CN102835948B - 一种扫频光源oct实时图像显示方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扫频光源OCT实时图像显示方法及其系统，方法包括S1、扫频光源输出一束红外光，通过干涉系统分成两路，一路进入参考臂，一路进入扫描探头；控制卡输出同步信号和驱动信号，将同步信号输入高速采集卡，将驱动信号输入扫描探头；S2、驱动信号驱动扫描探头，扫描探头对样品进行扫描，获取光信号，光信号与被固定镜反射回的红外光发生干涉，产生干涉信号；S3、平衡探测器将干涉信号转换成电信号；S4、高速采集卡对电信号进行采集，对电信号进行模数转换获取原始数据，计算机对所述原始数据进行快速傅立叶变换，将原始数据转换成图像进行显示输出，返回步骤S1。本发明能够实现二维扫描的实时显示、控制、存储、测量和查询。

Description

一种扫频光源OCT实时图像显示方法及其系统

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种扫频光源OCT实时图像显示方法及其系统。

背景技术

光学相干层析技术（OCT）是近十几年来出现的一种新兴技术，它具有高分辨率，能实时进行三维成像，已成为医学、工业、卫生等领域一个重要的影像成像技术，而扫频光源（SS）的应用将OCT技术带入频率域，SS-OCT具有比以往时域OCT更高的动态范围，和更快的成像数据，这有利于OCT技术实现实时扫描显示。然而要充分便捷的利用SS-OCT这项技术，实现实时二维图像显示，测量，三维图像重构，分析，信息输出等，需要一套友好的人机交互方法。

现有B超，CT等成像方法原理和OCT不一样，它们的数据处理流程简单，及扫描的数据点就是对应的图像信息，容易通过简单一一对应显示做到实时显示，而OCT的扫描数据和最终显示的图像并不是一一对应关系，需要通过一系列的数学运算的变换才能得到对应的图像信息。而要实时显示需要30帧的处理速度，换句话说实时显示时，每显示一幅图，就要做一次一系列的数学运算的变换，而30帧意味着需要做30次的数据到图像的变换，不对数据流做控制，对处理步骤做优化很难达到OCT实时图像显示的目的。

发明内容

本发明的目的在于提出一种扫频光源OCT实时图像显示方法及其系统，能够产生高质量的二维和三维OCT图像，并对所述二维OCT图像进行实时显示。

为达此目的，本发明所述OCT实时图像显示方法，核心是对采集的数据流做控制，通过对存储数据的内存做划分，接受数据的内存和转移数据的内存并行工作，并设定阈值点和计算机通讯，然后计算机对数据做快速傅里叶变换转换成图像，从而完成实时图像显示的目的，具体包括：

S1、扫频光源输出一束红外光，所述红外光通过干涉系统分成两路，一路进入所述干涉系统的参考臂，一路进入扫描探头；

控制卡输出同步信号和驱动信号，将所述同步信号输入高速采集卡中，将所述驱动信号输入扫描探头中；

S2、所述驱动信号驱动所述扫描探头，所述扫描探头使用进入该扫描探头的红外光对样品进行扫描，获取包含该样品信息的光信号，所述光信号与进入所述参考臂的被所述干涉系统的固定镜反射回的红外光发生干涉，产生包含该样品信息的干涉信号；

S3、平衡探测器将所述干涉信号转换成原始电信号；

S4、高速采集卡对所述原始电信号进行采集，依据所述同步信号对所述原始电信号进行模数转换获取原始数据，计算机对所述原始数据进行快速傅立叶变换，将所述原始数据转换成图像进行显示输出，返回步骤S1。

进一步地，所述步骤S4具体包括：

S41、高速采集卡对所述原始电信号进行采集，依据所述同步信号对所述原始电信号进行模数转换,将模拟的原始电信号转换为数字的原始数据，将所述原始数据输入高速采集卡内存中；

