基于低相干光干涉的眼睛光學(xué)生物參數(shù)測(cè)量研究*

胡積燁 陳 隆 黃麗媛 丁文正 黃銘斌 張 浩 曾亞光 譚海曙**

（1）佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院物理與光電工程學(xué)院，佛山 528200；2）佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院，佛山 528200）

眼睛的光學(xué)生物參數(shù)有眼軸長(zhǎng)度（AL）、角膜曲率半徑（CR）、前房深度和晶體厚度等。這些光學(xué)生物參數(shù)能夠?yàn)槿搜鄣那獠徽脱劬Φ暮芏嗉膊√峁┛茖W(xué)的判斷依據(jù)，因此眼睛的光學(xué)生物參數(shù)精確測(cè)量顯得尤為重要。目前，人眼屈光不正已成為影響中國(guó)國(guó)民尤其是青少年眼健康的重大公共衛(wèi)生問(wèn)題［1-2］，北京大學(xué)中國(guó)健康發(fā)展研究中心發(fā)布的《國(guó)民視覺(jué)健康》白皮書(shū)［3］提到，近視已成為“國(guó)病”，每三個(gè)人中就有一個(gè)人是近視患者，近視患者的度數(shù)增加也會(huì)帶來(lái)眼睛的很多疾?。?-7］，如白內(nèi)障、視網(wǎng)膜脫落、黃斑變性和青光眼等。眼睛近視的預(yù)防和監(jiān)測(cè)可以由眼睛光學(xué)生物參數(shù)中的AL和CR來(lái)達(dá)到［8-16］，因此AL和CR的準(zhǔn)確測(cè)量顯得尤為重要。

傳統(tǒng)的AL測(cè)量方法主要是采用超聲測(cè)量，該方法采用超聲波對(duì)眼睛進(jìn)行掃描，通過(guò)接收眼球不同層結(jié)構(gòu)的超聲回波信號(hào)進(jìn)而得到眼球的深度信息［17-18］。但是在超聲測(cè)量過(guò)程中探頭需要和角膜接觸，同時(shí)還需要對(duì)眼部進(jìn)行麻醉，會(huì)增加角膜損傷和感染的風(fēng)險(xiǎn)；并且測(cè)量過(guò)程中容易受到操作者的主觀因素影響，產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差，測(cè)量精度只有100～200 μm。隨后美國(guó)麻省理工學(xué)院Huang等［19］提出利用時(shí)域光學(xué)相干層析技術(shù)測(cè)量生物組織的方法（TD-OCT），該方法采用寬帶光源，根據(jù)眼睛角膜和視網(wǎng)膜的散射光與光學(xué)延遲線光產(chǎn)生干涉來(lái)測(cè)量AL，其因?yàn)榫哂蟹墙佑|、精度高和抗外界干擾等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。光學(xué)延遲線的產(chǎn)生是通過(guò)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)反射鏡前后移動(dòng)來(lái)產(chǎn)生的，該方法存在步進(jìn)電機(jī)移動(dòng)速度慢問(wèn)題，會(huì)因?yàn)檠劬Φ亩秳?dòng)產(chǎn)生較大的誤差，無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)的精確測(cè)量［20-21］?，F(xiàn)國(guó)內(nèi)最新的AL測(cè)量研究成果如下：任天慧等［22］采用掃頻源OCT，設(shè)計(jì)并集成了視頻監(jiān)視組件和內(nèi)固視組件，保證掃描光線與眼軸平行，實(shí)現(xiàn)對(duì)AL、中央角膜厚度、前房深度和晶狀體厚度等眼組織參數(shù)的精確測(cè)量；李愷寧等［23］提出了一種動(dòng)態(tài)焦點(diǎn)同步技術(shù)，進(jìn)一步提高眼組織內(nèi)部的檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度；天津索維公司的SW 9000采用低相干反射技術(shù)測(cè)量眼睛的AL，其采用多個(gè)直角棱鏡作為光學(xué)延遲線，該儀器在眼軸、角膜曲率及角膜散光軸位（角膜散光＞1D）測(cè)量方面與IOL Master測(cè)量結(jié)果有高度的一致性和相關(guān)性［24］。角膜在人眼屈光系統(tǒng)中也占有極其重要的作用，占到人眼屈光力的80%以上［25］。白內(nèi)障在中國(guó)的發(fā)病率高于5%，它會(huì)導(dǎo)致視力下降，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量。目前治療白內(nèi)障主要是通過(guò)移植人工晶狀體以及準(zhǔn)分子激光來(lái)達(dá)到屈光治療，這些方法對(duì)角膜曲率的測(cè)量精度有較高的要求，而角膜曲率測(cè)量的精度主要取決于角膜頂點(diǎn)到靶環(huán)之間距離的測(cè)量精度和恒定的成像系統(tǒng)的放大倍率，現(xiàn)有的方法主要依靠CCD成像系統(tǒng)的清晰度來(lái)保證角膜頂點(diǎn)到靶環(huán)之間的距離精度，其精度和穩(wěn)定性都不夠，恒定的成像系統(tǒng)放大倍率由光路上采用遠(yuǎn)心鏡頭來(lái)保證，使得光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本昂貴［26-30］。而后如李華建等［31］采用雙遠(yuǎn)心鏡頭，提高成像系統(tǒng)的景深，利用光柵尺監(jiān)測(cè)掃描反射鏡的位置確定角膜頂點(diǎn)到測(cè)量光源距離，但該方法也使得光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、測(cè)量速度慢、不易裝調(diào)和成本昂貴。

