谱域光学相干层析成像的深度拓展及其在眼调节研究中的应用

摘要

精准、快速、有效的眼组织成像和参数测量对眼科基础研究和临床诊疗具有十分重要的应用价值。在临床眼科成像技术中，光学相干层析成像技术（Optical Coherence Tomography，OCT）以其无接触、非侵入、高分辨率、高速、实时等优点，在眼科疾病检测和临床研究中呈现出巨大的潜力。但是，由于成像深度的限制，常用OCT系统无法实现对全眼前节乃至全眼结构的同时成像，限制了其在眼科领域的应用范围。因此，本文的研究目的在于拓展谱域OCT（Spectral-domain OCT，SD-OCT）系统的探测深度，使之能够准确完整地反映全眼组织层析结构特征，以提供更加丰富有价值的全眼参数信息用于眼科基础研究和临床检查。针对以上研究目的，本研究利用双通道双焦点技术与消共轭技术相结合的方法，研制并优化大成像范围的SD-OCT系统，实现了高分辨率全眼组织同时成像，并利用以上技术对调节所引起的眼内组织形态变化进行了全面深入的研究。本论文的主要研究内容和结果如下：
　　首先，研制双通道双焦点 SD-OCT系统，成功实现了对人眼全眼前节组织的同时成像及参数测量并保证了较高的横向分辨率。将该系统用于观察放松和不同调节状态下的眼前节参数变化，实验结果支持了经典眼调节理论，同时也证实了双通道双焦点 SD-OCT系统用于眼前节参数测量和眼调节功能研究中的可行性。
　　其次，为了进一步提高系统的成像深度，在原有双通道双焦点SD-OCT系统的基础上，结合消共轭技术，成功实现了全眼前节和视网膜的同时成像，并基于合成的全眼图像测得了相应的眼参数。实验结果证明该系统对人眼轴向参数的测量具有很好的重复性。另外，将该系统与临床常用的IOLMaster生物测量仪进行对比，发现两者对前房深度和眼轴长的测量结果具有高度的相关性和一致性。因此，消共轭型双通道双焦点 SD-OCT系统可作为一种准确可靠的生物成像测量技术为临床眼科诊断和研究提供更详细丰富的图像信息。
　　再次，由于调节引起的视网膜牵拉或变形可能与视觉感知变化有关，高分辨率的影像测量学技术可为研究调节引起的视网膜厚度变化以及牵拉现象提供一种更直接准确的定量分析。本研究利用改进的双通道双焦点SD-OCT系统对人眼最大调节前后的角膜和视网膜同时进行三维成像，并计算了视网膜厚度、视网膜体积和眼轴长。实验结果表明，在最大调节状态下，中央凹周围4-mm2黄斑区域的视网膜显著变薄，且该变化与象限无关。这是首次利用视网膜厚度变化的影像测量学证据证明了人眼调节时视网膜可能存在的牵拉或变形现象。
　　最后，为进一步解决视网膜成像范围和系统成像信噪比受限等问题，研制了一套中心波长在1050nm和840nm的双波段双焦点SD-OCT系统，实现了大范围、高探测灵敏度的全眼组织同时成像。利用双波段探测光束和样品臂的特殊光学设计，不但解决了原系统信号衰减的问题，而且实现了双扫描双焦点结构，从而最优化两个成像通道（特别是对视网膜成像）的横向分辨率、焦深和扫描范围。将该系统用于观察和测量+6D调节前后的全眼参数变化，实验结果与经典眼调节假说基本一致，同时该研究还发现了调节时眼轴长显著增加。调节引起的眼轴伸长可能与近距离工作引起的暂时性近视的发生相关。因此，该成像系统不仅能用于眼科疾病的检测，同时还能为眼调节、屈光不正等眼视光学研究提供强有力的技术支持。
　　本论文重点解决了 SD-OCT系统成像深度拓展和同时大范围成像的技术难题，实现了全眼组织的高分辨率同时成像和眼参数的高精度测量。同时，利用所研制的系统，精确测量了眼调节引起的全眼组织形态变化，从中发现了调节引起的眼轴长增加和视网膜牵拉的直接证据。本论文的研究成果不仅为眼科疾病的检查诊断和基础研究提供了一种强大的成像测量工具，也为眼调节功能的深入研究提供了有利的理论依据和实验参考。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3 论文主要研究内容及创新

1.4 本章小结

第二章 双通道双焦点SD-OCT系统的研制及应用

2.1 谱域光学相干层析成像技术（SD-OCT）

2.2 双通道双焦点SD-OCT系统的研制及其在全眼前节成像中的应用

2.3 本章小结

第三章 消共轭型双通道双焦点SD-OCT系统的研制及应用

3.1 引言

3.2 消共轭型双通道双焦点SD-OCT系统研制及其在全眼成像中的应用

3.3消共轭型双通道双焦点SD-OCT系统的全眼参数测量

3.4 SD-OCT系统在调节引起的视网膜厚度变化上的应用研究

3.5 本章小结

第四章 双波段双焦点SD-OCT系统的研制及应用

4.1引言

4.2双波段双焦点SD-OCT系统研制

4.3实验对象

4.4实验结果

4.5实验讨论

4.6本章小结

第五章 总结与展望

5.1 论文总结

5.2 主要创新点

5.3 研究展望

参考文献

附录1 专业术语中英文对照

致谢

攻读博士学位期间已发表或录用的论文