本發(fā)明涉及體內(nèi)眼部成像。更確切地說，本發(fā)明涉及一種用于對個體的眼部進行體內(nèi)細胞分辨率成像的系統(tǒng)，并且涉及一種用于對個體的眼部進行體內(nèi)細胞分辨率的方法。

背景技術：

1、光學成像在眼部健康的日常診斷中起著關鍵作用。如今，每個眼科醫(yī)院配備有裂隙燈生物顯微鏡、眼底相機和光學相干斷層掃描（oct，optical?coherence?tomography）設備，這些設備提供眼部的全局視圖。盡管這些技術可以解決大多數(shù)眼部病癥，但是許多重要的疾病仍然處于診斷不足的狀態(tài)，例如干眼病（3.40億人受影響）、青光眼（8000萬人受影響）等。為了有效治療，這些疾病需要早期和準確的診斷，這僅依靠分辨率不足的眼部的全局視圖難以實現(xiàn)。原則上，使用可以在細胞水平上評估眼部健康的更高分辨率的診斷儀器，可以實現(xiàn)更早和更準確的診斷以及更好的疾病認知。不幸的是，主要由于當前技術的限制，較高分辨率成像在當今的診所中不是廣泛可用的。

2、已經(jīng)進行了若干嘗試來創(chuàng)建用于診所的高分辨率成像器。共聚焦顯微鏡成像方法提供了體內(nèi)前眼的細胞分辨率，可用于幾種疾病（例如干眼或內(nèi)皮營養(yǎng)不良）的診斷。然而，這種技術要求與眼部物理接觸。該要求阻礙了其在診所中的采用，并減少了接受成像檢查的患者數(shù)量。基于自適應光學器件的另一類成像儀器在視網(wǎng)膜中實現(xiàn)了細胞分辨率，然而這些儀器對準復雜且昂貴，目前僅可供少數(shù)大型臨床中心使用。

3、本發(fā)明旨在提出對這種情況的解決方案。

技術實現(xiàn)思路

1、因此，本發(fā)明涉及一種用于對個體的眼部進行體內(nèi)全場透射干涉細胞分辨率成像的系統(tǒng)，所述眼部具有外表面，所述系統(tǒng)包括：

2、-對象塊，所述對象塊配置為當所述系統(tǒng)在操作中時將所述個體的眼部布置于成像平面，所述對象塊具有與成像軸重合的軸，

3、-照明塊，所述照明塊包括耦合到第一光學透鏡和偏振分束器的光源，所述光源、所述第一光學透鏡和所述偏振分束器配置為一起產(chǎn)生照明光束，其中，所述照明光束基本準直且相對于所述對象塊的軸對稱，

4、其中，在操作中，所述照明光束的至少部分穿透所述個體的所述眼部，聚焦于所述眼部的內(nèi)反射層的區(qū)域，并且由所述內(nèi)反射層背反射以形成次級光源，

5、其中，在操作中，所述成像平面位于所述眼部的所述內(nèi)反射層與所述外表面之間，

6、-檢測塊，包括管鏡和二維采集設備，所述二維采集設備包括布置于檢測平面的多個傳感器，配置為獲取從基本準直的參考波與發(fā)散的樣本波之間的干涉產(chǎn)生的至少一個二維干涉信號，所述基本準直的參考波通過所述次級光源的第一部分由所述眼部直接再透射而獲得，所述發(fā)散的樣本波通過所述次級光源的第二部分由所述個體的眼部的層面的區(qū)域散射而獲得，所述檢測平面與所述成像平面光學共軛，并且所述眼部的層面被定位于所述成像平面，