本文研制出一種基于光學(xué)低相干光干涉技術(shù)的眼睛光學(xué)生物參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用超輻射發(fā)光二極管（super luminescent diode，SLD）低相干光源，四方塊作為光學(xué)延遲裝置，通過(guò)伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)的方式快速改變參考光的光程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)眼睛快速的軸向掃描，減少了人眼抖動(dòng)產(chǎn)生的誤差；采用聚焦透鏡將樣品臂平行光匯聚到視網(wǎng)膜處，提高角膜和視網(wǎng)膜的檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度；用8 mm的標(biāo)準(zhǔn)件校準(zhǔn)干涉初始位置到LED靶環(huán)之間的距離，利用角膜頂點(diǎn)的干涉信號(hào)計(jì)算角膜頂點(diǎn)到LED靶環(huán)之間的距離，實(shí)現(xiàn)角膜曲率動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)和精確的測(cè)量；利用角膜信號(hào)觸發(fā)相機(jī)和采集卡，實(shí)現(xiàn)相機(jī)拍照和數(shù)據(jù)采集卡的同步采集，保證成像系統(tǒng)的放大倍率和眼軸數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。

1 測(cè)量原理

1.1 低相干光干涉原理

時(shí)域光學(xué)低相干干涉儀基于邁克爾遜干涉原理（Michelson interferometer）［32］，其工作過(guò)程為：光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)一個(gè)45°斜置的分束鏡后被分為兩束光，分別進(jìn)入樣品臂和參考臂，經(jīng)反射后沿原路返回，最終在分束鏡處相遇產(chǎn)生干涉并被探測(cè)器接收。

采用寬帶光源時(shí)，探測(cè)器上接受到的干涉信號(hào)是帶寬內(nèi)所有波長(zhǎng)干涉的疊加，當(dāng)參考臂與樣品臂的光程差為零時(shí)，探測(cè)器接收到的能量最大。

1.2 AL測(cè)量原理

AL測(cè)量的原理是利用光源的低相干特性實(shí)現(xiàn)的。樣品臂的光入射到眼睛，經(jīng)過(guò)角膜和視網(wǎng)膜反射原路返回。參考臂利用旋轉(zhuǎn)式的光學(xué)延遲線［33］，光經(jīng)過(guò)光學(xué)延遲線后原路返回到光纖中，與樣品臂的光發(fā)生干涉。采用寬帶光源時(shí)，參考臂和樣品臂的光程差為零，則探測(cè)器接收到的干涉能量最大，通過(guò)探測(cè)器接收到的能量來(lái)精準(zhǔn)定位角膜和視網(wǎng)膜的位置，從而實(shí)現(xiàn)AL的測(cè)量。

1.2.1 光程掃描原理

旋轉(zhuǎn)式的光學(xué)延遲線光路圖如圖1所示。首先入射光線由A點(diǎn)進(jìn)入光學(xué)延遲線，在A點(diǎn)處發(fā)生折射到B點(diǎn)，在B、C兩點(diǎn)處發(fā)生反射，最后在D點(diǎn)折射出去。

Fig.1 Principle of optical path scanning

光學(xué)延遲線在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，光學(xué)延遲線掃描的光程與旋轉(zhuǎn)角度α之間的關(guān)系為：

