眼底相机检测。该
发明的视场角标尺和分辨率线对在底片上，实际研
制模型眼时底片与模型眼的精确对准难以控制，那么视场角的测量精度就难以保障了；该发明的分辨率线对仅能用于横向二维分辨率检测，不能检测轴向分辨率。
发明内容
[0006] 为了解决现有单一校准工具无法检测或校准眼科成像设备与眼科生物参数测量仪的视场角、分辨率、深度测量、眼轴长和信噪比等参数的问题，本发明公开了一种用于眼科光学成像与生物参数测量仪的校准工具及其使用方法，其检测范围
覆盖视场角、横向分辨率、轴向分辨率、深度测量、眼轴长和信噪比等参数，一具多用，可用于眼科光学成像与生物参数测量仪的检测和校准。
[0007] 根据本发明的第一方面，提供了一种用于眼科光学成像与生物参数测量仪的校准工具，其包括：
[0008] 第一透镜，其具有第一曲面和第一平面；
[0009] 第二透镜，其具有第二曲面以及平行的第二平面和第三平面；以及[0010] PDMS模体，其内部具有均匀分布的分辨率测试微球，
[0011] 其中，所述第一平面和所述第二平面贴合在一起，所述PDMS模体贴合在所述第三平面和一部分所述第二曲面上，在所述第三平面与所述PDMS模体之间设置有空室，且所述第一透镜、所述第二透镜、所述PDMS模体和所述空室关于共同的轴线对称，[0012] 其中，所述第一透镜的
曲率半径小于所述第二透镜的
曲率半径，
[0013] 其中，在所述第二曲面与所述PDMS模体之间设置有视场角标尺和分辨率线对图案，并且在所述第三平面上设置有
图像配准细线。
[0014] 在一
实施例中，所述视场角标尺和所述分辨率线对图案是通过在所述第二曲面内或在所述PDMS模体内形成凹槽且在所述凹槽内填充可
固化液体而形成的，其中，所述可固化液体在固化后相对于所述第二透镜和所述PDMS模体的
对比度大于预设
阈值。
[0015] 在一实施例中，所述校准工具的有效焦距在8-22mm范围内。
[0016] 在一实施例中，所述第二透镜的曲率半径在7-30mm范围内。
[0017] 在一实施例中，所述视场角标尺呈花瓣型分布，且关于所述第三平面的圆心对称，每个花瓣包含多个同心弧线、两条分界边线以及所述分界边线的角分线，所述同心弧线为2-20个，覆盖的视场角为2-180度，每两个相邻的同心弧线之间对应的视场角的角度值相等，且所述角分线上设置有与所述角分线垂直的短线作为视场角细分刻度线。
[0018] 在一实施例中，所述分辨率线对图案分布于所述视场角标尺的每两个花瓣之间，且关于所述第三平面的圆心对称，所述分辨率线对图案包括25lp/mm、40lp/mm、60lp/mm、80lp/mm和100lp/mm的组合，且所述视场角标尺的每两个花瓣之间包括多个所述组合。
[0019] 在一实施例中，所述第三平面上具有
定位标志。
[0020] 在一实施例中，所述分辨率测试微球的直径范围为10nm-2μm，且相邻微球的球心间距大于2倍的微球直径。
[0021] 在一实施例中，所述空室形成于所述第三平面的中心处或所述PDMS模体的中心处，且所述空室的深度范围为300μm-3mm。
[0022] 根据本发明的第二方面，提供了一种上述校准工具的使用方法，其包括：
[0023] 将所述校准工具的第一曲面正对待检眼科光学成像与生物参数测量仪放置在其测量位置，调整所述校准工具的位置及角度，先使其光轴与所述眼科光学成像与生物参数测量仪的光轴重合并清晰成像；
[0024] 将所述眼科光学成像与生物参数测量仪设置为线扫描模式，使其扫描预览线与所述校准工具的所述图像配准细线在角度、x方向和y方向上保持一致，检查所述眼科光学成像与生物参数测量仪的扫描
信号，使所述扫描信号能显示所述图像配准细线的完整的长度；
[0025] 使所述视场角标尺的中心与所成像图像的中心重合，再绕光轴旋转所述校准工具，使两条视场角标尺分别平行于所成像图像的x方向和y方向；
[0026] 将不同y位置得到的全部xz图像组合在一起，得到xyz三维图像，并通过所得到的三维图像获得xy二维图像；
[0027] 在xy图像上读取所述校准工具的视场角标尺读数，得到所述眼科光学成像与生物参数测量仪的x方向和y方向的成像视场角；
[0028] 读取xy图像上能分辨的最小分辨率线对，得到所述眼科光学成像与生物参数测量仪的非中心视场的横向分辨率；
[0029] 读取三维图像上分辨率微球对应的点扩展函数在x、y、z方向的半高宽，得到所述眼科光学成像与生物参数测量仪在不同深度处的中心视场区域及非中心视场区域的横向分辨率和轴向分辨率；