7、其中，所述發(fā)散的樣本波相對于所述基本準直的參考波呈現(xiàn)附加的光學相移。

8、有利地，偏振分束器配置為使照明光束偏振，且在操作中濾除由個體的眼部鏡面反射的光。

9、在另一個實施例中，該系統(tǒng)包括：

10、-對象臂（其也可以稱為“對象塊”），該對象臂旨在當系統(tǒng)在操作時將個體的眼部接收于成像平面，所述對象臂具有與成像軸重合的軸，

11、-照明臂（其也可以稱為“照明塊”），該照明臂包括耦合到第一光學透鏡和偏振分束器的光源，該光源、該第一光學透鏡和偏振分束器配置為一起產(chǎn)生照明光束，其中，照明光束基本準直并且相對于對象臂的軸對稱，

12、其中，在操作中，照明光束的至少部分穿透個體的眼部，聚焦于眼部的內(nèi)反射層的區(qū)域，并且被所述內(nèi)反射層背反射以形成入射光波（其對應于次級光源），

13、其中，在操作中，成像平面位于眼部的內(nèi)反射層和眼部的外表面之間，

14、-檢測臂（其也可以稱為“檢測塊”），該檢測臂包括管鏡和二維采集設備，所述二維采集設備包括布置于檢測平面的多個傳感器，配置為獲取從基本準直的參考波與的發(fā)散的樣本波之間的干涉產(chǎn)生的至少一個二維干涉信號，該基本準直的參考波通過所述入射光波的透射而獲得，該發(fā)散的樣本波通過所述入射光波由所述個體的眼部的層面的體素（其在三維-3d中對應于所述個體的眼部的層面部位，例如像立方體或長方體）散射而獲得，所述檢測平面通過包括所述偏振分束器的光學系統(tǒng)與所述成像平面光學共軛，

15、其中，所述發(fā)散的樣本波相對于所述基本準直的參考波呈現(xiàn)附加的相移，

16、其中，所述偏振分束器配置為使所述照明光束偏振，且在操作中濾除由所述個體的眼部鏡面反射的光。

17、與在反射中工作的oct系統(tǒng)相反，這些系統(tǒng)在透射中工作。此外，透射配置允許對稱和魯棒的公共路徑光學設計，其中兩個光波（透射波和樣本波）在相同的對象塊（即臂）中傳播，而在oct系統(tǒng)中，兩個光波（來自樣本的和來自參考鏡的反射光）在兩個單獨的光學塊（即臂）中傳播。除了對稱性和魯棒性之外，這種公共路徑設計呈現(xiàn)出對不需要的眼部運動低敏感的優(yōu)點。

18、根據(jù)本發(fā)明的其他有利方面，前述系統(tǒng)可以包括單獨或以任何可能的組合采用的以下實施例中描述的一個或多個特征。

19、有利地，照明光束是空間上不相干的光。使用空間上不相干的源允許避免圖像中的散斑。

20、有利地，眼部的內(nèi)反射層是個體的眼部的鞏膜。

21、優(yōu)選地，照明光束呈現(xiàn)小于20度的發(fā)散角，該發(fā)散角是相對于對象塊（即臂）的軸測量的，并且其中，當被照明光束照射時，眼部的內(nèi)反射層的所述區(qū)域的一個維度小于6毫米。利用該有限的發(fā)散角，照明光束基本上被準直，這允許獲得高對比度圖像。

22、有利地，光源位于源平面，該系統(tǒng)還包括孔徑光闌，該孔徑光闌位于源平面，并且該孔徑光闌配置為控制照明光束的發(fā)散角。孔徑光闌允許控制照明光束的準直度，并且因此控制利用系統(tǒng)獲得的圖像的對比度。

23、有利地，該系統(tǒng)還包括線性偏振器，該線性偏振器位于偏振分束器和光源之間或偏振分束器和二維采集設備之間。使用線性偏振器有助于改善在系統(tǒng)中行進的不同光束的偏振度，從而改善干涉對比度。

24、在一些實施例中，所述系統(tǒng)還包括至少一個處理器和可調(diào)透鏡，所述可調(diào)透鏡位于所述偏振分束器和所述二維采集設備之間，所述可調(diào)透鏡具有可控的焦距，且配置為被控制以便獲取多個二維干涉信號以確定多個工作圖像，所述多個工作圖像中的每一者對應于沿著所述成像軸的不同成像平面，其中，所述處理器配置為基于所述多個工作圖像來計算所述個體的眼部的3d圖像。

