CN104207752A - 一种高速扫频光学相干断层成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高速扫频光学相干断层成像系统，包括：扫频光源；第一干涉模块；第一光电检测电路；线性频率时钟发生模块；数据采集传输系统；数据处理系统；数字影像系统。本发明提供的基于线性波数空间采样的高速扫频光学相干断层成像系统，弥补了扫频光源不能产生线性频率信号的缺陷，提高了系统处理速度并增强了系统稳定性。

Description

一种高速扫频光学相干断层成像系统

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，特别涉及一种基于线性波数空间采样的高速扫频光学相干断层成像系统。

背景技术

光学相干断层成像（Optical Coherence Tomography，简称OCT）是近年来发展起来的一种新型成像技术，它建立在光学、电子学以及计算机技术科学的基础上，是将半导体激光、超灵敏光电探测、高速数据采集处理以及图像处理等多项前沿学科有机集成为一整体的新型断层成像技术。自上世纪九十年代出现以来，凭借其具有高分辨、高速成像及低成本等优点而备受人们的关注，并开始应用于生物医学与临床研究领域。与CT，超声，MRI等其他成像方式相比，OCT技术在分辨率方面具有显著优势；与激光共聚焦显微镜等传统的光学成像手段相比，OCT的组织成像深度大大优于传统光学成像技术。OCT首先在眼科得到应用，借助OCT探针，实现心脏冠状动脉、胃肠道等腔道的内窥检测，极大地扩大了其应用范围。

从成像原理不同划分，可将其分为时域光学相干层析成像（TimeDomain Optical Coherence Tomography，TDOCT）和频域光学相干层析成像（Fourier Domain Optical Coherence Tomography，FDOCT）。时域OCT依靠参考臂的机械扫描实现组织深度扫描，但由于扫描速度慢是其难以逾越的障碍。其中，FDOCT主要有两种实现方式，一种是基于CCD的光谱仪探测式的SDOCT（Spectral Domain Optical CoherenceTomography，SDOCT），另一种是近年来才逐步兴起的基于扫频激光器的SSOCT（Swept Source Optical Coherence Tomography，SSOCT）。扫频激光为窄谱线宽度，快速改变波长的激光束。SSOCT中波数k随时间变化，单点探测器探测的是关于k的函数，通过探测波长相关干涉信号，再经过FFT变换，从而得到样品的深度结构信息。SSOCT的成像速度主要由光源的扫频速度决定。SSOCT由于兼具了SDOCT的快速成像和TDOCT的单点探测，因此成为当今OCT研究领域的主流技术方案。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何提供一种能够弥补扫频光源不能产生线性频率信号的缺陷的高速扫频光学相干断层成像系统。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种高速扫频光学相干断层成像系统，包括：扫频光源，用于提供窄谱线宽度、随时间快速改变波长的激光束；第一干涉模块，其包括：第一光学干涉仪，用于获取样品臂和参考臂的返回光的干涉信号；第一光电检测电路，用于将干涉信号进行光电转换；线性频率时钟发生模块，其包括第二光学干涉仪，所述线性频率时钟发生模块用于在光波数空间产生线性采样点；数据采集传输系统，用于将所述第一光学干涉仪和第二光学干涉仪所产生的光学干涉信号进行高速模数转换后，进行数据传输；数据处理系统，用于将所述第一光学干涉仪所产生的信号进行FFT变换，生成若干个A线扫描数据；数字影像系统，用于将所述数据处理系统生成的A线扫描数据进行数据存储、数据拼接、数据优化以及显示输出。

优选地，所述扫频光源的输出接入分束器的输入端；所述分束器的输出分别接入到所述线性频率时钟发生模块的输入端和所述第一干涉模块的输入端；所述线性频率时钟发生模块的输出时钟信号接入到所述数据采集传输系统的外部时钟接口；所述第一干涉模块的模拟信号输出接入到所述数据采集传输系统的模拟通道接口，所述第一干涉模块的两个输出分别接入到样品臂和参考臂；所述扫频光源的输出触发信号接入到所述数据采集传输系统的触发信号接口；所述数据采集传输系统的输出和所述数据处理系统的输入相连接；所述数据处理系统的输出和所述数字影像系统的输入相连接。

