位相敏感型活体人眼视网膜自适应光学成像系统研究

自适应光学的发展使眼底影像学的分辨率有了质的提高，可清晰地分辨眼底细胞。而视网膜中从内核层到神经纤维层的透明组织，属于位相型物体，目前的方法无法得到高分辨率和高对比度的图像。但是这部分组织同多种疾病有密切的关系，对其进行高分辨成像，在医学上有重大意义。本项目将相衬技术同人眼自适应光学成像技术相结合，以研究适用于活体人眼视网膜成像的相衬成像技术，建立位相敏感型活体人眼视网膜自适应光学成像系统为目标。主要研究内容包括寻求合适的对眼球轴向运动不敏感的相衬成像方案；设计制作仿真度较高的模拟人眼；通过模拟人眼研究自适应光学系统的性能和视网膜的复杂结构对相衬成像的影响，并设法加以改进；研究光源相干性和照明方式等其他光学问题，完成试验型系统研制；最后，选择视力较好的受试者进行活体视网膜观测实验，期望获得有意义的视网膜透明组织图像。

本项目制定的研究目标为：分析和解决活体人眼视网膜相衬成像中的主要问题，例如眼球的运动、视网膜的复杂结构、以及人眼像差对相衬成像的影响，建立位相敏感型活体人眼视网膜自适应光学成像系统，以在活体状态下观察人眼视网膜内透明组织。并进行初步的活体视网膜观测实验，为系统的后续改进和进一步的活体实验提供基础。.实际研究了两种光学相衬成像方法和两种位相恢复算法，并分析光学相衬成像方法的位相分辨能力及动态成像能力；完成了眼球运动、系统像差等、对视网膜相衬成像的影响的分析；最终采用位相恢复算法获得了视网膜中的位相信息，但尚未进行验证。.以下简述工作中取得的进展、成果及后续计划。.首先使用zemax软件分析了视网膜成像仪和对应的简化成像仪光路中频谱面位置随人眼位置的变化情况。计算结果说明人眼的轴向移动对相衬成像的影响较小, 使依赖频谱面的相衬技术用于视网膜成像成为可能。随后我们进行了螺旋相衬动动态成像分解实验，并改进了螺旋相衬中位相片的结构，另外引入了光栅微分相衬，使人眼横向运动时对相衬成像的影响大幅降低。.然后，我们进行了离体猪视网膜样品和植物切片样品的成像实验，但结果并不理想，两种光学相衬成像方法得到的相衬图像和光强图相比无明显区别。经过分析，我们认为实际的动植物样品和之前采用的人工结构样品的光学特性有较大区别，其频谱特性不能表示为平面波的微扰，而更接近于漫反射物体。这导致了我们使用的基于分波前干涉的光学相衬成像方法失效。要实现人眼视网膜的相衬成像，需要使用基于分振幅干涉的方法或者是不基于干涉的相衬成像方法。.因此，我们考虑使用位相恢复算法。这类算法的优势是非相干的成像方法，可以使用低相干光成像，样品散射和漫反射的影响较小。通过比较，我们采用了迭代位相恢复算法，这种方法使用一系列离焦图像进行位相恢复，而纵向扫描成像是视网膜成像仪的功能之一。因此我们通过视网膜纵向扫描的图像序列恢复出了出视网膜中的位相信息，和光强图相比有明显的不同。但是该位相结果中应该混合了视细胞反射光中携带的位相信息。.项目研究中的主要问题在于最终使用了位相恢复算法来得到视网膜的相衬图像，而不是预期的纯光学相衬成像方法。其原因是选用的成像方法不适用于视网膜这类复杂的位相物体。因此在以后的研究中，我们认为必须使用基于分振幅干涉的相衬成像方法，或者非干涉原理的成像方法。另外，还需要对视网膜本身的光学特性进行深入的研究。