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CN105167738B - 自适应光学视神经功能客观检查仪 - Google Patents

自适应光学视神经功能客观检查仪 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种自适应光学视神经功能客观检查仪，包括：人眼波像差测量子系统，包括近红外信标光源、中间光学系统、波前校正器和波前传感器，用于测量得到被试者的人眼波像差，中间光学系统布置在近红外信标光源与波前传感器之间的光路中，波前校正器布置在中间光学系统的光路中；人眼波像差校正子系统，包括控制装置，控制装置用于根据测量得到被试者的人眼波像差，驱动控制所述波前校正器，以校正被试者的人眼波像差；以及视神经功能客观检查子系统，包括视标显示装置和视觉诱发电位信号采集系统。

Description

自适应光学视神经功能客观检查仪
技术领域
本发明涉及一种自适应光学视神经功能客观检查仪，通过自适应光学系统测量并校正人眼像差，在此情形下对视网膜进行闪光或图形视觉刺激。
背景技术
视觉诱发电位(visual evoked potential，VEP)又称视觉诱发反应，是视网膜受闪光或图形刺激后经视路传递，在头颅皮肤面记录到的大脑枕叶视觉中枢的电反应。它主要反映视网膜神经节细胞至视觉中枢的传导功能。大脑皮质视觉中枢17区主要接受中央视网膜10°以内的神经纤维的投射，且投射区最靠近头皮面，故VEP的大部分信息来自黄斑区。VEP不仅反映枕叶视皮质的功能而且反映视网膜黄斑区及黄斑区神经节细胞到视皮质的传递通道的功能，VEP是一种重要的视神经功能客观评价检查方法(潘映幅，临床诱发电位学，第2版，人民卫生出版社)。
视觉诱发电位是大脑皮质枕叶区对视觉刺激发生的电反应，代表视网膜接受刺激，经视路传导至枕叶皮层而引起的电位变化。从视觉诱发电位产生的机理可以看到，无论何种视觉诱发电位，视网膜接受视觉刺激是第一位的，而视网膜上的视觉刺激必须经由人眼屈光系统的投射，人眼光学系统的好坏将直接影响投射到视网膜上的视觉刺激的质量。视觉刺激向视网膜上的传递除无法避免的人眼瞳孔产生的衍射之外，光学像差是最主要的影响因素。人们已经知道，人眼光学系统并非完美的光学系统，除离焦和像散等低阶像差之外，还存在着许多形状更加复杂的高阶像差(如球差、三叶草等)，并且人眼像差不是静止不变的，而是随时间动态变化的(D.R.Williams，，&Hofer，H..Formation and Acquisitionof the Retinal Image.In：J.S.W.Leo M.Chalupa(Ed.)The Visual NeUrosciences，theMIT Press，Cambridge，Massachusetts，London，England，2003)。现有VEP检查仅通过镜片屈光补偿来校正人眼低阶像差，离散度数的校正镜片难以实现对低阶像差的精确补偿。残余低阶像差和人眼高阶像差的存在对低空间频率VEP检查影响不大，但当采用较高空间频率的图形刺激进行VEP检查发现存在异常时，并不能确定认为视路存在异常，有可能是被检者尚未矫在的光学像差所致(解来青，光学诱导屈光不正对视觉信号传导及皮层反应影响的电生理研究，天津医科大学硕士论文，2009)。因此，在利用VEP进行视神经功能评价及人眼视力客观检查时，为了获得准确的VEP检查结果，必须消除人眼像差对视觉刺激向眼底视网膜投射的影响。
发明内容
