眼底成像檢測用模型眼的研制范文

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〔摘要〕眼底成像檢測類設(shè)備是眼科檢查必不可少的設(shè)備，目前國內(nèi)測量該類設(shè)備的準(zhǔn)確性尚沒有統(tǒng)一的模型眼。現(xiàn)基于GullstrandⅠ號模型眼，設(shè)計(jì)一種用于檢測眼底成像設(shè)備的模型眼，并將模型眼應(yīng)用于眼底照相機(jī)的檢測。檢測結(jié)果表明，將ISO10940：2009《眼科儀器眼底照相機(jī)》中的測量方法與采用模型眼檢測相比，視場角結(jié)果相對偏差0.2%，分辨力結(jié)果一致。模型眼可替代ISO10940：2009中的測量方法，用作檢測眼底成像設(shè)備。

〔關(guān)鍵詞〕眼底成像設(shè)備；模型眼；GullstrandⅠ號模型眼；人眼屈光組織

眼底成像檢查類的設(shè)備主要有眼底照相機(jī)、眼底造影機(jī)、眼底掃描儀等，眼底照相機(jī)是典型代表。眼底照相機(jī)是用來觀察和記錄眼底狀況的儀器，它將眼底以黑白或彩色照片的形式記錄和保存下來，是眼科醫(yī)師的主要診斷工具[1-2]。其主要光學(xué)性能包括視場角、分辨力等，這些性能的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到診斷的有效性，進(jìn)而關(guān)系到患者眼睛的安全[3-4]，而如何測量眼底照相機(jī)的準(zhǔn)確性就成為亟待解決的關(guān)鍵問題。眼底照相機(jī)產(chǎn)品的國際標(biāo)準(zhǔn)ISO10940：2009《眼科儀器眼底照相機(jī)》[5]已推出，目前眼底照相機(jī)國際標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的分辨力、視場角、放大率等測量方法是在距離眼底照相機(jī)1m處使用不同的視標(biāo)來測量。該方法是一種簡易的非實(shí)際狀態(tài)的方法，沒有考慮實(shí)際人眼的狀態(tài)，如人眼角膜的和晶狀體的反射較強(qiáng)，視網(wǎng)膜反射較弱，瞳孔起到光闌的作用，視網(wǎng)膜的形狀是曲面而不是平面等，這些國際標(biāo)準(zhǔn)中的方法都沒有涉及。本研究針對ISO10940：2009《眼科儀器眼底照相機(jī)》中檢驗(yàn)方法的不足，基于GullstrandⅠ號模型眼，研究一種模擬人眼成像的眼底成像檢測用模型眼，具有與人眼接近的光學(xué)參數(shù)，如焦距、組織間低反射率、像差等。

