一種用于oct設備成像性能評價的三維分辨率板及其使用方法
【專利摘要】本發明屬于醫療器械領域，具體公開了一種用于光學相干層析(OCT)設備成像性能評價的三維分辨率板的設計及制作方法，該分辨率板包括兩部分圖案：一部分是用于OCT橫向分辨率的評價，每組圖案的高度相同，在二維平面上由水平與垂直方向各三條短線組成，短線的尺寸從大到小；另一部分是用于OCT軸向分辨率的評價，每組圖案在二維平面上都是長寬相同的正方形，但是高度從大到小不同。分辨率板的制作方法采用3D打印或者微納加工技術，使用的材料為摻雜聚合物微納散射顆粒的透明樹脂。本發明依據OCT設備的成像原理設計并制作而成，通過對分辨率板進行測量成像從而能評價OCT設備的三維分辨率性能。
【專利說明】一種用于OCT設備成像性能評價的三維分辨率板及其使用方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于醫療器械領域，具體涉及一種用于OCT設備成像性能評價的三維分辨率板及其使用方法。
【背景技術】
[0002]光學相干層析(OCT)成像是20世紀90年代初期研究提出的一種無創三維成像診斷技術。與傳統的核磁，X射線和超聲等成像技術相比，OCT具有更高的分辨率，可至微米級，而且由于是近紅外光學成像，不用擔心任何輻射風險；與離體檢測的光學共聚焦顯微鏡相比，OCT具有更大的穿透深度，而且通過借助光纖技術很容易就能實現小型化與便攜式，可以對活體組織進行在線檢測。1996年，德國卡爾蔡司公司研發出世界上第一臺商業化的OCT設備，2002年首次通過美國食藥監局(FDA)的認證。1997年，我國中山大學中山眼科中心從國外引進國內第一臺OCT儀器，并用于臨床檢查和臨床研究。近年來，OCT作為一種新的成像技術獲得了突飛猛進的發展，傳統的OCT設備已經在眼科領域獲得了廣泛的臨床診斷應用。不僅如此，結合光纖與內窺鏡技術，研究已開始將OCT成像方法應用于皮膚、牙齒、心血管、食道，腦成像等多個領域。OCT技術的應用范圍由對透明生物組織的縱向探測發展到對高散射非透明組織結構樣品的探測，從生物組織的探測發展到對非生物材料的檢測等工業領域。
[0003]因為OCT是一種新興的成像技術，目前在國際上還沒有相應的技術標準。在國際標準化組織IS0/TC172/SC7 “眼科光學和儀器”技術委員會2010年年會上，德國代表團提出起草OCT國際標準的申請，目前標準依然在準備階段，中國計量科學研究院醫學與生物研究所作為中國眼科光學的技術代表一直在積極參與ISO工作組對OCT標準的討論。當前OCT設備的現狀是，所有技術參數基本都由廠家自己提供，尤其在中國，沒有第三方機構具備能力對廠家給出的參數進行驗證或檢定。OCT是一種成像技術，而分辨率是評價成像性能很重要的一個指標。像顯微鏡這樣傳統的二維光學成像系統通常采用分辨率測試板(比如USAF1951分辨率板)對分辨率進行測試。這種分辨率板通常是以石英玻璃作為基片，表面圖案采用蒸鍍或沉積一層納米級厚度的金屬鎳或者鉻而形成。而OCT設備的成像分辨率不僅包括傳統的X軸、Y軸橫向分辨率，還需要評價其在探測深度方向上的分辨率及軸向分辨率。由于OCT技術最大的優勢就是能提供深度方向的斷層圖像，因此評價其軸向分辨率顯得尤為重要。根據調研，大部分OCT廠家標稱自家OCT設備成像分辨率的方法是:采用傳統光學分辨率板測試得到OCT設備的橫向分辨率，將平面反射鏡作為樣品測量并間接得到OCT設備的軸向分辨率。橫向分辨率的測試方法比較簡單直接，但由于傳統分辨率板的金屬圖像層很薄，所以測試僅能得到某一個平面上的橫向分辨率。軸向分辨率的測試方法需要精確調整平面反射鏡的俯仰角度與軸向距離，十分繁瑣，而且需要獲取OCT設備成像中間過程的數據，屬于間接測量，廠家在OCT設備出廠前調試可以這么操作，但對于終端用戶或第三方機構則很難采用這種方法去得到OCT軸向分辨率。[0004]因此，迫切需要提供一種簡單直接的測量方法和標準器具可以同時有效得到OCT設備的橫向分辨率與軸向分辨率。