本发明的一个方面提供了一种自适应光学视神经功能客观检查仪，包括：人眼波像差测量子系统，包括近红外信标光源、中间光学系统、波前校正器和波前传感器，用于测量得到被试者的人眼波像差，中间光学系统布置在近红外信标光源与波前传感器之间的光路中，波前校正器布置在中间光学系统的光路中；人眼波像差校正子系统，包括控制装置，控制装置用于根据测量得到被试者的人眼波像差，驱动控制所述波前校正器，以校正被试者的人眼波像差；以及视神经功能客观检查子系统，包括视标显示装置和视觉诱发电位信号采集系统，其中被试者通过所述的中间光学系统和波前校正器观察显示在所述视标显示装置上的视觉刺激，通过所述的视觉诱发电位信号采集系统记录头颅皮肤面处的视觉诱发电位信号。
可选地，所述波前校正器是从变形反射镜、液晶波前校正器、微加工薄膜变形镜、微机电变形镜、双压电陶瓷变形镜、液体变形镜中选择的。
可选地，所述的波前传感器是基于微透镜阵列的哈特曼波前传感器，或基于微棱镜阵列的哈特曼波前传感器，或曲率波前传感器，或角锥波前传感器中选择的。
可选地，所述视标显示装置是从CRT显示器、商用投影仪、液晶显示器、等离子体显示器、场致发光显示器、有机发光显示器中选择的。
可选地，所述中间光学系统包括在近红外信标光源与波前传感器之间的光路中依次布置的准直镜、第一反射镜、第一分光镜、第一光束匹配望远镜、第二光束匹配望远镜、第二反射镜、和第二分光镜；以及波前校正器布置在第一光束匹配望远镜与第二光束匹配望远镜之间的光路中。
可选地，人眼波像差是基于波前传感器接收到的实际光斑信号和作为标定数据的由标准平面波入射产生的光斑信号计算得到的。
可选地，所述的视神经功能客观检查子系统还包括视频处理电路；不同空间频率、不同对比度的闪光或图形视觉刺激经所述视频处理电路，显示在所述视标显示装置上；以及通过对比分析记录到的视觉诱发电位信号实现对视神经功能的客观检查和评价。
可选地，所述的视神经功能的客观检查和评价是从闪光视觉诱发电位或图形视觉诱发电位中选择的。
可选地，所述视频处理电路对普通视频输出中的R通道和B通道进行合并，并且实现14位及以上的灰阶。
本发明与现有技术相比，首次将自适应光学人眼像差校正技术应用于VEP检查。相对于现有的VEP检查，该系统通过自适应光学系统测量并校正人眼低阶和高阶光学像差，在此情形下对视网膜进行闪光或图形视觉刺激，消除人眼低阶和高阶光学像差对视觉刺激向眼底视网膜投射进而对视觉诱发电位信号的影响，从而提高视神经功能客观检查和评价的准确性。
附图说明
结合下面附图说明本发明的可选实施例，将使本发明的上述及其它目的、特征和优点更加清楚，其中：
图1为本发明的组成结构原理框图。
图2为人眼光学像差对图形视觉诱发电位信号的影响示意图。
图3a为基于微透镜阵列的哈特曼波前传感器结构示意图。
图3b为基于微透镜阵列的哈特曼波前传感器工作原理示意图。
具体实施方式
为了清楚详细地阐述本发明的实现方式，下面将参照附图1对本发明的可选实施例进行详细说明，在描述过程中省略了对于本发明不必要的细节和功能，以防止对本发明的理解造成混淆。
图1为本发明的组成结构原理框图。
如图1所示，根据本发明的自适应光学视神经功能客观检查仪包括近红外信标光源1、准直镜2、第一反射镜3、第一分光镜4、第一光束匹配望远镜6、波前校正器7、第二光束匹配望远镜8、第二反射镜9、第二分光镜10、波前传感器11、控制计算机12、高压放大器13、第三反射镜14、成像光学系统15、视标显示装置16、视频处理电路17、VEP信号采集模块18和数据处理计算机19。被试者以附图标记5表示。
根据本发明的自适应光学视神经功能客观检查仪包括三个子系统：人眼波像差测量子系统、人眼波像差校正子系统、和VEP信号采集与分析子系统。
在人眼波像差测量子系统中，近红外信标光源1发出的光，由准直镜2准直，经第一反射镜3和第一分光镜4反射进人眼5瞳孔；人眼5眼底反射的光，透过第一分光镜4和第一光束匹配望远镜6，再经波前校正器7反射，通过第二光束匹配望远镜8，经第二反射镜9和第二分光镜10反射进波前传感器11，波前传感器11将接收到的光斑信号送至控制计算机12处理成人眼波像差。