1眼底成像檢測用模型眼的研制

1.1模型眼光學(xué)模塊的研制本研究基于在眼視光領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的眼光學(xué)模型——GullstrandⅠ號模型眼[6-7]，設(shè)計(jì)一種用于眼底成像檢測的模型眼。模型眼設(shè)計(jì)考慮要點(diǎn)：（1）模型眼的屈光特性模擬實(shí)際人眼屈光組織，其等效空氣中焦距應(yīng)與人眼接近；（2）考慮模型眼相鄰材料層之間的反射光不應(yīng)影響到眼底照相機(jī)接收到的眼底圖像，相鄰材料層之間的反射光應(yīng)盡可能降低，結(jié)合人眼屈光組織層之間（角膜與房水、房水與晶狀體、晶狀體與玻璃體）的低反射特性，所以模型眼相鄰材料的相對折射率差應(yīng)與GullstrandⅠ號模型眼屈光組織任意相鄰的兩層之間的相對折射率差接近；（3）GullstrandⅠ號模型眼作為具有權(quán)威性的模型眼，認(rèn)為其水平代表非調(diào)節(jié)狀態(tài)時(shí)人眼的正常像差水平，并考慮結(jié)合眼底成像分辨力檢測，所以，模型眼的近軸光與軸外光的彌散斑半徑與GullstrandⅠ號模型眼接近，用以表征帶像差的人眼；（4）考慮到眼底面與眼底照相機(jī)成像面的物象關(guān)系，模型眼出射主光線與眼底切線的夾角應(yīng)與GullstrandⅠ號模型眼接近；（5）模型眼的調(diào)制傳遞函數(shù)（modulationtransferfunction，MTF）會影響眼底照相機(jī)的最終成像質(zhì)量，所以模型眼近軸光的MTF數(shù)值與GullstrandⅠ號模型眼應(yīng)接近，這也是由于模型眼需用于考核眼底成像分辨力的要求。此外，ISO10940：2009檢測方法5.2.2條款中提到檢測光源可以是“由一個(gè)峰值波長介于520~560nm，半峰寬小于80nm的綠色濾色片濾過的光源”[5]，故在設(shè)計(jì)中不考慮色差，采用與檢測光源接近的單色D光（波長589.3nm）進(jìn)行評價(jià)。不考慮色差為模型眼材料的選擇提供了方便，只需確保材料直接的相對折射率差與GullstrandⅠ號模型眼接近，實(shí)際設(shè)計(jì)中選用K9玻璃與H-BAK5玻璃。此外，模型眼第一個(gè)光學(xué)面的曲率半徑與GullstrandⅠ號模型眼接近，模擬人眼角膜面；模型眼最后一個(gè)光學(xué)面的曲率半徑與GullstrandⅠ號模型眼接近，模擬人眼視網(wǎng)膜面，即人眼眼底。采用ZEMAX設(shè)計(jì)，模型眼結(jié)果如下。該模型眼由3片光學(xué)透鏡組成（圖1），整個(gè)鏡頭從物方到像方依次為第一鏡片、第二鏡片、第三鏡片，第一鏡片、第二鏡片、第三鏡片之間的相鄰面緊貼，其中的第一鏡片1為凸透鏡，前表面和后表面的半徑分別為8mm和-14.027mm，中心厚度為4.5mm，光學(xué)面直徑為9.5mm，材料為K9玻璃；第二鏡片2為凹透鏡，前表面和后表面的半徑分別為-14.027mm和9.988mm，中心厚度為1.5mm，光學(xué)面直徑為8.5mm，材料為H-BAK5玻璃；第三鏡片3為凸透鏡，前表面和后表面的半徑分別為9.988mm和-11.476mm，中心厚度為19.264mm，前表面光學(xué)面直徑為8.5mm，后表面光學(xué)面直徑為22.0mm，材料為K9玻璃。

1.2視場、分辨力視標(biāo)的設(shè)計(jì)視場刻度線呈正交分布，每個(gè)方向的范圍為5°~30°，所以視場角測量范圍可以達(dá)到60°。視場刻度線格值為0.5°，每個(gè)刻度線的位置、相鄰刻度線之間的距離采用ZEMAX軟件，由軸外光光線追跡計(jì)算得到。分辨力視標(biāo)呈正交分布，與視場刻度線相隔45°布局，視場中心布局一組分辨力視標(biāo)，該組由40lp/mm、60lp/mm、80lp/mm、100lp/mm這4個(gè)視標(biāo)組成；視場中部以及邊緣，在每個(gè)方向分布4組分辨力視標(biāo)，每一組由25lp/mm、40lp/mm、60lp/mm、80lp/mm這4個(gè)視標(biāo)組成。每個(gè)視標(biāo)包括互成直角的黑白三線視標(biāo)。

1.3視場、分辨力視標(biāo)的加工本著經(jīng)濟(jì)節(jié)能的原則，視標(biāo)的加工采用光刻技術(shù)結(jié)合電鍍鎳技術(shù)的工藝方案，具體流程如下：（1）根據(jù)上述視標(biāo)圖紙進(jìn)行光刻掩膜版設(shè)計(jì)、投版；（2）利用電子束蒸發(fā)鍍膜設(shè)備進(jìn)行玻璃基底的金屬導(dǎo)電膜蒸鍍；（3）利用離心涂膠設(shè)備在具備導(dǎo)電膜的基底上進(jìn)行光刻膠均勻涂覆；（4）利用真空烘箱進(jìn)行樣品前烘；（5）利用紫外曝光設(shè)備，將涂有光刻膠的基底在光刻掩膜版下進(jìn)行紫外曝光；（6）通過顯影工藝將掩膜版圖形轉(zhuǎn)移至光刻膠；（7）利用真空烘箱進(jìn)行樣品后烘；（8）利用電鍍鎳設(shè)備進(jìn)行金屬膜生長，在基底和光刻膠表面生成金屬鎳層；（9）利用有機(jī)溶劑進(jìn)行光刻膠溶蝕；（10）在顯微鏡下進(jìn)行金屬鎳層與基底的分離，形成具有微米尺度結(jié)構(gòu)的金屬光闌。1.4模型眼系統(tǒng)組裝金屬光闌按照設(shè)計(jì)形狀進(jìn)行切割，便于金屬光闌（平面）粘貼在模型眼球面的最后一面（球面）。粘貼后，放置在模型眼座里，配合固定裝置，組成眼底檢測用模型眼整體裝置。