式中，S為光在延遲線中的光程，a為光學(xué)延遲線的邊長(zhǎng)，α為光線的入射角，n為光學(xué)延遲線的折射率，β為折射角。

根據(jù)式（1）可知，光學(xué)延遲線掃描范圍由邊長(zhǎng)和折射率決定。人眼的AL大概為16～30 mm［11］，折算到空氣中為21～40 mm，延遲線的掃描光程需要超過(guò)人眼的最大AL。本文模擬了邊長(zhǎng)為45 mm和55 mm以及材料折射率為1.5的K9玻璃材料和折射率為2.3的ZnS材料的光學(xué)延遲線掃描光程情況（圖2）。由于在光學(xué)系統(tǒng)搭建過(guò)程中存在一定誤差，兩端的角度會(huì)影響邊緣光線的掃描，因此旋轉(zhuǎn)角度的選取范圍為20°到80°。由模擬結(jié)果（圖2a，b）可知，隨著延遲線邊長(zhǎng)的增加，掃描光程的變化范圍也隨著增加；由對(duì)比（圖2a，c）可知，隨著延遲線折射率的增加，掃描光程的變化范圍也隨著增加。此外，折射率越高，光學(xué)延遲線的線性度越好（圖2），本文采用線性度來(lái)量化光學(xué)延遲線的線性情況，通過(guò)計(jì)算得出的非線性誤差分別為1.92%（圖2a）、1.92%（圖2b）和0.19%（圖2c）。因此，增大折射率能有效提高光學(xué)延遲線的線性度，能有效提高眼軸長(zhǎng)度的測(cè)量精度。

Fig.2 The relationship between the optical path length of the delay line and the side length and refractive index

1.2.2 干涉信號(hào)的頻率原理

樣品臂與參考臂的干涉信號(hào)頻率決定了信號(hào)的采集和信噪比。干涉信號(hào)的頻率為：

式中，f為干涉信號(hào)的頻率，v為光在延遲線的速度，λ為入射光的波長(zhǎng)。光在延遲線的速度為：

將（3）式代入（2）式得到最終的干涉頻率為：

式中，n為光學(xué)延遲線的轉(zhuǎn)速。

由式（4）可知，干涉信號(hào)的頻率受延遲線的轉(zhuǎn)速、邊長(zhǎng)和延遲線的折射率影響。本文模擬了轉(zhuǎn)速為1.5 r/s和2.5 r/s、邊長(zhǎng)為45 mm和55 mm和折射率為1.5和2.3對(duì)干涉信號(hào)頻率的影響（圖3）。

如表1可知：a.轉(zhuǎn)速越大，信號(hào)的中心頻率和帶寬越大，中心頻率越大對(duì)數(shù)據(jù)采集卡的采樣率要求越大，信號(hào)的帶寬變大不利于后面信號(hào)的濾波處理，轉(zhuǎn)速減小不能達(dá)到對(duì)眼睛的實(shí)時(shí)掃描（對(duì)比（a）（b））；b.邊長(zhǎng)越大，信號(hào)的中心頻率和帶寬越大，不利于信號(hào)提取，減小邊長(zhǎng)系統(tǒng)的掃描范圍不夠（對(duì)比（b）（f））；c.折射率越大，信號(hào)的中心頻率越大，但帶寬會(huì)越小，越利于信號(hào)提?。▽?duì)比（b）（c））；d.邊長(zhǎng)越大，信號(hào)的中心頻率越大，帶寬越大，不利于信號(hào)提?。▽?duì)比（c）（d））；e.轉(zhuǎn)速越小，信號(hào)的中心頻率越小，帶寬越小，越利于信號(hào)提取，但對(duì)人眼掃描速度慢，增加人眼抖動(dòng)帶來(lái)的誤差（對(duì)比（c）（e））。

綜合上述分析，本文選取了邊長(zhǎng)為45 mm，折射率為2.3的ZnS材料，設(shè)置轉(zhuǎn)速為2.5 r/s，得到的掃描光程范圍為47 mm，信號(hào)的中心頻率為1.675 MHz，帶寬為0.05 MHz。

Fig.3 The relationship between the interference frequency of the delay line and the speed,side length and refractive index

Table 1 The influence of the refractive index，side length and speed of the delay line on the interference frequency