【發明內容】
[0005]為解決上述技術問題，本發明提供了一種用于OCT設備成像性能評價的三維分辨率板及其使用方法。
[0006]該三維分辨率板使用摻雜聚合物微納顆粒的透明樹脂制作基板，在該三維分辨率板的基板上采用3D打印或者微納加工技術制作分辨率測試圖案(I)與視野標示方框(2);
[0007]所述視野標示方框(2)由一組同心的正方形方框組成，方框的邊長S從小至大，分別為1.5mm, 2mm, 3mm, 6mm與10mm,用于標示OCT圖像的視野大小；
[0008]所述分辨率測試圖案(I)包含橫向分辨率測試圖案和軸向分辨率測試圖案；
[0009]所述橫向分辨率測試圖案包括8組圖案，圖案的左側具有代表該圖案的序列號的數字；橫向分辨 率測試圖案中的每組圖案在X-Y 二維平面上由水平與垂直方向各三條短線組成，短線圖案的占空比為1:1，短線的寬度(W)尺寸從大到小,最大尺寸為50 μ m，最小尺寸為I μ m ;橫向分辨率測試圖案的高度相同，都是50 μ m ;
[0010]所述軸向分辨率測試圖案也包括8組圖案，圖案的左側具有代表該圖案的序列號的數字；軸向分辨率測試圖案中的每組圖在X-Y 二維平面上都是邊長(a)為100μπι的正方形；軸向分辨率測試圖案的每組圖案的高度(H)不同，從小至大，最小尺寸為lym，最大尺寸為50 μ m。
[0011]其中，摻雜的聚合物微納顆粒包括聚苯乙烯微球。
[0012]其中，3D打印技術包括熔融沉積快速成型(FDM)和光固化成型(SLA)。
[0013]其中，微納加工技術包括采用光刻技術進行圖案轉移或直接使用電子束刻蝕方法得到圖案；以及腐蝕技術包括化學液體濕法腐蝕和各種等離子體干法腐蝕。
[0014]本發明還公開了一種使用上述的三維分辨率板的方法，其包括:
[0015]將該三維分辨率板作為目標物進行檢測，得到其OCT三維圖像；
[0016]OCT的橫向分辨率與軸向分辨率是通過分析其C-Scan圖，即X_Y平面掃描圖與B-Scan圖，即X-Z平面掃描圖分別得到的；
[0017]C-Scan圖中能看清的最小的那組圖案所對應的短線寬度尺寸即代表OCT設備的橫向分辨率，B-Scan圖中能看清的最小那組圖案所對應的高度尺寸即可用來表征所用OCT設備的軸向分辨率；C-Scan圖像中所能看到的完整的最大視野標示方框用于判斷判斷本次OCT檢測的視野大小。
[0018]本發明的有益效果是:
[0019]與傳統的光學分辨率測試板相比，本發明所提出的三維分辨率板舍棄金屬薄膜圖案，而采用更適合OCT成像機制的高散射材料制作三維圖案，得到的OCT圖像質量更高，設計的分辨率圖案既包含橫向分辨率圖案又包含軸向分辨率圖案，不僅可用于二維分辨，也同時用于評價OCT設備在深度方向上的軸向分辨率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]下面結合附圖對本發明進一步說明。[0021]圖1是本發明的三維分辨率測試板整體圖。
[0022]圖2是本發明的分辨率圖案整體圖。
[0023]圖3是本發明的橫向分辨率測試圖案。
[0024]圖4是本發明的橫向分辨率測試圖案的解析圖。
[0025]圖5是本發明的軸向分辨率測試圖案的俯視整體圖。
[0026]圖6是本發明的軸向分辨率測試圖案的剖視整體圖。