S42、判断所述高速采集卡内存中的原始数据的大小是否达到预设阈值，若是则返回步骤S41,否则执行步骤S43；

S43、所述高速采集卡内存将所述原始数据输入计算机；

S44、所述计算机将所述原始数据进行快速傅立叶变换，获取二维图片并将所述二维图片显示出来，返回步骤S1。

进一步地，所述步骤S42中所述预设阈值不小于20*1024*512*2字节且不大于100*1024*512*2字节，优选为30*1024*512*2字节。

进一步地，所述步骤S44具体为：计算机依次对所述原始数据的每帧数据做快速傅立叶运算，得到二维图片后立即传输至所述计算机的显示器显示，每帧数据不做中间过程存储。

进一步地，步骤S4中所述返回步骤S1替换为：判断是否停止扫描，若是则计算机开始将所述获取二维图片存储起来，否则返回步骤S1。

进一步地，判定计算机存储的所述二维图片帧数是否达到预设的第二阈值，若是则所述计算机停止存储，所述第二阈值优选为30。

进一步地，步骤S1中所述红外光的中心波长大于1250nm且小于1350nm,优选为1310nm。

本发明还提出了一种OCT实时图像显示系统，包括：

扫频光源：用于输出波长随时间变化的红外光，所述红外光通过干涉系统分成两路，一路进入所述干涉系统的参考臂，一路进入扫描探头对样品进行扫描；

扫描探头：与扫频光源、控制卡和干涉系统连接，被控制卡输出的驱动信号驱动，使用扫频光源发出的红外光对样品进行扫描，产生包含样品信息的光信号，将所述光信号输出到所述干涉系统中；

控制卡：与计算机和高速采集卡连接，用于接收计算机指令输出同步信号和驱动信号，所述同步信号用于输入高速采集卡中用于进行模数转换控制，所述驱动信号用于驱动所述扫描探头；

高速采集卡：与控制卡、平衡探测器和计算机连接，用于接收所述控制卡输入的同步信号和平衡探测器发送的原始电信号；按照所述同步信号脉冲对所述原始电信号进行模数转换，获取包含所述样品深度信息的原始数据，将所述原始数据输入计算机中；

干涉系统：用于接收扫频光源发出的红外光，用于产生包含样品信息的干涉信号，将所述干涉信号输入平衡探测器；

平衡探测器：与干涉系统和高速采集卡连接，用于接收所述干涉系统发送的干涉信号，将所述干涉信号转换成原始电信号，将所述原始电信号输入所述高速采集卡；

计算机：与控制卡和高速采集卡连接，用于对控制卡发出扫描指令，用于接收高速采集卡输出的原始数据，对所述原始数据进行快速傅立叶变换获取二维图片；用于对所述二维图片进行显示。

进一步地，所述红外光的中心波长大于1250nm且小于1350nm,优选为1310nm。

本发明的有益技术效果是可以实现对OCT产生的二维扫描图片的实时显示、控制、存储、测量和查询，无需等待。

附图说明

图1是本发明实施例一所述OCT实时图像显示的系统结构原理图；

图2是本发明实施例一所述OCT实时图像显示方法的方法流程图；

图3是本发明实施例二所述OCT实时图像显示系统的系统结构框图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

图1是本实施例所述OCT实时图像显示的系统结构原理图，如图1所述，扫频光源输出波长随时间变化的红外光，所述激光中心波长大于1250nm且小于1350nm,优选为1310nm，该激光通过耦合器CP分为2路，一路进入参考臂后被固定镜反射回，一路进入扫描探头，扫描样品后得到包含样品信息的光信号，这两路光原路返回后发生干涉，得到的干涉信号进入平衡探测器，将光信号转换成包含样品信息的电信号后输出，高速采集卡采集的信号就是包含样品信息的电信号，但是什么时候采集，如何采集，是要根据其他触发信号，如光源扫频信号和控制卡输出的同步信号，以及光源输出的深度采集时钟，进行采集，采集后的数据进过控制后向计算机传输，计算机的人机交互软件进行FFT运算转换成图像后再显示输出。

