一种基于OCT的眼轴多点测量方法

本公开涉及但不限于眼轴测量，尤其涉及一种基于oct的眼轴多点测量方法。

背景技术：

1、常用的眼轴测量分为超声测量和光学测量两大类。超声测量原理是眼部a超通过探头发射超声波，超声波穿过角膜、视网膜等眼部组织，超声波与眼部组织的界面发生反射，形成回波信号。这些回波信号被接收器捕获。根据发射和接收的超声波信号之间的时间差和声速，设备可以计算出眼轴长度。但超声测量由于需要接触眼表，测量精度低且无可视化眼部图像，逐渐被光学测量法取代。光学测量方法主要利用光的干涉原理进行眼轴测量。

2、光学相干断层成像技术分为时域oct和傅里叶域oct技术，时域oct技术由于扫描时参考镜需要机械移动，从而限制了成像速度，另外时域oct的干涉受到相干长度的限制，成像信噪比性能较低，故目前主流生物学测量oct技术均采用傅里叶域oct技术。傅里叶域oct的光谱测量有两种方式：一种是利用光栅将干涉信号按波长分开，并采用线阵电荷耦合器件同时测量不同波长的干涉信号，在空间域上分频谱，称为谱域oct；另一种是采用波长可扫描输出的扫频光源，每一时刻输出单波长光，采用点探测ccd探测单一波长的干涉信号，在时间域上分频谱。在采集图像时，同过移动参考镜，分别对眼前节和眼后节进行成像，拼接后得到全眼断层图像，再根据像素点和分辨率获得眼轴长。在光路设计上，由于传统眼轴测量仅关注角膜前表面到黄斑中心凹处的距离，故眼后节成像往往聚焦于黄斑中心凹处，成像得到一个平直的眼底图像，测量眼轴时，也仅提取黄斑中心凹处与角膜前表面的位置信息进行计算得到。

3、传统的眼轴长度测量方法主要依赖于超声测量技术，特别是a超声技术。a超声技术通过高频声波在眼部组织中的传播来测量眼轴长度，其原理是利用声波在不同组织界面处的反射和折射来计算光程差，并最终得出眼轴长度。尽管这种技术在临床上已得到广泛应用，且具有一定的测量精度，但其仍然存在一些不可忽视的缺陷。首先，超声测量需要接触眼球表面，这不仅给患者带来不适，还可能增加感染的风险。其次，超声测量对操作人员的依赖性较强，测量结果容易受到人为因素的影响，从而导致重复性和准确性较差。此外，超声技术在测量过程中容易受到角膜和晶状体的干扰，尤其在处理复杂眼部结构如病变或手术后的眼球时，其测量精度受到较大限制。

技术实现思路

1、本公开在于提供基于一种基于oct的眼轴多点测量方法，显著提高了眼轴长度测量的精度、可靠性和适应性。

2、为了解决上述问题，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种基于oct的眼轴多点测量方法，所述方法包括：

4、步骤1：光源发射激光，光纤耦合器接收激光并将其分光，得到第一分光和第二分光；第一分光进入参考光路，第二分光进入样品光路；

5、步骤2：参考光路中的光被参考镜反射，样品光路中的光在人眼组织中被反射；两束反射光都返回到光纤耦合器，在光纤耦合器中，两束反射光生干涉，产生干涉信号；

6、步骤3：探测器接收干涉信号，将干涉信号传输至计算机；同时，获取人眼组织的全眼断层图像，发送至计算机；计算机接收到干涉信号后，基于全眼断层图像，使用干涉信号生成灰度图像，对生成的灰度图像进行分析，计算眼轴长度。

7、进一步的，在获取全眼断层图像时，使用sld光源或长相干扫频光源；在使用sld光源时，移动参考光路反射镜，分别成像眼前节和眼后节，然后拼接，得到全眼断层图像；在使用长相干扫频光源时，直接获取全眼断层图像；在得到全眼断层图像后，提取角膜前表面中心和黄斑区5mm范围的位置信息，进行数据处理后，得到角膜前表面中心到黄斑区5mm范围各点位置的长度信息，选取最大值作为眼轴的最佳参考值。

8、进一步的，在样品光路中，设置测量探头；所述测量探头用于控制和引导第二分光进入被测量的人眼组织中；所述测量探头可以在x轴方向和y轴方向上移动；通过移动测量探头使得第二分光的中心对准人眼组织中的瞳孔中心，保证第二分光穿过角膜映光点并使角膜映光点呈现在窗口正中。

9、进一步的，步骤1中的光源为多模态光源；所述光源在发射激光时，通过波长调制来增加深度分辨率，公式如下：

10、

11、其中，λ(t)为通过波长调制后得到的激光的时变波长；λ0＝850nm，为中心波长；an＝10-nnm，为各个模态的振幅；n为模态数量；ωn＝2πn·106rad/s，为各模态的角频率；为初始相位；σn＝10-3-ns，为各模态对应的高斯包络的标准差；t为时间，单位为秒；s代表秒。