25、在一些其他實施例中，該系統(tǒng)還包括至少一個處理器（相應地，處理單元）和可調(diào)透鏡，該可調(diào)透鏡位于偏振分束器和二維采集設備之間，該可調(diào)透鏡具有可控的焦距，且配置為被控制以便獲取多個二維干涉信號以確定多個工作圖像，多個工作圖像中的每一者對應于沿著成像軸的不同成像平面。其中，所述至少一個處理器（相應地，所述處理單元）配置為基于所述多個工作圖像來計算所述個體的眼部的3d圖像。具有諸如可調(diào)透鏡的可控元件允許改變成像平面的位置，因此沿著成像軸并且因此沿著處于檢查狀態(tài)下的個體的眼部的深度，獲取在深度方向上的若干圖像。

26、在一些實施例中，控制所述可調(diào)透鏡焦距，以在個體的眼部的區(qū)段內(nèi)，在深度方向獲取多個二維干涉信號，導致在參考波和樣本波之間具有多個預定相位差，所述預定相位差包括在-π/2和+π/2，并且其中，至少一個處理器（相應地，處理單元）還配置為基于多個二維干涉信號中的所述二維干涉信號的線性組合來計算區(qū)段圖像。

27、有利地，該系統(tǒng)還包括光復用系統(tǒng)，該光復用系統(tǒng)位于偏振分束器和二維采集設備之間，以在單次獲取中在個體的眼部的區(qū)段內(nèi)，獲取在深度方向上的多個二維干涉信號，光復用系統(tǒng)配置為提供在參考波和樣本波之間的預定相位差，所述預定相位差包括在-π/2和+π/2之間。

28、在一些實施例中：

29、-該系統(tǒng)還包括第二光學透鏡，該第二光學透鏡位于照明塊（即臂）或?qū)ο髩K（即臂）中，

30、-對象塊（即臂）還包括第三光學透鏡，

31、-第二光學透鏡配置為從照明光束產(chǎn)生聚焦光束，使得聚焦光束聚焦于所述第三透鏡的后焦平面，使得基本準直的光束從第三光學透鏡輸出。

32、在那些實施例中，系統(tǒng)允許獲得處于檢查狀態(tài)下的眼部的前部（角膜、晶狀體）的圖像。

33、優(yōu)選地，第三光學透鏡是顯微鏡物鏡、顯微鏡物鏡的轉(zhuǎn)臺或變焦顯微鏡物鏡，這些物鏡具有0.25或更高的數(shù)值孔徑。

34、有利地，該系統(tǒng)還包括光學掩模以及透鏡或透鏡系統(tǒng)，該光學掩模位于被稱為掩模平面的平面，掩模平面在偏振分束器和二維采集設備之間，透鏡或透鏡系統(tǒng)使第三透鏡的后焦平面與掩模平面共軛，該光學掩模配置為部分地阻擋參考波的大部分，同時物體信號被最小程度地減小，以改善圖像對比度。光學掩模是指選擇性地阻擋入射在其上的部分照明的元件。通常，光學掩模是用部分不透明的涂料或材料部分覆蓋的透明玻璃板。光學掩模也可以完全沒有玻璃地制成（參見https://microcosmos.store/products/oblique-illumination-and-dark-field-filters）。通常，部分不透明部分位于光束的中心，以便減少參考光。通過選擇掩模材料的厚度和類型，我們可以控制掩模的透明度和參考光抑制的程度。

