基于扫频光学相干层析成像的控制系统研究

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光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography,OCT)技术能够对生物组织进行高分辨率实时成像,以其无损、分辨率高、成像速度快,制造成本相对较低等特点,拥有广阔的临床应用前景,基于内窥扫频OCT(SS-OCT)技术在消化道早期肿瘤检测具有重要的应用价值。内窥SS-OCT系统由于其探测灵敏度高、成像速度快且能够对消化道进行旋转扫描成像,有利于临床治疗的术前术后病情检测,因此具有重要意义。本文对扫频内窥光学相干层析成像控制系统进行了研究,主要内容如下:(1)对内窥SS-OCT系统的硬件部分和光路部分进行了设计,硬件部分主要包括高速采集卡、无刷直流电机、步进电机。采集卡最高采集速度可达4GS/s,无刷直流电机最大转速12000rpm,步进电机步进精度1um,选用中心波长为1310nm的扫频光源,扫频速率为200k Hz,并基于迈克尔逊干涉仪原理对OCT系统光路进行了设计。(2)利用FPGA板卡设计了系统逻辑控制时序,抑制了OCT系统图像偏移现象。对步进电机运动、无刷直流电机运动、扫频光源触发、采集卡采集进行同步控制,对齐了每帧图像的起点,并强制输出固定的图像大小,抑制了图像的偏移。(3)利用FPGA+GPU对内窥SS-OCT系统进行数据处理。利用FPGA对采集到的每一条A-Scan数据进行补零、加窗、FFT、取对数等算法的处理,将处理完以后的数据利用GPU进行二级加速,包括归一化、极坐标转换和图像重建,将最终结果传输到计算机端进行显示,当图像大小为1000×1000时,可以达到200帧每秒的实时图像显示。(4)搭建了一套基于Lab VIEW的内窥SS-OCT系统,系统轴向分辨率为9.24um,成像深度为4.46mm,在成像深度范围内灵敏度一直在100d B以上,利用本套系统完成了对胶带、手指、小鼠食道的成像实验。
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