自适应光学技术获取高分辨率视网膜图像

　　1　引言

　　人眼视网膜是结构复杂的人体组织,不仅眼睛本身的疾病而且人体的其他疾病(如糖尿病、晶状体病变等)都可以在眼底得到反映。获取高分辨率的视网膜图像,将为视觉生理研究和疾病的早期诊断提供前所未有的有力工具。

　　人眼作为光学系统还存在低阶及高阶像差,这些像差使得对视网膜成像分辨率很难达到极限水平。近年来,自适应光学技术应用到眼科,成为国际上视觉科学和自适应光学技术研究的热点[1]。中国科学研究院于2003年成功研制出微小变形镜,并将其运用到微小自适应光学系统,以研究人眼的高阶相差对视觉的影响[2]。

　　2　视网膜特点及传统成像技术

　　视网膜分为表层的感光层、中间细胞核层及底层神经纤维层。一方面由于眼睛组织的不均匀性,使得眼睛对光波有吸收、散射作用,因此光波很难深入眼睛组织内部;另一方面由于活体视网膜细胞对光的敏感性,只能采用较弱的光源以免伤害视网膜细胞,而且视网膜细胞具有分层次的组织结构,这些使得获取高分辨率的视网膜图像成为近年来的热门与难点课题之一。在无损的前提下,能获取活体生物组织图像的几种主要技术列于表1。

　　3　AO技术在获取高分辨率视网膜图像中的应用

　　3.1　自适应光学系统工作原理

　　图1所示是一个典型的自适应光学结构图。典型的自适应光学系统是使用波前传感器探测入射光波前畸变,然后通过控制器向波前校正设备发出控制信号,控制可变形反射镜镜面的动作,使镜面发生形变。当镜面形状与畸变相位满足相位共轭关系时,畸变就会被抵消掉,从而波前得到恢复,成像分辨率得到提高[3]。

　　3.2　可变形反射镜

　　可变形反射镜(DM)是自适应光学(AO)系统中的核心部件,它担负着校正由内、外因素所引入的波前误差的任务。本课题组利用MEMS技术研制了一种新型的带透明电极的可变形反射镜[4]。如图2所示,装置的上部分是透明电极,中部是利用绝缘体上硅(SOI)晶片作成的反射镜面,下方是驱动电极阵列。在镜面与驱动电极阵列之间是用聚酰亚胺做成的支撑柱,这种柱子支撑着整个薄膜框架以及透明电极。

　　我们利用美国ZYGO公司生产的数字干涉仪对变形镜表面进行测定。数字干涉仪是利用干涉的方法快速测量平面、球面的精密仪器。其光学部分采用的是菲索干涉仪原理,数字部分采用条纹法和位相法两种方法进行干涉图的判读。测量精度为1/20λ,重复性精度可以达到1/1000λ。图3表示在驱动电极上施加的电压分布及相应产生的镜面形貌。