优选地，所述第一光学干涉仪采用迈克尔逊干涉仪结构。

优选地，所述线性频率时钟发生模块还包括第二光电检测电路、信号整形电路、移相器、倍频器和时钟稳定电路。

优选地，所述数据采集传输系统包括依次连接的数字采集装置初始配置模块、采集模式及其配置模块，数据采集模块、数据处理和传输模块以及用户应用层模块。

优选地，所述数字采集装置初始配置包括时钟频率设置、触发方式设置和触发延迟设置。

优选地，所述采集模式及其配置包括采集模式设置、外时钟阈值设置、采集信号包络选取和空闲时钟。

优选地，所述采集信号包络包括前包络或者后包络。

优选地，所述数据采集包括每线采集点数设置、每帧采集线数设置和外触发模式设置。

优选地，所述外触发模式设置包括软触发或者硬触发。

优选地，所述数据处理和传输包括数据处理和数据传输，其中，所述数据处理包括计算采集数据的FFT和FFT之后的功率谱求取；所述数据传输包括传统数据采集传输、基于协处理器控制的数据传输或者基于内部数据处理的无缝传输。

优选地，所述用户应用层应包括人机交互和成像展示。

优选地，所述数字影像系统包括数据存储单元、圆饼图生成单元、矩形图生成单元、图像优化单元以及显示输出单元。

优选地，所述数据存储单元的存储速度为至少每秒250M。

优选地，所述圆饼图生成单元将数据输入接口输入的线条数据拼接为圆饼状图形显示输出。

优选地，所述矩形图生成单元将数据输入接口输入的线条数据缩放拼接为矩形图形显示输出，并且能够根据圆饼状图片上的定位线显示不同部位的纵视图。

优选地，所述图像优化单元采用计算机显卡并行运算处理技术，在对采集图像进行拼接缩放后将图像数据送至显示输出单元进行图像的显示以及人机交互。

（三）有益效果

本发明提供的基于线性波数空间采样的高速扫频光学相干断层成像系统，弥补了扫频光源不能产生线性频率信号的缺陷，提高了系统处理速度并增强了系统稳定性。

附图说明

图1是本发明具体实施方式的原理图；

图2本发明具体实施例一的原理图;

图3是本发明具体实施例二的电路原理；

图4是本发明具体实施例二的另一种电路原理图；

图5是本发明具体实施例二的另一种电路原理图;

图6是本发明具体实施例三的电路原理图;

图7是本发明具体实施例四的电路原理图;

图8是本发明具体实施例四的另一种电路原理图;

图9是本发明具体实施例五的电路原理图;

图10是本发明具体实施例六的原理图；

图11是本发明实施六另一种原理图；

图12是实施例七具体原理图；

图13是实施例八原理图；

图14是实施例九具体原理图；

图15为其中图12中数据采集硬件43的详细架构；

图16为其中图13的数据采集和传输的详细架构；

图17为其中图13中的数据处理和传输装置的详细架构；

图18为其中图13中的数据处理和传输的详细架构；

图19为本发明数字影像系统结构图；

图20为本发明数字影像系统运行流程图；

图21为根据本发明实施例六的极坐标成像原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明提供一种高速扫频光学相干断层成像系统，包括：扫频光源，用于提供窄谱线宽度、随时间快速改变波长的激光束；第一干涉模块，其包括：第一光学干涉仪，用于获取样品臂和参考臂的返回光的干涉信号；第一光电检测电路，用于将干涉信号进行光电转换；线性频率时钟发生模块，其包括第二光学干涉仪，所述线性频率时钟发生模块用于在光波数空间产生线性采样点；数据采集传输系统，用于将所述第一光学干涉仪和第二光学干涉仪所产生的光学干涉信号进行高速模数转换后，进行数据传输；数据处理系统，用于将所述第一光学干涉仪所产生的信号进行FFT变换，生成若干个（A线扫描数据）A-Line；数字影像系统，用于将所述数据处理系统生成的A-Line进行数据存储、数据拼接、数据优化以及显示输出。

其中，所述扫频光源的输出接入分束器的输入端；所述分束器的输出分别接入到所述线性频率时钟发生模块的输入端和所述第一干涉模块的输入端；所述线性频率时钟发生模块的输出时钟信号接入到所述数据采集传输系统的外部时钟接口；所述第一干涉模块的模拟信号输出接入到所述数据采集传输系统的模拟通道接口，所述第一干涉模块的两个输出分别接入到样品臂和参考臂；所述扫频光源的输出触发信号接入到所述数据采集传输系统的触发信号接口；所述数据采集传输系统的输出和所述数据处理系统的输入相连接；所述数据处理系统的输出和所述数字影像系统的输入相连接。