图2是本实施例所述OCT实时图像显示方法的方法流程图，如图2所示，本实施例所述OCT实时图像显示方法具体包括：

S201、扫频光源输出一束红外光，控制卡输出同步信号和驱动信号；

扫频光源输出红外光，所述红外光通过耦合器分成两路，一路进入参考臂，一路进入扫描探头；

所述扫频光源工作时，输出波长随时间变化的红外光，所述红外光中心波长为1310纳米，该激光通过干涉系统的耦合模块分为两路，一路进入参考臂后被固定镜反射回，一路进入扫描探头。

控制卡输出的信号包括同步信号和驱动信号，本实施例以控制卡输出五路信号为例，一路信号为脉冲同步信号，该信号包括占空比为50%的TTL信号M个，N组，所述脉冲同步信号用于对模数转换进行控制，优选地，其中所述M取512个，N取100帧；四路为驱动信号，将所述四路驱动信号输入扫描探头，驱动扫描探头进行扫描。

S202、驱动信号驱动扫描探头使用红外光对样品进行扫描，获取光信号；光信号与进入参考臂的被固定镜反射回的红外光发生干涉产生干涉信号；

所述红外光通过所述耦合模块分成两路，一路所述红外光进入所述参考臂经过所述固定镜反射回来，另一路进入所述扫描探头对样品进行扫描，产生包含样品信息的光信号，两路信光信号返回后发生干涉反应，产生包含样品信息的干涉信号，将所述干涉信号输入所述平衡探测器。

S203、平衡探测器将干涉信号转换成原始电信号；

所述平衡探测器是一种光电转换器件，含两个参数一致的光电探测器，可以做差分运算输出，得到含样品信息的原始电信号，将所述原始电信号实时输出到所述高速采集卡的数据采集输入通道。

S204、高速采集卡将原始数据输入高速采集卡内存一中；

所述高速采集卡的触发端口和外部时钟端口，接收所述同步信号及扫频光源的深度采样信号，所述深度采样信号对应深度扫描点为1024个，所述高速采集卡的数据采集通道对平衡探测器输出的所述原始电信号进行模数转换，得到包含样品深度的原始数据。

可采用采样率可在200M/s以上高速采集卡，可按照外部时钟频率进行采集，高速采集卡采集的信号就是包含样品信息的电信号，但是什么时候采集，如何采集，是要根据其他触发信号，如光源扫频信号、控制卡输出的同步信号，以及光源输出的深度采集时钟，进行采集，采集后的数据输入高速采集卡内存一中。

S205、判断采集卡中的原始数据是否达到预设阈值，若是则执行步骤S206,否则返回步骤S204；

一帧图片的大小为1024*512*2字节，1024为深度扫描点，512为行扫描点。选取的图片帧数首先要大于人眼视觉暂留的25帧，过小的话会让人感觉图像闪烁，太大的话，数据量过大会导致传输延时，影响实时效果。预设的帧数为不小于20且不大于100，优选为30，所以所述预设阈值大于20*1024*512*2字节且小于100*1024*512*2字节，优选为30*1024*512*2字节。

S206、采集卡内存一将存储的原始数据输入采集卡内存二；

所述高速采集卡内存一等待原始数据存储量达到设定的阈值时，才开始转移至高速采集卡内存二中，可设置阈值为30帧图片原始数据，即30*1024*512*2字节。

S207、采集卡内存二将原始数据输入计算机；

内存二数据存储完毕后通过PCIE接口方式实时将原始数据传输至计算机。

S208、计算机将原始数据进行快速傅立叶变换，获取并显示图片；

计算机接受所述原始数据后，对每一帧所述原始数据进行N*M的FFT运算得到原始图片，优选地，其中所述M取512个，N取100帧。计算机将原始图片实时输出到显示器上直接进行显示，不做存贮。

S209、判定是否停止扫描，若是则执行步骤S210,否则返回步骤S201；

点击停止扫描后，如对扫描不满意，可重新开始扫描，返回步骤S201，或者对扫描结果满意，可进行保存，保存后可对图片进行三维重构，进行三维的切片显示。

S210、将获取的图片存储起来。

实施例二

图3是本实施例所述OCT实时图像显示系统的系统结构框图,如图3所示，本实施例所述OCT实时图像显示系统包括：

扫频光源：用于输出波长随时间变化的红外光，所述红外光通过干涉系统的耦合模块分成两路，一路进入所述干涉系统的参考臂，一路进入扫描探头对样品进行扫描；

扫描探头：与扫频光源、控制卡和干涉系统连接，被控制卡输出的驱动信号驱动，使用扫频光源发出的红外光对样品进行扫描，产生包含样品信息的光信号，将所述光信号输出到所述干涉系统中；

