[发明专利]时间分辨自体荧光寿命成像用于眼底病变早期诊断的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明是一种通过测量并分析眼底时间分辨自体荧光寿命变化情况，实现眼底疾病早期诊断的方法和装置。现代眼科学证实，自体荧光寿命对眼底荧光团的种类及视网膜色素上皮细胞的新陈代谢变化状态十分敏感，当眼底产生异常状态时，自体荧光寿命的改变将先于病变形态的发生，因此自体荧光寿命的测量及成像可作为判断是否产生眼底疾病的重要依据。本发明旨在实现眼底时间分辨自体荧光寿命及其空间分布信息的获取，将为眼科医学检测和分析提供重要的功能信息，并在医学研究领域及临床医学诊断方面具有重要的应用价值。

背景技术

人的眼底存在着大量的内源荧光团，它们可以被一定波长的光激发产生自体荧光。这些荧光团中有些直接与视网膜疾病的产生有关，例如视网膜色素上皮层中脂褐素颗粒的堆积与年龄相关黄斑变性的产生有直接联系；有些则通过发射的荧光信息间接反映出眼底细胞的新陈代谢状态。因此鉴别这些荧光色素团及了解其所处微环境状态的变化情况，对眼底疾病的诊断具有重要意义。

虽然荧光光谱技术已在生物医学研究及临床诊断领域得到广泛应用，但通过选择激发谱或比较发射谱的特点来进行眼底内源荧光团鉴别的方法不具备较高的空间分辨率，且较弱的荧光信息很容易被较强的背景所掩盖。自体荧光寿命与淬灭、扩散等过程的驰豫时间类似，不同的电子处在其激发态时都具有其各自不同的寿命特点，并且不会受到眼底非荧光物质吸收光谱的影响。因此通过荧光寿命的测量，可对眼底细胞所处微环境的新陈代谢生理参数，如pH值和氧压等，进行高空间分辨的测量，实现荧光团组分的准确鉴别。

激光扫描共焦检眼镜是近10年来出现的用于测定眼底疾病的技术，它以聚焦激光束逐点高速扫描眼底，并测量从照射点反射回的光，从而重构出眼底的图像。由于采用逐点测量，并利用共焦针孔阻挡掉散射光，因此具有一定的层析分辨能力。这种方法可检查出眼内各组织，如视神经、视网膜、脉络膜以及眼屈光间质各透明组织是否正常。但由于对眼底像的放大倍数有限，使得在疾病产生初期的细微改变不能观察得很清楚，而且在疾病的初期，眼底组织形态的变化往往是不明显或难以测量的。因此，寻找一种能准确提供眼底细节，尤其是功能信息的全新的成像方法，用以实现眼底疾病的早期诊断已成为现代眼科医学及临床亟待解决的问题。本发明将自体荧光寿命成像技术与共焦扫描激光检眼镜相结合，实现眼底自体荧光寿命成像的测量，为眼底疾病的早期诊断提供了全新的方法和依据。

发明内容

本发明将通过光路系统、机械系统以及电子学系统的特殊设计，将时间相关单光子计数器或扫描相机与激光扫描共聚焦检眼镜耦合，利用检眼镜对病人进行眼底检查的同时，获取自体荧光信号。采用时域方法测量和计算寿命，利用计算机处理系统得到眼底时间分辨自体荧光图像，并与共聚焦激光扫描检眼镜产生的眼底反射图像形成对比信息。

本发明利用时间相关单光子计数器耦合激光扫描共聚焦检眼镜的原理及装置的举例说明如图1所示。装置主要由高重复频率超短脉冲激光器101、倍频器102、光电二极管控制单元105、激光扫描共聚焦检眼镜106、双色镜107、截止滤光片108、微通道板光电倍增管109、前置放大器110、时间相关单光子计数器111、光电倍增管112以及计算机处理系统113等组成。

本发明利用扫描相机耦合激光扫描共聚焦检眼镜的原理及装置的举例说明如图3所示。装置主要由高重复频率超短脉冲激光器301、脉冲提取器302、倍频器303、光电转换器306、延迟器307、激光扫描共聚焦检眼镜308、双色镜309、截止滤光片310、皮秒扫描相机311、CCD相机读出系统312、光电倍增管313以及计算机处理系统314等组成。

本发明采用高重复频率激光器，如钛宝石锁模飞秒激光器或其它高重复频率飞秒或皮秒激光器或激光二极管激光器作为眼底时间分辨自体荧光测量系统的激发光源。其光谱范围既可是固定波长的也可是可调波长的，波长允许变化范围400-1000nm。根据选择不同波长可进行眼底不同深度及部位的检测(如短波长的激光适合观察视网膜表层和玻璃体，长波长的激光则用于检查视网膜深层和脉络膜)。

本发明在高重复频率超短脉冲激光器如飞秒激光器光路中采用了脉冲提取装置，将高重复频率超短脉冲激光器如钛宝石激光器输出的超短脉冲重复频率降低，可测的荧光寿命范围可从皮秒级到微秒级。

本发明采用倍频器使低重复频率的光脉冲通过后，波长变为原来的一半，以单光子激发方式激发眼底自体荧光。

本发明利用分束镜将激光束一分为二，一束输入自体荧光寿命测量系统，另一束作为共焦激光扫描检眼镜的光源照射眼球。