其中，所述第一光学干涉仪采用迈克尔逊干涉仪结构。

其中，所述线性频率时钟发生模块还包括第二光电检测电路、信号整形电路、移相器、倍频器和时钟稳定电路。

其中，所述数据采集传输系统包括依次连接的数字采集装置初始配置模块、采集模式及其配置模块，数据采集模块、数据处理和传输模块以及用户应用层模块。

其中，所述数字采集装置初始配置包括时钟频率设置、触发方式设置和触发延迟设置。

其中，所述采集模式及其配置包括采集模式设置、外时钟阈值设置、采集信号包络选取和空闲时钟。

其中，所述采集信号包络包括前包络或者后包络。

其中，所述数据采集包括每线采集点数设置、每帧采集线数设置和外触发模式设置。

其中，所述外触发模式设置包括软触发或者硬触发。

其中，所述数据处理和传输包括数据处理和数据传输，其中，所述数据处理包括计算采集数据的FFT和FFT之后的功率谱求取；所述数据传输包括传统数据采集传输、基于协处理器控制的数据传输或者基于内部数据处理的无缝传输。

其中，所述用户应用层应包括人机交互和成像展示。

其中，所述数字影像系统包括数据存储单元、圆饼图生成单元、矩形图生成单元、图像优化单元以及显示输出单元。

其中，所述数据存储单元的存储速度为至少每秒250M。

其中，所述圆饼图生成单元将数据输入接口输入的线条数据拼接为圆饼状图形显示输出。

其中，所述矩形图生成单元将数据输入接口输入的线条数据缩放拼接为矩形图形显示输出，并且能够根据圆饼状图片上的定位线显示不同部位的纵视图。

其中，所述图像优化单元采用计算机显卡并行运算处理技术，在对采集图像进行拼接缩放后将图像数据送至显示输出单元进行图像的显示以及人机交互。

如图1所示，本发明提供的基于线性波数空间采样的高速扫频光学相干断层成像系统，包括扫频光源1，第一干涉仪模块3，线性频率时钟产生模块2，数据采集模块组成4，样品臂7，参考臂8，数据处理模块5和数字影像系统6。

其中，扫频光源1产生一个稳定的频率变化的光源，第一干涉仪模块3对产生的光路实现干涉，线性频率时钟产生模块2通过对干涉产生的光路进行光电检测和处理，产生线性频率的时钟输出给数据采集模块4。第一干涉模块3的另外两路输出接入到样品臂7，参考臂8。图像数据经过数据采集模块4后接入数据处理模块5，最后输入数字影像系统6。

实施例一(线性频率时钟产生模块)

如图2所示为线性频率时钟产生模块示意图。其中，扫频光源1的光路输出经过第一干涉仪3后进入线性频率时钟产生模块2。该模块由光电检测电路9、信号整形电路10、移相器11、倍频器12和时钟稳定电路13组成。

实施例二(光电检测电路)

如图3所示，线性频率产生模块2中的光电检测电路9。

图3即光电检测电路9的原理图，由光电探测器9和检流电路14组成。

光电探测器9一般采用InGaAs或Si探测器组成，后端接入检流电路14。对于检流电路14的选择可以采用电压反馈放大器（VFA），电流反馈放大器（CFA）或互阻放大器。电压反馈是指一种将误差信号转化为电压形式的闭环架构。传统运放都用电压反馈，即它们的输入对电压变化有响应，从而产生一个相应的输出电压。电流反馈是指用作反馈的误差信号为电流形式的闭环架构。电流反馈放大器的其中一个输入端对误差电流有响应，而不是对误差电压有响应，最后产生相应的输出电压。

电压反馈放大器具有具有固定的增益带宽积，因此会随着带宽的增加，放大器倍数会逐渐下降。在电压反馈放大器电路中，反馈电阻，同相端接法是决定系统参数非常的重要。反馈电阻决定电流的增益倍数和系统的带宽。更严重的是，反馈电阻过大，非常容易耦合进小电容引起系统不稳定。为了增强系统稳定性，需要在反馈电阻上增加一个极点，并联一个电容，并尽可能的减小引脚距离。电容的大小会影响电压反馈放大器的平坦度，合适的电容会提高系统的稳定性并在系统带宽内有一个相对平坦的响应。同相端的电容和电阻可以减小失调电流和失调电压。

电流反馈放大器没有固定的增益带宽积，因此随着带宽的增加，系统的增益也不会下降。但是在电流反馈放大器中，特别注意反馈电阻的使用，该电阻会极大影响探测的带宽。

图3和图4中为光电检测电路9的另一种实施例。光电传感器由于采用的是高速接法，因此可以较好的探测出高速信号，但是对于成像系统要求的系统高灵敏度会带来不利的影响。问题的原因是由于加入电压偏置而导致的暗电流增加。为此，系统需要有更高的共模抑制比，抑制噪声，提取信号。本实施例就是为检测这一系统的小信号而设计的。探测电路通过差分检测对信号进行相减，去掉共模部分。根据信号相减的原理不同分为在探测电路后相减如图3所示和检流电路后相减的如图4所示。图3是先进行两路光电探测器9，采用级联接法，接入检流电路14。图4是两路光电探测器9分别接入检流电路14，后接入差分电路15相减.