波前传感器11可以是基于微透镜阵列的哈特曼波前传感器，或基于微棱镜阵列的哈特曼波前传感器，或曲率波前传感器，或角锥波前传感器。这里以基于微透镜阵列的哈特曼波前传感器为例说明其测量原理。如图3a所示，基于微透镜阵列的哈特曼波前传感器由微透镜阵列11-1和光电探测器件(如CCD探测器)11-2组成，其中光电探测器件11-2位于微透镜阵列11-1焦面上。
基于微透镜阵列的哈特曼波前传感器的工作原理为：入射光束经微透镜阵列11-1后，在其焦面上形成一个光斑阵列，整个光束孔径被均匀分割。保存标准平面波入射产生的光斑阵列作为标定数据。当具有一定像差的波前入射时，各个微透镜上的局部波前倾斜引起微透镜阵列焦面上的光斑位置发生偏移。
光电探测器件11-2接收到的光斑信号可通过计算机进行处理，采用质心算法：由公式①计算光斑的位置(xi，yi)，探测全孔径的波面误差信息：
式中，m＝1～M，n＝1～N为子孔径映射到光电探测器件11-2上对应的像素区域，Inm是光电探测器件11-2上第(n，m)个像素接收到的信号，xnm，ynm分别为第(n，m)个像素的x坐标和y坐标。
再根据公式②计算入射波前的波像差斜率gxi，gyi：
式中，(x0，y0)为理想平面波标定哈特曼传感器获得的光斑中心基准位置；哈特曼传感器探测波前畸变时，光斑中心偏移到(xi，yi)，其中λ是入射光波长，f是微透镜焦距。完成哈特曼波前传感器对信号的检测，其工作原理示意图如图3b所示。
之后，在人眼波像差校正子系统中，控制计算机12根据人眼波像差斜率数据，采用直接斜率法得到波前校正器7的控制电压，经高压放大器13对所述控制电压进行放大后，驱动波前校正器7产生相应变化，以校正人眼波像差。
在完成人眼波像差校正后，可以进行VEP信号采集与分析。安装在计算机12上的VEP测试软件产生不同空间频率、不同对比度的闪光或图形视觉刺激，经过视频处理电路17处理，显示在所述视标显示装置16上，被试者通过第一分光镜4、光束匹配望远镜6、波前校正器7、光束匹配望远镜8、第二反射镜9、第二分光镜10、第三反射镜14和成像镜头15观察显示在视标显示装置16上的视标，通过VEP信号采集模块18记录头颅皮肤面的视觉诱发电位信号，输入数据处理计算机19，通过对比分析记录到的视觉诱发电位信号实现对视神经功能的客观检查和评价。
波前校正器7可以从变形反射镜(Deformable reflective mirror)、液晶波前校正器(Liquid crystal wavefront corrector)、微加工薄膜变形镜(Micromachinedmembrane deformable mirror)、微机电变形镜(Microelectromechanical(MEMS)deformable mirror)、双压电陶瓷变形镜(Bimorph deformable mirror)、液体变形镜(Liquid deformable mirror)中选择。
波前传感器11可以从基于微透镜阵列的哈特曼波前传感器(Hartmann wavefrontsensor)、基于微棱镜阵列的哈特曼波前传感器(参见中国发明专利ZL03126431.X)、曲率波前传感器(Curvature wavefront sensor)、角锥波前传感器(Pyramid wavefront sensor)中选择。
视标显示装置16可以从CRT显示器、商用投影仪、彩色液晶显示器、等离子体显示器、场致发光显示器、有机发光显示器中选择。
视频处理电路17可以合并普通视频输出中的R通道和B通道，能实现14位(16384阶)及以上的灰阶，以满足视觉刺激对比度精细调节的需要。例如，视频处理电路17可以采用中国实用新型专利ZL02220968.9中所公开的具体电路。
