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《中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)》 2010年
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视网膜血管的液晶自适应光学成像系统设计

程少园  
【摘要】: 视网膜血管的高分辨率成像不仅对眼科疾病的早期诊断而且对人体血液相关疾病如糖尿病、心脑血管疾病等的早期诊断都具有重要意义。由于人眼存在各种高阶像差,只有使用自适应光学校正技术才可能使视网膜血管的分辨率从20微米提高到10微米。长期以来人们期待着变形镜自适应光学技术能够实现这个目标,但由于其体积大、成本极高、校正量小,难以实用化。而液晶校正器空间分辨率高、校正量大,可以补偿高度屈光不正以及老龄化人眼的高阶像差,其次成本低、功耗小、体积小,这些优势使液晶自适应光学系统在人眼视网膜的高分辨率成像上具有很大的临床应用潜力。 但是液晶校正器也存在着偏振依赖性、色散效应等能量利用率低的问题,使成像对比度尤其是血管的成像质量很差。针对这个问题,本论文首先调研了人眼的光谱特性、计算了人眼安全曝光量、研究了人眼像差的分布、人眼像差的变化频率、人眼的等晕角等;在此基础上,设计了单光源闭环液晶自适应光学成像系统,获得视网膜视觉细胞的图像;但发现闭环液晶自适应成像系统的能量利用率较低,对器件性能要求较高,信噪比较低;因此将系统改造成开环控制的自适应光学系统,使光能利用率提高1倍,提高了成像质量;实验中发现适用于视网膜视觉细胞成像的系统,对视网膜微细血管的成像对比度极低,于是调研了血管成像的机理,将红外成像光源改换为可见光光源,增加血管内血液的光吸收和血管外视觉细胞的光反射,以形成清晰的血管轮廓像;为此设计了双光源开环视网膜血管成像自适应系统,探测光视网膜照明直径为100微米以保证光波以准单波面出射,保持探测精度,成像光视网膜照明直径为500微米,和人眼的等晕角相当,使成像视场扩大了3倍;改进了视网膜定位的凝视目标图案,解决了视网膜漂移及人眼调焦精度不高的问题;针对血管成像所需的可见光源对人眼的强烈刺激问题,优化设计了照明功率与曝光时间,获得了较清晰的500微米视场10微米血管的图像。 本研究属于视网膜血管的液晶自适应光学成像系统的开发研究,是视网膜成像领域的国际前沿研究内容,具有光学设计的独到之处,对该系统的成果转化具有重要意义。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TH786

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