對(duì)眼底照相機(jī)成像系統(tǒng)的光學(xué)原理及設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了詳細(xì)地分析與說(shuō)明。通過(guò)精心設(shè)計(jì)眼底照相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)及其機(jī)械結(jié)構(gòu)，并采用低照度低噪聲高分辨率CCD獲取微弱的眼底圖像信號(hào)，使其可以動(dòng)態(tài)的觀測(cè)眼底顯微圖像。 本文闡述了各種眼底照相技術(shù)的發(fā)展歷史以及眼底照相機(jī)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，給出了目前一些目前主流的眼底照相機(jī)，分析了人眼的結(jié)構(gòu)以及在簡(jiǎn)略眼模型下對(duì)人眼的光學(xué)特性進(jìn)行了詳細(xì)的表達(dá)與描述。

在本課題中，眼底照相機(jī)采用共軸光學(xué)系統(tǒng)，在成像光學(xué)系統(tǒng)部分，挑選出合適的透鏡組，成像光學(xué)系統(tǒng)由網(wǎng)膜物鏡和成像物鏡組成，網(wǎng)膜物鏡采用廣角II型透鏡，成像物鏡采用非對(duì)稱(chēng)雙高斯透鏡，在最后透鏡面同CCD之間，設(shè)置一個(gè)場(chǎng)鏡，設(shè)計(jì)出滿足要求的成像光學(xué)系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)透鏡的過(guò)程中，簡(jiǎn)單介紹了功能強(qiáng)大的OSLO光學(xué)設(shè)計(jì)軟件的功能與特點(diǎn)，使用OSLO軟件完成設(shè)計(jì)了眼底照相機(jī)成像系統(tǒng)的接目物鏡與成像物鏡，并利用調(diào)制光學(xué)傳遞函數(shù)(MTF)對(duì)設(shè)計(jì)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)部分，采用壓圈法裝配成像光學(xué)系統(tǒng)，滿足其透鏡系統(tǒng)的要求。本課題中給出了較為詳盡的眼底照相機(jī)的成像系統(tǒng)光路設(shè)計(jì)方法。

引言

眼睛是人與外界交換信息的最重要器官之一，眼底是眼睛這一感覺(jué)器官的一個(gè)重要的組成部分，人眼的病態(tài)，除小部分是因?yàn)榻悄?、水晶體等而引起的外，大部分是因?yàn)檠鄣撞B(tài)而引起的，眼睛的大部分病變來(lái)自眼底。同時(shí)眼底分布著大量的各種動(dòng)靜脈血管，這些血管可以反映映出冠心病、高血壓、腦溢血、動(dòng)脈硬化等疾病，糖尿病病人眼底毛細(xì)血管瘤、小的出血點(diǎn)和滲出物，都可以通過(guò)對(duì)眼底脈絡(luò)膜和視網(wǎng)膜的觀察分析，根據(jù)眼底的變化癥狀對(duì)這些疾病做出早期診斷和預(yù)防。

視網(wǎng)膜檢查已經(jīng)是現(xiàn)代醫(yī)療診斷重要的組成部分, 而眼底相機(jī)是用來(lái)觀察和記錄視網(wǎng)膜病變的工具, 它將視網(wǎng)膜成像在探測(cè)器上, 醫(yī)生通過(guò)對(duì)所探測(cè)的眼底圖片進(jìn)行觀察和分析, 即可得到患者眼底的病變信息。因此，不斷用新的光電子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)眼底成像技術(shù)改進(jìn)及更深入的研究工作，在臨床應(yīng)用和理論研究工作中都具有重大意義。 眼底觀測(cè)光學(xué)儀器主要有: 直接的和間接的檢眼鏡, 手持式和臺(tái)式眼底相機(jī), 以及近年來(lái)出現(xiàn)的眼底電視儀器。眼底電視可動(dòng)態(tài)地觀測(cè)眼底圖像, 并且可以利用計(jì)算機(jī)對(duì)眼底圖像進(jìn)行處理, 很大程度上提高了眼底照相機(jī)的科技含量, 并擴(kuò)大了其使用范圍。 眼底相機(jī)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)主要包括兩部分: 成像系統(tǒng)和照明系統(tǒng)。成像系統(tǒng)將視網(wǎng)膜成像在探測(cè)器上，照明系統(tǒng)完成對(duì)視網(wǎng)膜的照明。相機(jī)系統(tǒng)多采用共軸照明方式，。雖然在現(xiàn)行的眼底相機(jī)設(shè)計(jì)中充分考慮了以上因素,但是最終的設(shè)計(jì)結(jié)果均較為復(fù)雜。