[0030] 在xz图像上得到所述空室的z方向深度测量值；
[0031] 读取xz图像上所述第一曲面与所述第三平面之间的距离，得到眼轴长测量值；以及
[0032] 在所述眼科光学成像与生物参数测量仪和所述校准工具之间插入中性密度滤光片，测试所述PDMS模体，统计其内部不同深度处所述分辨率测试微球的信号光强及背景噪声信号，得到信噪比随深度变化的曲线。
[0033] 与
现有技术相比，本发明的上述各个方面可以具有如下优点或有益效果：
[0034] 单一校准工具涵盖视场角、分辨率、深度测量、眼轴长、信噪比等多参数检测功能，使用起来简单方便。
[0035] 本发明的其它特征和优点将在随后的
说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、
权利要求书以及说明书
附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0036] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
[0037] 在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，并且附图是示意性的，并不一定按照实际的比例绘制。
[0038] 图1是ISO标准16971给出的校准工具的结构示意图。
[0039] 图2是根据本发明一实施例的用于眼科光学成像与生物参数测量仪的校准工具的结构示意图。
[0040] 图3是根据本发明一实施例的第二透镜的后表面的平面展开图。
[0041] 图4是根据本发明一实施例的分辨率线对图案的示意图。
[0042] 图5是根据本发明另一实施例的用于眼科光学成像与生物参数测量仪的校准工具的结构示意图。
具体实施方式
[0043] 以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
[0044] 同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。
[0045] 如上所述，本发明公开了一种用于眼科光学成像与生物参数测量仪的校准工具及其使用方法，其检测范围覆盖视场角、横向分辨率、轴向分辨率、深度测量、眼轴长和信噪比等参数。
[0046] 图2是根据本发明一实施例的用于眼科光学成像与生物参数测量仪的校准工具的结构示意图。其中，图2的左半部分为该校准工具的整体结构示意图，而图2的右半部分为左半部分中的椭圆框中的结构的放大视图，以更清楚地显示该校准工具的结构。该校准工具又可以称为模拟眼。
[0047] 如图2所示，该校准工具从前到后(图2中从左到右)依次包括第一透镜201、第二透镜202和PDMS(聚二甲基
硅氧烷)模体203。第一透镜201为平凸透镜，其前表面为曲面，其后表面为第一平面207。第二透镜202为削去部分球冠的平凸透镜，其前表面为第二平面204，后表面包括第三平面205和曲面部分206。显而易见，第一平面207、第二平面204和第三平面205均为圆形平面，且三者是平行的。PDMS模体203内部设置有均匀分布的分辨率测试微球
209。在第三平面205与PDMS模体203之间设置有空室210。
[0048] 第一平面307和第二平面204贴合在一起，PDMS模体203贴合在第三平面205和曲面部分206的一部分上。第一透镜201、第二透镜202、PDMS模体203和空室210关于共同的轴线对称，该轴线即图2中的
水平虚线。
[0049] 如图2所示，第一透镜201的曲率半径小于第二透镜202的曲率半径，即，第一平面207面积小于第二平面204。
[0050] 在一实施例中，所述校准工具的有效焦距在8-22mm范围内。例如，所述校准工具的有效焦距可以为17mm。
[0051] 在一实施例中，第二透镜202的曲率半径在7-30mm范围内。例如，第二透镜202的曲率半径为8.8mm。
[0052] PDMS模体203内部设置的分辨率测试微球209可用于测量中心视场区域的三维分辨率。分辨率测试微球209的直径范围为10nm-2μm，例如为0.5μm，且相邻微球的球心间距大于2倍的微球直径。分辨率测试微球209的直径过小则信噪比过低，直径过大则点扩展函数过宽，使得测试结果不能反映待检仪器的真实分辨率情况。相邻微球的球心间距过小时，相邻微球的点扩展函数
叠加；相邻微球的球心间距过大时，一个成像