2模型眼應(yīng)用于眼底照相機(jī)的檢測

采用日本尼德克公司AFC-330型眼底照相機(jī)進(jìn)行檢測對比。測量指標(biāo)包括視場角與分辨力。測量方法分別采用ISO10940：2009中的方法與本研究研制的模型眼。

2.1ISO10940：2009中的方法將帶有量尺的板放置于眼底照相機(jī)出瞳1m處，采用白光照明，眼底照相機(jī)調(diào)焦清楚后拍攝，測量板上的視場大小，經(jīng)計(jì)算后得到視場角。視場角檢測拍攝結(jié)果見圖3，左視場邊緣的刻度為175mm，右視場邊緣的刻度為945mm，可計(jì)算得到視場半徑=（945-175）/2=385mm，視場角=2arctan（385/1000）=42.1°。

2.2本研究研制的模型眼將模型眼放置于眼底照相機(jī)工作距離處，采用D光透射照明，眼底照相機(jī)調(diào)焦清楚后拍攝，檢測拍攝結(jié)果見圖5。可直接根據(jù)視場角刻劃線讀出視場大小，分別讀出左邊緣視場角刻度為21.5°，右邊緣視場角刻度為21.5°，所以視場角檢測結(jié)果為42.0°；此外視場中心、視場中部、視場邊緣可分辨的分辨力線線對分別為60lp/mm、40lp/mm、40lp/mm。2.3對比討論視場角：對于同一臺儀器，即日本尼德克公司AFC-330型眼底照相機(jī)，采用ISO10940：2009中的方法檢測得到的視場角為42.1°，采用本研究研制的模型眼檢測得到的視場角為42.0°，與ISO10940：2009的檢測結(jié)果僅偏離0.2%。所以，模型眼可滿足視場角±7%檢測允差的要求，可以替代ISO10940：2009的檢測方法。分辨力：對于同一臺儀器，即日本尼德克公司AFC-330型眼底照相機(jī)，采用ISO10940：2009中的方法與采用本研究研制的模型眼，視場中心、視場中部、視場邊緣可分辨的分辨力線線對皆為60lp/mm、40lp/mm、40lp/mm。所以，模型眼可滿足檢測眼底分辨力的檢測要求，可以替代ISO10940：2009的檢測方法。

3總結(jié)

本研究認(rèn)為GullstrandⅠ號模型眼作為一種經(jīng)典模型眼，其參數(shù)接近人眼實(shí)際情況，從而基于GullstrandⅠ號模型眼，設(shè)計(jì)了一種用于檢測眼底設(shè)備的模型眼。模型眼考慮到眼底檢測情況，考慮屈光特性、相鄰材料的相對折射率差、近軸光與軸外光的彌散斑半徑、出射主光線與眼底切線的夾角、近軸光的MTF這5個(gè)指標(biāo)參數(shù)，使得與GullstrandⅠ號模型眼接近。采用光刻技術(shù)結(jié)合電鍍鎳技術(shù)的工藝方案研制視場、分辨力視標(biāo)。分別采用ISO10940：2009《眼科儀器眼底照相機(jī)》中的檢測方法與本研究研制的模型眼檢測眼底照相機(jī)，視場角結(jié)果偏差0.2%，分辨力結(jié)果一致。本研究研制的模型眼可替代ISO10940：2009《眼科儀器眼底照相機(jī)》中的測量方法，用作檢測眼底成像設(shè)備。

［參考文獻(xiàn)］

［1］李科毅.免散瞳眼底照相機(jī)在防治糖尿病視網(wǎng)膜病變中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代診斷與治療，2013，9（10）：2298.

［2］羅俊，譚藝蘭，杜芬，等.免散瞳眼底照相技術(shù)在學(xué)齡前兒童眼底病篩查中的應(yīng)用[J].國際眼科雜志，2014，14（6）：1179-1180.

作者：彭建華，賈曉航，王敬濤，胡一平 單位：浙江省醫(yī)療器械檢驗(yàn)研究院