获得全眼参数是评估眼科疾病进展和制定治疗计划的重要前提。然而，现有的成像技术，如超声、磁共振和OCT，往往功能单一，或成本高，或空间分辨率不足以可视化视网膜的精细结构。此外，眼睛光学像差的个体差异限制了对视网膜尺寸的定量分析。因此，开发一种具有多种参数的超高速的眼科OCT设备在临床应用中变得至关重要。实现全眼OCT面临许多挑战，第一个挑战来自眼睛的内在屈光能力，这阻碍了光束同时聚焦在角膜和视网膜上。这需要专门的设备，如生物测量仪、眼前节OCT和眼底OCT成像系统来识别眼睛不同的临床特征。另外一个挑战是人们不能长时间保持注视，否则会出现眼动干扰。对于一个100 kHz的眼底OCTA系统，其成像60°视野往往需要数几十秒，而且需要增加眼动追踪光路和图像配准算法，这增加了系统的复杂性。只有将OCT系统的扫描速度增加至MHz，眨眼时间内完成OCT/OCTA成像才有可能。当速度提升至MHz时，又会面临振镜扫描误差加大、激光器重复性降低、成像深度受限等问题。
MILab提出一种兆赫兹多参数的全眼OCT成像系统研究成果形成文章《Megahertz multi-parametric ophthalmic OCT system for whole eye imaging》发表在国际学术期刊 Biomedical Optics Express上。本文介绍了一种采用双向扫描MEMS-VCSEL扫描激光器的超快多参数眼科SS-OCT系统。该系统能够对前眼、后眼进行成像，并测量眼球生物学参数，而无需手动切换光路。本文采用1 MHz的A-scan速度对眼底进行大视野的OCT和OCTA成像，用50 kHz的A-scan速度对眼前节和眼轴长成像。这种方法的优点是在保证轴向分辨率的同时可以通过降低扫频光源的速度去实现更大范围的深度成像。
图1 系统原理图。
本系统所采用的MEMS-VCSEL扫频光源的优点是扫描频率可调。当它在工作模式1时，可以输出500 kHz的双向光谱，其正向扫描光谱和反向扫描光谱都可用于OCT成像。这种双向扫描是周期性的。尽管其双向光谱有着良好的一致性，但是，因为这款扫频光源在正向扫描（长波长到短波长）主要是受静电力驱动，而反向扫描（短波长到长波长）主要是受弹簧力驱动，所以正向扫描和反向扫描具有不同的加速度表现。这种波长扫描的不对称性会导致利于正向扫描光谱和反向扫描光谱得到的OCT信号在数据长度上和色散系数上存在差异。直接将正向光谱和反向光谱分别重建为相邻的两个A-line，最终生成的B-scan图像会出现图像错位的问题。为解决这个问题，本研究提出了光谱校正方法，该方法在硬件上的改动仅仅是在MZI模块中插入两个具有特征反射峰的FBG。然后再通过算法的后处理，就可以从插值时钟信号中提取出FBG反射的特征波长，从而对齐、校准正向和反向扫描光谱。为了验证该方法的可行性，本研究先采用了具有清晰边界特征的1 mm玻璃片进行OCT成像实验。如图2所示，结果表明，随着长度误差δL的增加，相邻A-line图像之间的错位现象会变得更加严重，会出现重影现象，进而影响图像的清晰度乃至轴向分辨率。
图2 光谱校正算法的原理和结果。
扫描振镜工作在双向扫描模式时，随着扫描频率的提高，如达到400 Hz ~ 1000 Hz时，对于同样的输入信号，正向扫描和反向扫描具有不一样的响应表现，这会导致振镜扫描的重复性精度变差，以至于无法呈现出高质量的en face图像。 为了解决这个问题，本研究提出基于位置反馈信号的一种B-scan图像配准方法，只需要对一维信号进行计算，就能够自动矫正振镜扫描误差。如图3所示，本文所提出的振镜扫描误差矫正方法能够有效的解决整个en face图像中由于振镜正向扫描和反向扫描之间的差异性而导致的B-scan无法对齐的问题，为MHz的扫频系统解决了技术瓶颈。
图3 矫正振镜误差算法的仿体实验结果。
图4展示出利用本系统得到的眼前节OCT与眼底OCTA图像。眼前节展示出高清晰度的B-scan图像，从角膜至晶状体都具有良好的色散校正。眼底OCTA的成像视场为60°，等价于16 mm × 16 mm，成像时间是4 s。结果表明，整个视野中的血管表现出良好的对比度和平滑的边界。因此，本系统能够依次实现眼球生物测量、整个眼前节成像以及大视野的眼底OCT/OCTA成像，所以本系统是一套多参数的全眼OCT成像系统。
图4 人眼的前后节成像结果。
论文第一作者为MILab课题组博士生胡毅成，深圳湾实验室的黄智宇副研究员和刘刚军老师为本文的共同通讯作者，其他合作者还包括北京大学任秋实教授、卢闫晔助理教授等。该研究得到了国家自然科学基金（82371112、62394311、62394310）；北京市自然科学基金（Z210008）；深圳市科学技术计划（KQTD20180412181221912）的经费支持。
文章链接：https://opg.optica.org/boe/fulltext.cfm?uri=boe-15-5-3000&id=548890
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