视野内的点数过少。通过限制微球直径大小在10nm-2μm范围内，且相邻微球的球心间距大于2倍的微球直径，能实现较高的信噪比、易于在成像视野范围内快速找到微球图像、且可以得到能反应待检仪器水平的点扩展函数。
[0053] 第三平面205与PDMS模体203之间的空室210可用于检测待检仪器的轴向深度小尺寸测量的准确性。通过测量空室210的深度即可获取相关信息。在图2所示的实施例中，空室210形成于第三平面205的中心处。例如，空室210可以为圆柱体形或长方体形等。空室210的深度可在300μm-3mm范围内选择一个或多个数值，例如1mm。
[0054] 为了更清楚地显示第二透镜202的后表面，现进一步参考图3。图3是根据本发明一实施例的第二透镜的后表面的平面展开图。如图2及图3所示，在第二透镜202的曲面部分206与PDMS模体203之间设置有视场角标尺208和分辨率线对图案306。在图2所示的实施例中，视场角标尺208和分辨率线对图案306形成于第二透镜202的曲面部分206内。具体而言，视场角标尺208和分辨率线对图案306是通过在第二透镜202的曲面部分206内形成凹槽且在所述凹槽内填充可固化液体而形成的。当可固化液体固化后，就形成了稳定的视场角标尺208和分辨率线对图案306。为了看清这些图案，可固化液体固化后相对于第二透镜202和PDMS模体203的对比度应大于预设阈值，以使人眼能看清为准。可通过激光
刻蚀的方式加工所述凹槽，从而使得凹槽可灵活设置、位置精度高、结构稳定。
[0055] 图3中，除了整体示出第二透镜202的后表面外，还放大地示出了第二透镜202的第三平面205和部分视场角标尺208。本发明通过将视场角标尺设计在曲面上，可以检测大角度视场角测量的准确性，更具实用性。
[0056] 如图3所示，视场角标尺208呈花瓣型分布，且关于第三平面205的圆心对称。每个花瓣包含多个同心弧线301、两条分界边线302以及分界边线302的角分线303。
[0057] 同心弧线301为视场角粗分刻度线。每两个相邻的同心弧线301之间对应的视场角的角度值相等，且角分线303上设置有与角分线垂直的短线304、305作为视场角细分刻度线。短线304、305长度不等地间隔设置，这样便于读数定位。
[0058] 在一实施例中，同心弧线301的个数可以为2-20个，可覆盖的视场角可为2-180度。在一特定实施例中，同心弧线301的个数为18个，覆盖的视场角为72度。此时，每两个相邻的同心弧线301之间对应的视场角的角度为2度。附加地，每两个相邻的同心弧线301之间设置
10个短线304、305，由此每两个相邻的短线之间对应的视场角的角度为0.2度。
[0059] 进一步参考图3，在视场角标尺208的每两个花瓣之间的空白处设置分辨率线对图案306，用于测量非中心视场的横向分辨率。分辨率线对图案306同样关于第三平面205的圆心对称。分辨率线对图案306包括25lp/mm、40lp/mm、60lp/mm、80lp/mm和100lp/mm的组合，且视场角标尺208的每两个花瓣之间包括多个所述组合。图4是根据本发明一实施例的分辨率线对图案的示意图。
[0060] 在一实施例中，进一步参考图3，第二透镜202的第三平面205上设置有图像配准细线310，用于眼底预览图像及扫描图像的配准。图像配准细线310的直径可以为50-200μm，优选为100μm。第三平面205上还设置有视场中心内环308、视场中心外环309和定位标志307。定位标志307有利于根据其与图像的对应关系快速找到所述校准工具的方位。
[0061] 图5是根据本发明另一实施例的用于眼科光学成像与生物参数测量仪的校准工具的结构示意图。其中，图5的左半部分为该校准工具的整体结构示意图，而图5的右半部分为左半部分中的圆框和椭圆框中的两处结构的放大视图，以更清楚地显示该校准工具的结构。
[0062] 与图2所示的实施例类似，图5所示的校准工具包括：第一透镜501、第二透镜502和PDMS模体503。第一透镜501为平凸透镜，其前表面为曲面，其后表面为第一平面507。第二透镜502为削去部分球冠的平凸透镜，其前表面为第二平面504，后表面包括第三平面505和曲面部分506。PDMS模体503内部设置有均匀分布的分辨率测试微球509。
[0063] 图5所示的实施例与图2所示的实施例的一个区别在于，在图5所示的实施例中，视场角标尺508和分辨率线对图案(未示出)形成于PDMS模体503内。具体而言，视场角标尺508和分辨率线对图案是通过在PDMS模体503内形成凹槽且在所述凹槽内填充可固化液体而形成的。当可固化液体固化后，就形成了稳定的视场角标尺508和分辨率线对图案。同样地，可固化液体固化后相对于第二透镜502和PDMS模体503的对比度应大于预设阈值，以使人眼能看清为准。