12、进一步的，步骤2中，在光纤耦合器中产生的干涉信号的强度使用如下公式进行表示：

13、

14、其中，i(t)为干涉信号的强度；i0＝1mw，为基准强度；opd(t)为时变光程差；为相位调制项；为相干长度；δλ为光源带宽。

15、进一步的，时变光程差opd(t)使用如下公式进行表示：

16、

17、

18、其中，l0＝23mm，为基准眼轴长度；δn为折射率变化幅度；n0＝1.336，为眼内平均折射率；ωt为温度变化频率；φt为温度变化初始相位；τt为温度变化时间常数；θx(t)＝0.02·sin(2π·0.1t)为x轴方向眼球旋转角度函数；θy(t)＝0.015·sin(2π·0.15t+π/4)为y轴方向眼球旋转角度函数；ciop为眼压影响系数；tiop为眼压变化时间常数；ω)iop为眼压变化频率；

19、进一步的，步骤3中，通过如下公式生成灰度图像igray(x，y)：

20、

21、其中，x为x轴坐标；y为y轴坐标；和分别表示傅里叶变换和逆傅里叶变换；h(ω)为滤波器；w(ω)是加权窗函数；k(x，y)是空间核函数；v(x，y)是基于全眼断层图像的组织权重函数；为卷积运算。

22、进一步的，滤波器h(ω)使用如下公式进行表示：

23、

24、其中，p是滤波器阶数；α是平滑参数；ω0是中心频率；σω是频率带宽；β是边缘抑制系数；ωωmax是最大频率；加权窗函数w(ω)使用如下公式进行表示：

25、

26、其中，q是窗函数指数；γ是窗函数调制系数；空间核函数k(x，y)使用如下公式进行表示：

27、

28、其中，σx和σy分别是x轴方向和y轴方向的空间分辨率参数；j0是零阶贝塞尔函数；r是特征半径；基于全眼断层图像的组织权重函数v(x，y)使用如下公式进行表示：

29、

30、其中，ioct(x，y，z)是全眼断层图像；z为图像深度；θ为预设的阈值参数。

31、进一步的，通过如下公式，计算眼轴长度laxis：

32、

33、其中，κavg是角膜中央曲率半径；reye是眼球平均半径；c是光速；navg为眼球的平均反射率；τ为时间延迟；σc为角膜前表面中心到黄斑区5mm范围各点位置的长度的均值；h为前房深度；d为玻璃体腔深度；δx为x轴偏移量；δy为y轴偏移量。

34、本发明的一种基于oct的眼轴多点测量方法，具有以下有益效果：本发明通过复杂的数学建模和优化算法，显著提高了眼轴长度测量的精度。现有的眼轴长度测量技术，如传统的超声测量和普通的oct系统，往往受到各种因素的限制，如角膜曲率、眼球的几何形状、眼内折射率的变化等，导致测量结果的准确性不足。本发明通过引入详细的几何学和光学模型，特别是考虑了角膜中央曲率半径、眼球平均半径、以及光在眼内不同介质中的传播速度，能够更加准确地描述光在眼内的传播路径，从而在不同生理条件下依然能够保持高精度的测量结果。这种精确的光程差计算方法，有效地克服了传统技术在处理复杂眼部结构时的局限性，为临床诊断提供了更为可靠的数据支持。本发明通过对oct信号的多维度优化处理，大大提高了图像质量和测量结果的可靠性。在oct系统中，灰度图像的生成和分析对最终的眼轴长度测量具有关键作用。传统的oct系统往往依赖简单的图像处理方法，容易受到噪声干扰或图像模糊的影响，导致测量结果不稳定。本发明通过引入复杂的滤波器、加权窗函数和空间核函数，针对oct信号中的噪声和不规则成分进行了有效的滤除和优化处理。滤波器的设计不仅考虑了频域中的信号特性，还结合了空间域的图像特征，通过对不同频率和空间位置的信号进行加权处理，最大限度地保留了对测量有价值的信号成分。同时，空间核函数的引入，使得图像中的边缘和细节部分得以更好地保留和增强，从而生成了高分辨率的灰度图像。这种多维度的信号优化处理，不仅提高了图像的对比度和清晰度，还显著减少了噪声对测量结果的影响，保证了眼轴长度测量的可靠性和一致性。本发明还通过对眼部组织特性的深度分析，提高了测量结果的个性化和适应性。在实际应用中，眼球的结构和生理状态因人而异，传统的固定模型往往无法全面反映这些差异，导致测量结果在不同个体之间存在显著偏差。本发明通过引入基于全眼断层图像的组织权重函数，能够对不同组织区域赋予不同的权重，从而在生成的灰度图像中突出显示这些区域的特征。这种组织特性分析的加入，使得本发明能够更加灵活地适应不同个体的生理差异，尤其在处理病变眼球或术后眼部结构时，依然能够保持高精度的测量结果。这不仅提高了测量的准确性，也为复杂眼部病例的诊断和治疗提供了更强的支持。