1.3 角膜曲率測(cè)量原理

角膜曲率測(cè)量光學(xué)原理如圖4所示，兩圈環(huán)形LED靶環(huán)陣列光源照射到人眼角膜表面，由于角膜表面近似于一個(gè)球面鏡［34-35］，入射光會(huì)在眼球內(nèi)部呈正立縮小的虛像，該虛像作為成像系統(tǒng)的物，通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)在CCD上成倒立的實(shí)像。

Fig.4 Principle of corneal curvature measurement

根據(jù)CCD上實(shí)像的尺寸y0和系統(tǒng)的放大倍率β（圖4b），可以得到靶環(huán)虛像的尺寸y'，根據(jù)虛像的尺寸計(jì)算出人眼的角膜曲率半徑R，由幾何關(guān)系推導(dǎo)可得：

式中，d是靶環(huán)到角膜頂點(diǎn)的距離，y是環(huán)形LED陣列的實(shí)際尺寸，y0是相機(jī)上像的尺寸，β是成像系統(tǒng)的放大倍率。

假設(shè)眼角膜僅有球面鏡的情況，此時(shí)LED陣列在相機(jī)成像是圓環(huán)陣列，若眼角膜有散光，則是橢圓環(huán)陣列，此時(shí)計(jì)算橢圓環(huán)的長(zhǎng)短軸長(zhǎng)度以及與水平方向形成的夾角，獲得人眼的軸位角［36-37］的信息。

2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文研究的眼睛光學(xué)生物參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)裝置（圖5）主要包含光源模塊、參考臂模塊、樣品臂模塊、采集模塊和成像模塊。光源模塊主要有寬帶光源和3×3光纖耦合器（分光比為33∶33∶33），利用Exalos公司的SLD作為寬帶光源，光源的中心波長(zhǎng)為840 nm，帶寬為40 nm（EXAOLOS公司生產(chǎn)，其型號(hào)為EXS210106-01）；參考臂主要由光纖準(zhǔn)直器、伺服電機(jī)（轉(zhuǎn)速為150 r/min）、光學(xué)延遲線、柱面鏡、反射鏡構(gòu)成；樣品臂主要有準(zhǔn)直器、色散補(bǔ)償光纖、半反半透鏡和聚焦透鏡，色散補(bǔ)償光纖用于參考臂光學(xué)延遲線的色散補(bǔ)償；采集模塊主要有光電平衡探測(cè)器、高速采集卡和電腦；成像系統(tǒng)主要由CCD相機(jī)（130萬(wàn)像素，分辨率1 280×960）和聚焦透鏡組成（景深7.41 mm，分辨率0.019，放大倍率0.3）。寬帶光源發(fā)出一束光，該光束經(jīng)過(guò)的光纖耦合器分為兩束光，樣品臂的光經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直器后聚焦到待測(cè)樣品，樣品的背向反射光原路返回到光纖中；參考臂上將光學(xué)延遲線固定在一個(gè)圓盤(pán)上，通過(guò)伺服電機(jī)帶動(dòng)圓盤(pán)從而帶動(dòng)光學(xué)延遲線轉(zhuǎn)動(dòng)，光進(jìn)入延遲線后在其內(nèi)部經(jīng)過(guò)折射出來(lái)被反射鏡原路返回到光纖中。兩臂的回光在耦合器里面產(chǎn)生干涉后被光電平衡探測(cè)器接收轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，同時(shí)利用角膜的干涉信號(hào)觸發(fā)數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行采集，保證采集卡能夠?qū)崟r(shí)采集到眼軸的數(shù)據(jù)。把采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X上，經(jīng)過(guò)處理后把干涉信號(hào)實(shí)時(shí)顯示出來(lái)，并通過(guò)計(jì)算角膜和視網(wǎng)膜的干涉峰之間的距離算出AL。

Fig.5 Device diagram of eye optical parameter measurement system

為實(shí)時(shí)的精準(zhǔn)測(cè)量角膜頂點(diǎn)到靶環(huán)之間的距離，本文采用了半徑8 mm的標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行標(biāo)定，角膜定位如圖6所示，兩個(gè)半徑為16.75 mm和19.25 mm環(huán)形LED靶環(huán)陣列光源發(fā)出波長(zhǎng)為770～780 nm的紅光照射標(biāo)準(zhǔn)件，通過(guò)已知的R、y、β、y0，用公式（5）計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)件的干涉位置到靶環(huán)之間的距離d，再用反射鏡找到系統(tǒng)的干涉初始位置A1并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)件干涉信號(hào)距離系統(tǒng)干涉初始位置之間的距離d2，后計(jì)算d2和d之間的距離差即可計(jì)算出靶環(huán)到系統(tǒng)干涉初始位置之間的距離d1。當(dāng)實(shí)際測(cè)量人眼時(shí)，可以實(shí)時(shí)的根據(jù)角膜的干涉位置d與前文得出的干涉初始位置d1，算出角膜頂點(diǎn)到靶環(huán)之間的距離，實(shí)現(xiàn)對(duì)角膜頂點(diǎn)到靶環(huán)之間距離的實(shí)時(shí)測(cè)量。