[0064] 图5所示的实施例与图2所示的实施例的另一区别在于，在图5所示的实施例中，空室510形成于PDMS模体503的中心处。
[0065] 图5所示的实施例的其他特征与图2所示的实施例类似，在此不再赘述。
[0066] 需要说明的是，虽然在图2所示的实施例中，视场角标尺208、分辨率线对图案306和空室210均形成于第二透镜202中，而在图5所示的实施例中，视场角标尺508、分辨率线对图案和空室510均形成于PDMS模体503中，但是，本发明同样可以实施为视场角标尺、分辨率线图案和空室形成于不同部件中的方案。例如，视场角标尺和分辨率线图案形成于第二透镜中，而空室均形成于PDMS模体中。
[0067] 已经描述了根据本发明的用于眼科光学成像与生物参数测量仪的校准工具的具体结构。本领域技术人员显而易见的是，上述的各种数字/数量均不是限制性的，而是示例性的，可以对其作出改变。
[0068] 下面具体描述根据本发明的用于眼科光学成像与生物参数测量仪的校准工具的使用方法，该方法包括以下步骤。
[0069] 第一步，将所述校准工具的第一曲面正对待检眼科光学成像与生物参数测量仪放置在其测量位置，调整所述校准工具的位置及角度，先使其光轴与所述眼科光学成像与生物参数测量仪的光轴重合并清晰成像。
[0070] 第二步，将所述眼科光学成像与生物参数测量仪设置为线扫描模式，使其扫描预览线与所述校准工具的所述图像配准细线在角度、x方向和y方向上保持一致，检查所述眼科光学成像与生物参数测量仪的扫描信号，使所述扫描信号能显示所述图像配准细线的完整的长度。
[0071] 第三步，使视场角标尺的中心与所成像图像的中心重合，再绕光轴旋转所述校准工具，使两条视场角标尺分别平行于所成像图像的x方向和y方向。
[0072] 第四步，将不同y位置得到的全部xz图像组合在一起，得到xyz三维图像，并通过所得到的三维图像获得xy二维图像。
[0073] 第五步，在xy图像上读取所述校准工具的视场角标尺读数，得到所述眼科光学成像与生物参数测量仪的x方向和y方向的成像视场角。
[0074] 第六步，读取xy图像上能分辨的最小分辨率线对，得到所述眼科光学成像与生物参数测量仪的非中心视场的横向分辨率。
[0075] 第七步，读取三维图像上分辨率微球对应的点扩展函数在x、y、z方向的半高宽，得到所述眼科光学成像与生物参数测量仪的在不同深度处的中心视场区域及非中心视场区域的横向分辨率和轴向分辨率。
[0076] 第八步，在xz图像上得到所述空室的z方向深度测量值。
[0077] 第九步，读取xz图像上所述第一曲面与所述第三平面之间的距离，得到眼轴长测量值。
[0078] 第十步，在所述眼科光学成像与生物参数测量仪和所述校准工具之间插入中性密度滤光片，测试所述PDMS模体，统计其内部不同深度处所述分辨率测试微球的信号光强及背景噪声信号，得到信噪比随深度变化的曲线。
[0079] 根据本发明的用于眼科光学成像与生物参数测量仪的校准工具的检测范围覆盖了视场角、横向分辨率、轴向分辨率、深度测量、眼轴长、信噪比等参数，一具多用，可用于检测眼后节光学相干断层扫描仪等眼科光学成像与生物参数测量仪的检测和校准。目前国内尚无校准工具可检测或校准检测眼科光学成像设备的轴向分辨率和深度测量这两项参数，乃至更多参数，而根据本发明的校准工具则可实现对这些参数测量。
[0080] 应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。说明书中提到的“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语或“实施例”并不一定均指同一个实施例。
[0081] 此外，所描述的特征或特性可以任何其他合适的方式结合到一个或多个实施例中。在上面的描述中，提供一些具体的细节，例如厚度、数量等，以提供对本发明的实施例的全面理解。然而，相关领域的技术人员将明白，本发明无需上述一个或多个具体的细节便可实现，或者也可采用其它方法、组件、材料等实现。
[0082] 虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种
修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。