35、在一些實施例中，所述系統(tǒng)還包括移動平臺和至少一個處理器（相應地。處理單元），所述第三透鏡安裝于該移動平臺，所述移動平臺配置為沿著成像軸移動，以獲取多個二維干涉信號以確定多個工作圖像，所述多個工作圖像中的每一者對應于沿著對象塊（即，臂）的軸的不同成像平面。具有諸如移動平臺的移動元件允許沿著成像軸移動成像平面，并且其中所述至少一個處理器（相應地，處理單元）配置為，當沿著所述成像軸移動所述平臺時，基于所述多個工作圖像來計算所述個體的眼部的3d圖像，具諸如移動平臺的移動元件允許沿成像軸移動成像平面，從而沿著成像軸且在處于檢查下的個體的眼部的深度內(nèi)，獲取在深度方向上的若干圖像。

36、在一些實施例中，沿著所述成像軸移動移動平臺以在個體的眼部的區(qū)段內(nèi)，獲取在深度方向上的多個二維干涉信號，導致在參考波和樣本波之間具有多個預定相位差，所述預定相位差包括在-π/2和+π/2之間，并且至少一個處理器（相應地，處理單元）還配置為基于多個二維干涉信號中的所述二維干涉信號的線性組合來計算區(qū)段圖像。

37、在一些實施例中，該系統(tǒng)還包括移動平臺和至少一個處理器（相應地，處理單元），管鏡安裝于移動平臺，該移動平臺配置為沿著成像軸移動，以獲取多個二維干涉信號以確定多個工作圖像，多個工作圖像中的每一者對應于沿著對象塊的軸（即，臂）的不同成像平面。并且其中所述至少一個處理器（相應地，處理單元）配置為，當沿著所述成像軸移動所述平臺時基于所述多個工作圖像來計算三維樣本的3d圖像。具有諸如移動平臺的移動元件允許沿著成像軸移動成像平面，從而沿著成像軸且在處于檢查狀態(tài)下的個體的眼部的深度內(nèi)，獲取在深度方向上的若干圖像。

38、在一些實施例中，沿著所述成像軸移動移動平臺以在個體的眼部的區(qū)段內(nèi)，獲取在深度方向上的多個二維干涉信號，導致在參考波和樣本波之間具有多個預定相位差，所述預定相位差包括在-π/2和+π/2之間，并且至少一個處理器（相應地，處理單元）還配置為基于多個二維干涉信號中的所述二維干涉信號的線性組合來計算區(qū)段圖像。

39、在一些實施例中，該系統(tǒng)還包括附加的眼部成像系統(tǒng)（諸如眼底相機或裂隙燈系統(tǒng)）、附加的軸向位置跟蹤系統(tǒng)（諸如光學相干斷層掃描設備、微距視圖相機系統(tǒng)、立體相機、瞳孔相機），附加的眼部成像系統(tǒng)或附加的軸向位置跟蹤系統(tǒng)借助于放置在照明塊（即臂）中、在對象塊（即臂）中或在分束器和二維采集設備之間的二向色鏡集成。

40、本發(fā)明的另一方面涉及一種用于對個體的眼部進行體內(nèi)全場透射干涉成像的方法，該方法包括：

41、a）將所述眼部布置在用于體內(nèi)全場透射干涉成像的系統(tǒng)的對象塊中的成像平面處，

42、b）用基本準直的、空間上不相干的且對稱的照明光束照射個體的所述眼部，使得所述照明光束聚焦于眼部的內(nèi)反射層的基本上小的區(qū)域，并由所述內(nèi)反射層后向反射以形成次級光源，所述成像平面位于所述眼部的所述內(nèi)反射層與所述外表面之間，

43、c）通過二維采集設備獲取至少一個二維干涉信號，所述二位采集設備包括布置于檢測平面的多個傳感器，

44、所述至少一個二維干涉信號從參考波與樣本波之間的干涉產(chǎn)生，參考波通過所述次級光源的第一部分由眼部直接再透射而獲得，并且樣本波通過所述次級光源的第二部分由所述個體的眼部的層面的區(qū)域散射而獲得，