图2为人眼光学像差对图形VEP信号的影响示意图。天津医科大学解来青通过叠加球镜和散光的方式间接验证了人眼像差对VEP信号的影响。本发明通过自适应光学系统测量并校正人眼像差，消除人眼低阶和高阶光学像差对视觉刺激向眼底视网膜投射进而对视觉诱发电位信号的影响，从而可以提高视神经功能客观检查和评价的准确性。
根据本发明的实施例，通过自适应光学系统测量并校正人眼像差，在此情形下对视网膜进行闪光或图形视觉刺激，能够消除人眼低阶和高阶光学像差对视觉刺激向眼底视网膜投射进而对视觉诱发电位信号的影响，从而提高视神经功能客观检查和评价的准确性
至此已经结合可选实施例对本发明进行了描述。应该理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种其它的改变、替换和添加。因此，本发明的范围不局限于上述特定实施例，而应由所附权利要求所限定。

Claims (9)

1.一种自适应光学视神经功能客观检查仪，包括：
人眼波像差测量子系统，包括近红外信标光源、中间光学系统、波前校正器和波前传感器，用于测量得到被试者的人眼波像差，中间光学系统布置在近红外信标光源与波前传感器之间的光路中，波前校正器布置在中间光学系统的光路中；
人眼波像差校正子系统，包括控制装置，控制装置用于根据测量得到被试者的人眼波像差，驱动控制所述波前校正器，以校正被试者的人眼波像差；以及
视神经功能客观检查子系统，包括视标显示装置和视觉诱发电位信号采集系统，其中被试者通过所述的中间光学系统和波前校正器观察显示在所述视标显示装置上的视觉刺激，通过所述的视觉诱发电位信号采集系统记录头颅皮肤面处的视觉诱发电位信号。
2.根据权利要求1所述的自适应光学视神经功能客观检查仪，其特征在于：
所述波前校正器是从变形反射镜、液晶波前校正器、微加工薄膜变形镜、微机电变形镜、双压电陶瓷变形镜、液体变形镜中选择的。
3.根据权利要求1所述的自适应光学视神经功能客观检查仪，其特征在于：
所述的波前传感器是基于微透镜阵列的哈特曼波前传感器，或基于微棱镜阵列的哈特曼波前传感器，或曲率波前传感器，或角锥波前传感器中选择的。
4.根据权利要求1所述的自适应光学视神经功能客观检查仪，其特征在于：
所述视标显示装置是从CRT显示器、商用投影仪、液晶显示器、等离子体显示器、场致发光显示器、有机发光显示器中选择的。
5.根据权利要求1所述的自适应光学视神经功能客观检查仪，其特征在于：
所述中间光学系统包括在近红外信标光源与波前传感器之间的光路中依次布置的准直镜、第一反射镜、第一分光镜、第一光束匹配望远镜、第二光束匹配望远镜、第二反射镜、和第二分光镜；以及
波前校正器布置在第一光束匹配望远镜与第二光束匹配望远镜之间的光路中。
6.根据权利要求1所述的自适应光学视神经功能客观检查仪，其特征在于：
人眼波像差是基于波前传感器接收到的实际光斑信号和作为标定数据的由标准平面波入射产生的光斑信号计算得到的。
7.根据权利要求1所述的自适应光学视神经功能客观检查仪，其特征在于：
所述的视神经功能客观检查子系统还包括视频处理电路；
不同空间频率、不同对比度的闪光或图形视觉刺激经所述视频处理电路，显示在所述视标显示装置上；以及
通过对比分析记录到的视觉诱发电位信号实现对视神经功能的客观检查和评价。
8.根据权利要求7所述的自适应光学视神经功能客观检查仪，其特征在于：
所述的视神经功能的客观检查和评价是从闪光视觉诱发电位或图形视觉诱发电位中选择的。
9.根据权利要求7所述的自适应光学视神经功能客观检查仪，其特征在于：
所述视频处理电路对普通视频输出中的R通道和B通道进行合并，并且实现14位及以上的灰阶。
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