[0027]圖中，1-分辨率測試圖案，2-視野標示方框，S-視野標示方框邊長，W-橫向分辨率圖案短線寬度，a-軸向分辨率圖案邊長，H-軸向分辨率圖案高度。
【具體實施方式】
[0028]在本發 明的實施方式中，使用三維分辨率板可以對OCT設備成像性能進行評價。不同于一般的光學顯微成像，OCT技術是基于探測樣品不同深度的背向散射光進而通過一系列信號處理重構出被探測區域的三維圖像。正因為于此，OCT圖像往往在散射系數或反射率差異大的界面會有較高的對比度。但如果樣品的某個界面反射率太大，比如反射鏡面，又會造成OCT信號過強反而會淹沒掉其他有效信息。考慮到OCT這樣的成像機理，本發明提出的三維分辨率板所用材料為摻雜聚合物微納顆粒的透明樹脂，樹脂的良好透光性避免了光信號的急速衰減從而保障了 OCT的探測深度，摻雜的聚合物微納顆粒(例如聚苯乙烯微球)因為與基質樹脂的折射率存在差異從而可以顯著提高材料的散射系數。采用這種材料制作三維分辨率板，很好地仿真了 OCT成像的理想環境，從而能有效的評價其成像性能。
[0029]附圖1是本發明的三維分辨率測試板的整體圖，包括分辨率測試圖案I與視野標示方框2，附圖2是分辨率測試圖案的整體圖，視野標示方框由一組同心的正方形方框組成，方框的邊長S從小至大，分別為1.5mm, 2mm, 3mm, 6mm與10mm,用于標示OCT圖像的視野大小。
[0030]本發明采用高散射系數的材料制作該三維分辨率板，得到的OCT圖像質量更高。此外，所設計的分辨率測試圖案既包含橫向分辨率測試圖案，又包含軸向分辨率測試圖案。附圖3是橫向分辨率測試圖案的整體圖，包括8組圖案，圖案的左側的數字代表該圖案的序列號。附圖4是橫向分辨率測試圖案的解析圖，橫向分辨率測試圖案中的每組圖案都如附圖4所示，在X-Y二維平面上由水平與垂直方向各三條短線組成，短線圖案的占空比為1:1，短線的寬度(W)尺寸從大到小,最大尺寸為50 μ m，最小尺寸為I μ m，涵蓋了目前OCT設備橫向分辨率配置的可能范圍。橫向分辨率測試圖案的高度相同，都是50μπι。附圖5是軸向分辨率測試圖案的俯視整體圖，也包括8組圖案，圖案的左側的數字代表該圖案的序列號。軸向分辨率測試圖案中的每組圖案如附圖5所示，在X-Y 二維平面上都是邊長(a)為100μπι的正方形。附圖6是軸向分辨率測試圖案的剖視整體圖。如附圖6所示，軸向分辨率測試圖案的每組圖案的高度(H)不同,從小至大,最小尺寸為I μ m，最大尺寸為50 μ m，涵蓋了目前OCT設備分辨率可能達到的最大范圍。
[0031]分辨率板的制作方法采用3D打印或者微納加工技術。3D打印技術中的熔融沉積快速成型(FDM)或者光固化成型(SLA)方法都可以作為選擇。熔融沉積又叫熔絲沉積，它是將絲狀熱熔性材料如ABS或PLA塑料加熱融化，通過帶有一個微細噴嘴的噴頭擠噴出來。熱熔材料融化后從噴嘴噴出，沉積在制作面板或者前一層已固化的材料上，溫度低于固化溫度后開始固化，通過材料的層層堆積形成最終成品。光固化成型技術主要使用光敏樹脂為材料，通過紫外光或者其他光源照射逐層固化成型。與3D打印技術相比，目前的微納制造工藝能夠提供很高的分辨率，已至納米級。平面工藝可采用光刻技術進行圖案轉移或直接使用電子束刻蝕方法得到圖案；腐蝕技術包括化學液體濕法腐蝕和各種等離子體干法腐蝕。