為保證成像系統(tǒng)的放大倍率，首先使用間隔為0.5 mm標(biāo)定板進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定的流程為：將標(biāo)定板置于靶環(huán)前，步進(jìn)電機(jī)前后移動(dòng)靶環(huán)，按圖像的能量梯度來(lái)計(jì)算出其最清晰的位置，計(jì)算出CCD上像的大小與標(biāo)定板的實(shí)際長(zhǎng)度來(lái)精確計(jì)算成像系統(tǒng)放大倍數(shù)β；在精準(zhǔn)測(cè)量成像系統(tǒng)的放大倍率后，利用角膜的干涉信號(hào)觸發(fā)相機(jī)采集圖像，采集到的圖像就是標(biāo)定處的成像放大倍率，保證了每次測(cè)量時(shí)成像系統(tǒng)的放大倍率穩(wěn)定不變。最后通過(guò)對(duì)采集到的圖像進(jìn)行處理求出y0，利用公式（5）便可實(shí)時(shí)、精確地計(jì)算出人眼的角膜曲率。

Fig.6 Schematic diagram of corneal curvature positioning

3 結(jié)果與分析

3.1 AL的重復(fù)性和精度測(cè)試

在測(cè)試AL的重復(fù)性和精度之前，本文驗(yàn)證了系統(tǒng)干涉信號(hào)的信噪比和縱向分辨率，實(shí)際的測(cè)量信號(hào)圖見(jiàn)圖7a。為了得到高信噪比，首先對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行帶通濾波處理，濾除直流信號(hào)和電源噪聲，其次對(duì)信號(hào)進(jìn)行希爾伯特變換提取信號(hào)的包絡(luò)，最后對(duì)信號(hào)進(jìn)行低通濾波濾除信號(hào)的毛刺，得到了信號(hào)強(qiáng)度為140、噪聲信號(hào)為15、信噪比高達(dá)19 dB的信號(hào)（圖7b）；系統(tǒng)的縱向分辨率受到參考臂光學(xué)延遲線產(chǎn)生的色散影響，因此在樣品臂加入色散補(bǔ)償光纖進(jìn)行色散補(bǔ)償，對(duì)比沒(méi)有進(jìn)行色散補(bǔ)償?shù)男盘?hào)（圖7c）和加入色散補(bǔ)償光纖進(jìn)行色散補(bǔ)償?shù)男盘?hào)（圖7d）可知，沒(méi)有進(jìn)行色散補(bǔ)償?shù)母缮嫘盘?hào)展寬很大，存在多個(gè)波峰，不能準(zhǔn)確定位干涉峰的位置，影響測(cè)量精度。計(jì)算信號(hào)的半高寬得到系統(tǒng)的縱向分辨率為8.3 μm，符合測(cè)量精度。

Fig.7 30 mm eye axis length signal diagram

為驗(yàn)證本系統(tǒng)測(cè)試眼軸長(zhǎng)度的重復(fù)性和精度，本文采用國(guó)家計(jì)量院發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)眼軸長(zhǎng)度為15、20、30 mm的模擬眼（型號(hào)分別為K9-ST-15、K9-ST-20、K9-ST-30，折射率為1.525 5，實(shí)際測(cè)量值分別為15.000、19.998、30.008 mm，不確定度為10 μm）進(jìn)行測(cè)量450次（圖8），數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差分別為0.007 9、0.008 4、0.007 7，說(shuō)明系統(tǒng)的重復(fù)性良好，平均值為14.991、20.014、30.012，最大誤差為40 μm，遠(yuǎn)低于國(guó)家誤差標(biāo)準(zhǔn)的100 μm，結(jié)果表明本文研究的系統(tǒng)對(duì)AL的測(cè)量能夠達(dá)到高精度的測(cè)量要求。

