基于多界面三维折射失真校正的全眼球光学相干断层扫描重建技术及其在眼科精准医疗中的应用

《Optics and Lasers in Engineering》：Multi-interface 3D refractive distortion correction based full-eye reconstruction in optical coherence tomography images

本文提出了一种基于多界面三维折射失真校正的全眼球光学相干断层扫描（OCT）重建方法。通过加权核范数最小化（WNNM）完成边界修复，结合最小二乘曲面拟合与光线追迹理论，实现了角膜、晶状体等界面的高精度三维重构。该方法有效解决了传统二维校正或单界面校正的局限性，为眼科疾病（如屈光不正、青光眼）的机制研究和手术规划提供了更可靠的解剖学依据。

　　

Highlight

本研究亮点在于首次实现了基于多界面三维折射失真校正的全眼球光学相干断层扫描（OCT）重建。通过整合边界提取、WNNM修复、曲面拟合与光线追迹技术，显著提升了角膜、晶状体等关键结构的几何精度，为眼科精准诊断与手术导航提供了新范式。

Section snippets

Experimental system

采用自主开发的扫频源光学相干断层扫描（SS-OCT）系统进行数据采集（图1）。系统使用200kHz扫描速率的MEMS-VCSEL激光光源（中心波长1300nm），轴向分辨率达7.5μm。样本臂光线经准直后由二维振镜扫描，最终通过光谱仪与平衡探测器实现干涉信号采集。

Phantom

为验证三维折射校正效果，设计了一种接触镜-平面镜-纯水结构的仿体（图4a）。接触镜与水的折射率分别为1.385和1.333。二维OCT图像（图4b）显示，因折射率差异，镜面反射界面呈现凹陷失真。经三维折射校正后（图4c），镜面形态恢复平整，验证了算法对单界面折射失真的修正能力。

Discussion

本文提出的SS-OCT全眼球三维重构方法，突破了传统生物测量仅获取一维参数的局限。通过多界面折射校正，显著提升了角膜曲率、晶状体厚度等关键生物力学参数的测量精度，为研究晶状体调节机制、屈光手术后角膜形态演变等提供了更可靠的空间数据支持。

Conclusion

基于WNNM的矩阵补全算法有效提升了眼界面提取的鲁棒性，结合多界面三维折射校正技术，实现了全眼球结构的高保真重建。本研究成果在个性化眼模型构建、屈光手术规划及白内障术后评估等领域具有广泛应用前景。