[0032]與傳統的光學分辨率測試板相比，本發明所提出的三維分辨率板舍棄金屬薄膜圖案，而采用更適合OCT成像機制的高散射材料制作三維圖案，得到的OCT圖像質量更高，設計的分辨率圖案既包含橫向分辨率圖案又包含軸向分辨率圖案，不僅可用于二維分辨，也同時用于評價OCT設備在深度方向上的軸向分辨率。 [0033]使用本發明提出的三維分辨率板去評價OCT成像分辨率性能的方法與流程如下:將該三維分辨率板作為目標物進行檢測，得到其OCT三維圖像。OCT的橫向分辨率與軸向分辨率是通過分析其C-Scan圖(即X-Y平面掃描圖)與B-Scan圖(即X-Z平面掃描圖)分別得到的。如附圖3所示，C-Scan圖用于分析橫向分辨率測試圖案。如附圖6所示，B-Scan圖用于分析軸向分辨率測試圖案。C-Scan中能看清的最小的那組圖案所對應的短線寬度尺寸即代表OCT設備的橫向分辨率，B-Scan中能看清的最小那組圖案所對應的高度尺寸即可用來表征所用OCT設備的軸向分辨率。與此同時，C-Scan圖像中所能看到的完整的最大視野標示方框可用于判斷判斷本次OCT檢測的視野大小。
[0034]此處已經根據特定的示例性實施例對本發明進行了描述。對本領域的技術人員來說在不脫離本發明的范圍下進行適當的替換或修改將是顯而易見的。示例性的實施例僅僅是例證性的，而不是對本發明的范圍的限制，本發明的范圍由所附的權利要求定義。
【權利要求】
1.一種用于OCT設備成像性能評價的三維分辨率板，其特征在于: 三維分辨率板使用摻雜聚合物微納顆粒的透明樹脂制作基板，在該三維分辨率板的基板上采用3D打印或者微納加工技術制作分辨率測試圖案(I)與視野標示方框(2); 所述視野標示方框(2)由一組同心的正方形方框組成，方框的邊長S從小至大，分別為1.5mm, 2mm, 3mm, 6mm與10mm,用于標示OCT圖像的視野大小； 所述分辨率測試圖案(I)包含橫向分辨率測試圖案和軸向分辨率測試圖案； 所述橫向分辨率測試圖案包括8組圖案，圖案的左側具有代表該圖案的序列號的數字；橫向分辨率測試圖案中的每組圖案在X-Y 二維平面上由水平與垂直方向各三條短線組成，短線圖案的占空比為1:1，短線的寬度(W)尺寸從大到小,最大尺寸為50 μ m，最小尺寸Slum ;橫向分辨率測試圖案的高度相同，都是50 μ m ; 所述軸向分辨率測試圖案也包括8組圖案，圖案的左側具有代表該圖案的序列號的數字；軸向分辨率測試圖案中的每組圖在X-Y 二維平面上都是邊長(a)為100 μ m的正方形；軸向分辨率測試圖案的每組圖案的高度(H)不同，從小至大，最小尺寸為lym，最大尺寸為50 μ m0
2.如權利要求1所述的三維分辨率板，其特征在于:摻雜的聚合物微納顆粒包括聚苯乙烯微球。
3.如權利要求2所述的 三維分辨率板，其特征在于:3D打印技術包括熔融沉積快速成型(FDM)和光固化成型(SLA)。
4.如權利要求3所述的三維分辨率板，其特征在于:微納加工技術包括采用光刻技術進行圖案轉移或直接使用電子束刻蝕方法得到圖案；以及腐蝕技術包括化學液體濕法腐蝕和各種等離子體干法腐蝕。
5.—種使用權利要求1-4任一所述的三維分辨率板的方法,其特征在于包括: 將該三維分辨率板作為目標物進行檢測，得到其OCT三維圖像； OCT的橫向分辨率與軸向分辨率是通過分析其C-Scan圖，即X-Y平面掃描圖與B-Scan圖，即X-Z平面掃描圖分別得到的； C-Scan圖中能看清的最小的那組圖案所對應的短線寬度尺寸即代表OCT設備的橫向分辨率，B-Scan圖中能看清的最小那組圖案所對應的高度尺寸即可用來表征所用OCT設備的軸向分辨率；C-Scan圖像中所能看到的完整的最大視野標示方框用于判斷判斷本次OCT檢測的視野大小。
【文檔編號】A61B5/00GK103932682SQ201410191226
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月7日 優先權日:2014年5月7日
【發明者】胡志雄, 劉文麗, 洪寶玉, 郝冰濤, 李姣, 李燁, 王樂樂 申請人:中國計量科學研究院