Fig.8 Standard analog eye axis measurement length

為驗(yàn)證本系統(tǒng)的眼軸長(zhǎng)度測(cè)量準(zhǔn)確性，將本系統(tǒng)的測(cè)量值與蔡司公司的IOL Master（德國(guó)ZEISS IOL Master500，光學(xué)低相干反射原理，測(cè)量精度0.01 mm）眼科生物參數(shù)測(cè)量?jī)x和瑞士Haag-Streit生產(chǎn)的LS900（光學(xué)低相干反射原理，測(cè)量精度0.01 mm）光學(xué)生物測(cè)量?jī)x測(cè)量值進(jìn)行對(duì)比。采用IOL Master500和LS900對(duì)5名志愿者進(jìn)行AL測(cè)量（表2），結(jié)果顯示，志愿者5的AL測(cè)量誤差最大，達(dá)到了50 μm，其余的都在40 μm以內(nèi)，由于人眼狀態(tài)的調(diào)節(jié)也會(huì)帶來(lái)一定的誤差，所以數(shù)據(jù)測(cè)量的誤差也會(huì)偏大。采用LS900對(duì)4名志愿者進(jìn)行AL測(cè)量（表3），對(duì)數(shù)據(jù)分析可知，4個(gè)志愿者數(shù)據(jù)偏差都在40 μm以內(nèi)，能夠達(dá)到本系統(tǒng)的精度。

Table 2 Comparison of the axial length measurement results of our system and the Zeiss IOL Master

Table 3 Comparison of the axial length measurement results of our system and the LS900

3.2 角膜曲率的重復(fù)性和精度測(cè)試

人眼角膜CR大概在8 mm左右，因此采用半徑為8.005 mm的標(biāo)準(zhǔn)件測(cè)量系統(tǒng)的重復(fù)性和精度。本文分別對(duì)人眼和8.005 mm標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行角膜CR測(cè)量20次（圖9，表4、5）。對(duì)數(shù)據(jù)分析可知，標(biāo)準(zhǔn)件的數(shù)據(jù)方差為1.676 29×10-3μm，重復(fù)性精度遠(yuǎn)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量單位20 μm的誤差，測(cè)量實(shí)際平均值為8.002 6 mm，較標(biāo)準(zhǔn)值減小了2.4 μm，測(cè)量精度滿足要求；人眼的數(shù)據(jù)方差為2.082 36×10-2μm，由于人眼在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中存在抖動(dòng)問(wèn)題，數(shù)據(jù)波動(dòng)會(huì)比標(biāo)準(zhǔn)件偏大，但總體的重復(fù)性良好。

Fig.9 Fitting of LED target ring

Table 4 The radius of curvature of 20 groups of standard parts with a radius of 8.005 mm

Table 5 The corneal curvature radius of 20 groups of human eyes

4 結(jié) 論

本文提出了一種基于低相干光干涉眼睛光學(xué)生物參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，采用旋轉(zhuǎn)式的光學(xué)延遲線快速對(duì)眼睛進(jìn)行軸向掃描，掃描時(shí)間小于25 ms，實(shí)現(xiàn)對(duì)眼睛的實(shí)時(shí)精確測(cè)量；通過(guò)角膜反射回來(lái)的光信號(hào)實(shí)時(shí)定位角膜位置，利用8 mm的標(biāo)準(zhǔn)件標(biāo)定系統(tǒng)的角膜頂點(diǎn)到靶環(huán)之間的距離，實(shí)時(shí)地定位角膜頂點(diǎn)到靶環(huán)的距離，從而實(shí)現(xiàn)角膜CR的動(dòng)態(tài)測(cè)量；利用角膜的干涉信號(hào)對(duì)相機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行同步觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)了眼軸數(shù)據(jù)和角膜曲率數(shù)據(jù)的同步采集，保證了眼軸數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和成像系統(tǒng)的放大倍率不變。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，本文提出的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了AL最大測(cè)量誤差40 μm、人眼角膜CR方差為2.082 36×10-2μm，相比傳統(tǒng)的方法，此方法具有速度快、精度高的優(yōu)點(diǎn)，能夠?yàn)檠劬鈱W(xué)生物參數(shù)AL和角膜曲率的精準(zhǔn)測(cè)量提供一種新的研究思路和技術(shù)手段，可在近視的預(yù)防和監(jiān)測(cè)中發(fā)揮重要的作用。