45、所述成像平面與所述檢測平面共軛，并且所述眼部的層面定位于所述成像平面

46、d）借助于所述系統(tǒng)的至少一個處理器，從所述至少一個二維干涉信號獲得至少一個第一圖像。

47、在另一個實施例中，該方法包括：

48、a）將眼部設置在用于體內(nèi)全場透射干涉成像的系統(tǒng)的對象臂（其也可以稱為“對象塊”）中的成像平面處，

49、b）用基本準直的、空間上不相干的且對稱的照明光束照射個體的眼部，使得照明光束聚焦于眼部的內(nèi)反射層的基本上小的區(qū)域，并由所述內(nèi)反射層后向反射以形成入射光波（其對應于次級光源），

50、c）通過二維采集設備獲取至少一個二維干涉信號，該二維采集設備包括布置于檢測平面的多個傳感器，

51、所述至少一個二維干涉信號從參考波與樣本波之間的干涉產(chǎn)生，該參考波通過所述入射光波的透射而獲得，該樣本波通過由個體的眼部的層面的體素（其在三維-3d中對應于個體的眼部的層面部位，例如像立方體或長方體）散射所述入射光波而獲得，

52、所述成像平面與所述檢測平面共軛，

53、d）借助于所述系統(tǒng)的處理單元，從至少一個二維干涉信號獲得至少一個第一圖像。

54、根據(jù)本發(fā)明的其他有利方面，前述方法可以包括獨或以任何可能的組合采用的以下實施例中描述的一個或多個特征。

55、在一些實施例中，在步驟d），在不同的時間點獲得多個第一圖像，并且該方法還包括：

56、-計算平均圖像，該平均圖像是所述多個第一圖像的線性組合，

57、-使用先前描述的用于體內(nèi)全場透射干涉成像的方法，在所述不同的時間點之后的時間點處獲得有效的第一圖像，

58、-通過將計算的平均圖像從有效的第一圖像中減去來獲得對比度改善的圖像。

59、在一些實施例中，該方法還包括：

60、-基于訓練樣本的圖像的至少一個訓練集訓練人工神經(jīng)網(wǎng)絡，每個訓練集包括通過對利用先前描述的用于體內(nèi)全場透射干涉成像的方法獲得不同圖像求平均，而獲得的訓練樣本的相同區(qū)段的第一訓練圖像和第二訓練圖像，該訓練包括：

61、-對于每個訓練集，將對應的第一訓練圖像提供給所述人工神經(jīng)網(wǎng)絡作為輸入，

62、-提供對應的第二訓練圖像作為所述人工神經(jīng)網(wǎng)絡的目標輸出，

63、所述方法還包括獲得作為經(jīng)訓練的人工神經(jīng)網(wǎng)絡的輸出的去噪圖像，所述去噪圖像通過將在步驟d）所獲得的至少一幅圖像輸入到經(jīng)訓練的人工神經(jīng)網(wǎng)絡而獲得。

64、在一些實施例中，該方法還包括分割和計數(shù)所獲得的至少一個第一圖像內(nèi)的細胞和神經(jīng)。

65、在一些實施例中，當用于體內(nèi)全場透射干涉成像的系統(tǒng)還包括附加的位置跟蹤系統(tǒng)時，在步驟d），利用用于體內(nèi)全場透射干涉成像的系統(tǒng)在至少一個時間點獲得至少一個正面圖像，該方法還包括：

66、-對于至少一個正面圖像中的每一者，利用附加的位置跟蹤系統(tǒng)獲取至少一個對應的圖像；

67、-基于利用所述附加的位置跟蹤系統(tǒng)獲取的所述至少一個對應圖像，來計算所述個體的眼部隨時間沿所述成像軸的軸向位置。

68、在一些實施例中，在步驟c），獲取一組二維干涉信號，并且該方法還包括使用用于體內(nèi)全場透射干涉成像的系統(tǒng)的至少一個處理器（相應地，處理單元）計算被稱為動力學圖像的圖像，所述動力學圖像表示該組二維干涉信號中的所述二維干涉信號之間的強度的時間變化。

69、此外，與先前描述的系統(tǒng)相關的優(yōu)選和有利特征也適用于該方法。