光学相干层析技术及其实时计算的研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 李喜琪 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2011-05 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 张雨东 |
| 关键词 | 光学相干层析技术 谱域光学相干层析技术 扫频域光学相干层析 时域插值方法 |
| 学位专业 | 测试计量技术及仪器 |
| 中文摘要 | 光学相干层析（Optical Coherence Tomography, OCT）技术是一种高分辨、非 侵入、非接触式的光学成像技术。与时域OCT(Time domain OCT, TD-OCT)技术 相比，傅立叶域光学相干技术（Fourier domain OCT, FD-OCT）具有信噪比高、 灵敏度高与成像速度快等特点，因此成为OCT 技术研究的热点。而随着线扫描 相机和扫频光源的发展，FD-OCT 的系统扫描速度也得到了快速的提高。扫描速 度的提升，可以增加系统的采样密度和减少抖动的影响，从而提高生物医学成像 的可重复性和精确性。但速度的提高也为实时数据处理带来了挑战，数据处理速 度已经成为高速实时成像的一个瓶颈。针对这些问题，本文对FD-OCT 技术原理 进行了研究，分析了的数据处理过程，并在此基础上进行了相应的研究与工作。 针对FD-OCT 系统中的重采样问题，我们在补零插值方法的基础上提出了时 域插值方法，并将其应用到FD-OCT 数据处理过程中。时域插值方法不需要快速 傅立叶变换和线性插值，在获得加权系数后，通过一个卷积就可以获得重采样数 据，从而提高了数据处理速度。数值仿真结果表明，它与补零插值方法有相近甚 至更高的插值精度，但是它的处理速度要提高22 倍。同时本文还对谱域 OCT(Spectral domain OCT, SD-OCT)系统中的线扫描相机（Charge Coupled Device, CCD）的波长分布进行标定，得到了准确的波长分布，从而得到了实际系统中的 加权系数。系统实验也表明，时域插值方法在SD-OCT 系统上的插值精度与仿真 结果一致，即它与和补零插值方法有相近甚至更高的插值精度，但极大地提高了 系统的数据处理速度。 由于时域插值方法只是一个卷积的过程，比较适用于并行运算。因此，本文 还利用图像处理器（Graphic Processing Unit,GPU）对SD-OCT 的数据处理过程 进行并行加速。本文在研究GPU 并行计算的基础上，设计了一套中央处理器 （Central Processing Unit, CPU）与GPU 的协同工作的处理平台，利用CPU 对系 统进行实时控制，利用GPU 对FD-OCT 数据进行高速实时处理。为了进一步提 高数据处理速度，还根据GPU 的硬件结构特点对GPU 程序进行了优化。其中包 括数据传输优化、共享缓存优化、解循环优化和利用特殊函数库优化等，取得了很好的结果。实验数据表明，利用GPU 可以实现104,000 线/每秒的处理能力, 与国际上最新发表论文的处理速度处于同一水平。 青光眼疾病是世界上主要的不可逆转的致盲性疾病，而Schlemm 管的形态与 青光眼有着一定的相关性。为了能够定量地测量Schlemm 管的参数以做到开角 型青光眼的早期诊断，可以利用了频域OCT(swept-source OCT, SS-OCT)对人眼 眼前节进行成像。本文的主要工作是设计了一套SS-OCT 的系统控制与处理软件， 可以实现数据的高速实时采集、实时处理以及实时显示，提高了它在临床应用中 的实用性。在标定系统参数后，在国内首先实现了Schlemm 管的观测与参数测 量。其中，参数测量可以测量Schlemm 管的直径、周长和面积，还可以测量与 青光眼密切相关的几个房角参数。 总而言之，本课题研究了FD-OCT 的技术原理，从理论上提出了一种新的 FD-OCT 数据插值方法，并利用GPU 对其进行并行加速，实现了数据的实时处 理。最后，本文还将其应用到实际的临床应用中，实现了理论研究与工程应用两 个方面的结合，取得了良好的效果，也为后续的进一步研究提供了基础。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2014-12-10 |
| 源URL | [http://ir.ioe.ac.cn/handle/181551/542]  |
| 专题 | 光电技术研究所_光电技术研究所博硕士论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 李喜琪. 光学相干层析技术及其实时计算的研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2011. |
入库方式： OAI收割
来源：光电技术研究所
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