控制卡：与计算机和高速采集卡连接，用于接收计算机指令输出同步信号和驱动信号，所述同步信号用于输入高速采集卡中用于进行模数转换控制，所述驱动信号用于驱动所述扫描探头；

高速采集卡：与控制卡、平衡探测器和计算机连接，用于接收所述控制卡输入的同步信号和平衡探测器发送的原始电信号；按照所述同步信号脉冲对所述原始电信号进行模数转换，获取包含所述样品深度信息的原始数据，将所述原始数据输入计算机中；

干涉系统：包括固定镜、参考臂和耦合模块，其中所述耦合模块包含耦合器，与扫频光源、扫描探头和平衡探测器连接，用于接收所述扫频光源输出的红外光，所述红外光通过所述耦合模块分成两路，一路所述红外光进入所述参考臂经过所述固定镜反射回来，另一路进入所述扫描探头对样品进行扫描，产生包含样品信息的光信号，两路信光信号返回后发生干涉反应，产生包含样品信息的干涉信号，将所述干涉信号输入所述平衡探测器；

平衡探测器：与干涉系统和高速采集卡连接，用于接收所述干涉系统发送的干涉信号，将所述干涉信号转换成原始电信号，将所述原始电信号输入所述高速采集卡；

计算机：与控制卡和高速采集卡连接，用于对控制卡发出扫描指令，用于接收高速采集卡输出的原始数据，对所述原始数据进行快速傅立叶变换获取二维图片；用于对所述二维图片进行显示。

进一步地，所述红外光的中心波长大于1250nm且小于1350nm,优选为1310nm。

本发明实施例一所述的OCT实时图像显示方法和实施例二所述的OCT实时图像显示系统可以实现对OCT产生的二维扫描图片的实时显示、控制、存储、测量和查询，无需等待。

以上实施例提供的技术方案中的全部或部分内容可以通过软件编程实现，其软件程序存储在可读取的存储介质中，存储介质例如：计算机中的硬盘、光盘或软盘。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种扫频光源OCT实时图像显示方法，其特征在于，包括：

S1、扫频光源输出一束红外光，所述红外光通过干涉系统分成两路，一路进入所述干涉系统的参考臂，一路进入扫描探头；

控制卡输出同步信号和驱动信号，将所述同步信号输入高速采集卡中，将所述驱动信号输入扫描探头中；

S2、所述驱动信号驱动所述扫描探头，所述扫描探头使用进入该扫描探头的红外光对样品进行扫描，获取包含该样品信息的光信号，所述光信号与进入所述参考臂的被所述干涉系统的固定镜反射回的红外光发生干涉，产生包含该样品信息的干涉信号；

S3、平衡探测器将所述干涉信号转换成原始电信号；

S4、高速采集卡对所述原始电信号进行采集，依据所述同步信号对所述原始电信号进行模数转换获取原始数据，计算机对所述原始数据进行快速傅立叶变换，将所述原始数据转换成图像进行显示输出，返回步骤S1；

其中，所述步骤S4具体包括：

S41、高速采集卡对所述原始电信号进行采集，依据所述同步信号对所述原始电信号进行模数转换,将模拟的原始电信号转换为数字的原始数据，将所述原始数据输入高速采集卡内存一中；

S42、判断所述高速采集卡内存一中的原始数据的大小是否达到预设阈值，若是则执行步骤S43,否则执行步骤S41；

S43、所述高速采集卡内存一将所述原始数据输入高速采集卡内存二中，所述高速采集卡内存二将所述原始数据输入计算机；

S44、所述计算机将所述原始数据进行快速傅立叶变换，获取二维图片并将所述二维图片显示出来，返回步骤S1。

2.如权利要求1所述的OCT实时图像显示方法，其特征在于，所述步骤S42中所述预设阈值不小于20*1024*512*2字节且不大于100*1024*512*2字节。