1眼底成像技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1典型的眼底成像技術(shù)

1.1.1 間接檢眼鏡儀器

最早實(shí)現(xiàn)對(duì)人眼視網(wǎng)膜的觀察，要追溯到十九世紀(jì)。1851年，Helmohotz改裝了由Babbage于1847年發(fā)明的間接檢眼鏡儀器，使眼科醫(yī)第一次看到了眼底。他主要解決了兩個(gè)問(wèn)題：一、眼底照明光路和觀察光路一致。二、引入補(bǔ)償透鏡組，校正被檢眼和觀察眼的屈光不正。在這個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)備中醫(yī)生用自己的眼睛作為探測(cè)器，用起來(lái)非常靈活，這種結(jié)構(gòu)己經(jīng)保持至今基本沒(méi)有改變，仍是眼科醫(yī)生常用的檢查工具。1885年改裝成直接檢眼鏡，以后相繼發(fā)明了Goldrnann接觸鏡、三面鏡、鞏膜壓迫器，使眼底的周邊得到了十分詳細(xì)的觀察。

1.1.2 直接檢眼鏡

1885年Dennet改裝成直接檢眼鏡，以后相繼發(fā)明了Goldrnann接觸鏡、三面鏡、鞏膜壓迫器，使眼底的周邊得到了詳細(xì)的觀察。Jechman和Webster于1886年用一個(gè)固定在病人頭部的相機(jī)得了第一張活人的視網(wǎng)膜照片，但由于曝光時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，病人眼球的運(yùn)動(dòng)使得圖像很模糊，僅能顯示出視網(wǎng)膜最明顯的特征。

1.1.3 SLO掃描激光檢眼鏡

而真正意義上的眼底照相機(jī)是由德國(guó)CarlZaiss公司于1925年首先研制成功的，它是由間接檢眼鏡發(fā)展而成。經(jīng)過(guò)了幾十年發(fā)展，目前利用高分辨率的乳膠底片，設(shè)計(jì)良好的眼底照相機(jī)可以獲得大約6μm的分辨率。眼底照相機(jī)的出現(xiàn)在視網(wǎng)膜成像技術(shù)發(fā)展過(guò)程中具有重大的意義，它排除了對(duì)眼底觀察的主觀因素，能將視網(wǎng)膜圖像客觀地、永久性地記錄下來(lái)，并為后來(lái)熒光素眼底血管造影術(shù)的產(chǎn)生莫定了基礎(chǔ)。 眼底成像技術(shù)發(fā)展過(guò)程中一個(gè) 重要的突破是1979年RobetW曲發(fā)明的掃描激光檢眼鏡(Scanning LaserOphthalmoscope)，它不同于傳統(tǒng)的眼底成像技術(shù)中所使用的一次照相技術(shù)，而是采用掃描成像。用光柵將一個(gè)聚焦后的激光光斑在視網(wǎng)膜上掃描，并以高靈度的雪崩光電二極管或光電倍增管為探測(cè)器接收反射光，用一個(gè)大的出射瞳孔以增強(qiáng)光信號(hào)，在分辨率方面不會(huì)受損，因?yàn)镾LO的分辨率取決于在視網(wǎng)膜上掃描的激光光斑的聚焦情況。高靈敏度的探測(cè)器和大的出射瞳孔相結(jié)合使得SLO的靈敏度甚至超過(guò)了配有CCD的眼底照相機(jī)，放寬了對(duì)視網(wǎng)膜曝光的要求。由于其利用了小的共焦孔徑，所以將橫向分辨率提高了1．4倍，它的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是利用共焦孔徑可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同層面成像，即三維成像。，雖然不能對(duì)視網(wǎng)膜層析成像，但能夠以很高的精度確定視網(wǎng)膜特征的位置。

1.1.4 OCT光學(xué)相干層析

光學(xué)相干層析(OCT)技術(shù)的出現(xiàn)克服了瞳孔和人眼像差的存在對(duì)軸向分辨率的限制，它利用低相干光源加一個(gè)邁克爾遜干涉儀對(duì)眼底進(jìn)行相千掃描成像，其軸向分辨率僅取決于光源的相千長(zhǎng)度， OCT將以前所未有的分辨率探測(cè)諸如視網(wǎng)膜色素上皮血管和玻璃體與視網(wǎng)膜界面之間的散射特性，使人們可進(jìn)一步了解視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)特征。

圖2-2 眼底照相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)

圖 7-4 成像透鏡組裝配圖

編輯：黃飛

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