3.如权利要求2所述的OCT实时图像显示方法，其特征在于，所述步骤S42中所述预设阈值为30*1024*512*2字节。

4.如权利要求2所述的OCT实时图像显示方法，其特征在于，所述步骤S44具体为：计算机依次对所述原始数据的每帧数据做快速傅立叶运算，得到二维图片后立即传输至所述计算机的显示器显示，每帧数据不做中间过程存储。

5.如权利要求4所述的OCT实时图像显示方法，其特征在于，步骤S4中所述返回步骤S1替换为：判断是否停止扫描，若是则计算机开始将所述获取二维图片存储起来，否则返回步骤S1。

6.如权利要求5所述的OCT实时图像显示方法，其特征在于，所述返回步骤S1之前还包括判定计算机存储的所述二维图片帧数是否达到预设的第二阈值，若是则所述计算机停止存储。

7.如权利要求6所述的OCT实时图像显示方法，其特征在于，所述第二阈值为30。

8.如权利要求1所述的OCT实时图像显示方法，其特征在于，步骤S1中所述红外光的中心波长大于1250nm且小于1350nm。

9.如权利要求8所述的OCT实时图像显示方法，其特征在于，步骤S1中所述红外光的中心波长为1310nm。

10.一种扫频光源OCT实时图像显示系统，其特征在于，包括：

扫频光源：用于输出波长随时间变化的红外光，所述红外光通过干涉系统分成两路，一路进入所述干涉系统的参考臂，一路进入扫描探头对样品进行扫描；

扫描探头：与扫频光源、控制卡和干涉系统连接，被控制卡输出的驱动信号驱动，使用扫频光源发出的红外光对样品进行扫描，产生包含样品信息的光信号，将所述光信号输出到所述干涉系统中；

控制卡：与计算机和高速采集卡连接，用于接收计算机指令输出同步信号和驱动信号，所述同步信号用于输入高速采集卡中用于进行模数转换控制，所述驱动信号用于驱动所述扫描探头；

高速采集卡：与控制卡、平衡探测器和计算机连接，用于接收所述控制卡输入的同步信号和平衡探测器发送的原始电信号；按照所述同步信号脉冲对所述原始电信号进行模数转换，获取包含所述样品深度信息的原始数据，并将所述原始数据输入高速采集卡的内存一中；判断所述高速采集卡的内存一中的原始数据的大小是否达到预设阈值，若是则所述高速采集卡的内存一将所述原始数据输入高速采集卡的内存二中，然后所述高速采集卡的内存二将所述原始数据输入计算机中，否则，继续将原始数据输入高速采集卡的内存一中；

干涉系统：包括固定镜、参考臂和耦合模块，其中所述耦合模块包含耦合器，与扫频光源、扫描探头和平衡探测器连接，用于接收所述扫频光源输出的红外光，所述红外光通过所述耦合器分成两路，一路所述红外光进入所述参考臂经过所述固定镜反射回来，另一路进入所述扫描探头对样品进行扫描，产生包含样品信息的光信号，两路光信号返回后发生干涉反应，产生包含样品信息的干涉信号，将所述干涉信号输入所述平衡探测器；

平衡探测器：与干涉系统和高速采集卡连接，用于接收所述干涉系统发送的干涉信号，将所述干涉信号转换成原始电信号，将所述原始电信号输入所述高速采集卡；

计算机：与控制卡和高速采集卡连接，用于对控制卡发出扫描指令，用于接收高速采集卡输出的原始数据，对所述原始数据进行快速傅立叶变换获取二维图片；用于对所述二维图片进行显示。

11.如权利要求10所述的OCT实时图像显示系统，其特征在于，所述红外光的中心波长大于1250nm且小于1350nm。

12.如权利要求11所述的OCT实时图像显示系统，其特征在于，所述红外光的中心波长为1310nm。