实施例三(信号整形电路)

光电探测的信号并不适于直接的信号处理，还需要进行信号整形。整形电路主要由滤波器16，放大器17，功率检测模块19，非线性处理电路组成18。滤波器16用来对信号频段进行选择。由于前端光电探测器是敏感性器件，易受到外部干扰，因此不可避免的产生许多频段丰富的信号。根据信号的特性选择带通或高通滤波器。光电探测电路9产生的信号和干涉光路的幅值有密切的关系，电路还需要经过一级放大器电路把小信号进行放大。为了能够调整信号的放大倍数，还需要加入功率检测模块19。该功率检测模块也需要具有探测电路的带宽，改善探测时间延迟。功率探测模块的输出接入放大器的增益调整功能接口进行增益放大。由于功率检测电路19的检测的是感兴趣带宽内的功率，因此需要限制检测带宽。首先需要保证需要探测的信号在该带宽内，其次要保证该带宽内没有过大的噪声。信号经过放大器后会产生相对均一的幅值，再经过非线性处理电路18。非线性处理电路主要由限幅电路等组成。在输出端还可以再加入一级滤波器16，进行信号的保护。

实施例四（移相器和倍频器）

图4和图5中的移相器主要由信号分配器20和相位保持电路21组成。由于第一干涉模块3直接产生的信号频率较低，因此需要经过倍频电路进行提高频率。信号分配器是射频信号移相器。由于移相器需要对信号宽频带的信号相位进行移动，因此信号分配器的均衡性是该电路的重要指标。此外，信号分配器也可以采用数字延迟的原理实现，但是无论是什么原理，信号分配器对不同频率的均衡性都非常重要。相位保持电路是对于前一级有限的输出电路，添加一个增强型驱动电路。

倍频器主要由比较器22和逻辑电路23组成的。比较器是把相位信号与固定电平作比较，得到标准数字电路。逻辑电路是把比较器输出信号通过或，异或，与或与非等逻辑门，完成倍频电路。

除了图4所述二倍频电路外，还可以用图5的方法拓展成四倍频。

或更高次倍频电路。具体方法时在移相器电路中需要经过两次的移相，产生相差等相位的四个信号，经过两次比较和逻辑电路即可生成四倍频电路。

实施例五（时钟稳定电路）

图6所示的是时钟稳定电路13原理图。由于第一干涉模块3产生信号经过整形，移相和倍频电路后的信号并不适用于数据采集卡直接采集，因此还需要添加时钟稳定电路。该电路的原理是添加调整信号到时钟信号中。需要波形检测电路判断波形切换时刻。波形检测电路26可以由外部光源的触发信号或对时钟实时检测生成而成。模拟开关25根据波形检测电路的输出在调整信号24和经过滤波器16的时钟信号之间切换，产生的信号传送至数据采集系统4。

实施例六（数据采集和数据传输）

请参阅图10，本发明是一种用于光学相干断层扫描的数据采集处理和传输装置。包括数字采集模块初始设置27，采集模式及其配置28，数据采集29，数据处理和传输30，用户应用层31。其中模块详细配置请参阅图2：

数字采集模块初始设置27，其功能为设置采样时钟的模式，确定时钟源的提供。在本发明中，采集时钟采用外时钟，时钟源为线性波数脉冲。其中线性波数脉冲的频率变化范围为20MHZ～500MHZ。触发耦合方式为AC或者DC。采用AC方式可以尽可能使用从低频到高频范围的信号。采用DC方式，低频信号则不可使用。触发延迟，是触发之后到开始采集所需时间或者包络数。

采集模式及其配置28，其采集模式设置主要用来设置采集装置是触发后采集或者触发前采集或者触发前后采集。触发后采集，是指触发后开始采集数据。触发前后采集模式是指在触发前后各采集一部分信号。连续采集模式，是指不考虑触发作用，所有信号均被连线采集。扫频光源产生的信号包络为前后两个包络，本发明中采集信号包络选取为前包络或者后包络。其中触发模式设置为固定触发沿或者不固定触发沿模式。若线性波数脉冲时钟中未加入空闲时钟，当设置为固定触发沿时，采集信号则会出现细节丢失现象，若采取的是光源包络信号，则体现在丢失某单个包络现象上。若线性波数时钟中未加入空闲时钟，当设置为不固定触发沿时，采集的包络信号则会出现左右抖动现象。设置空闲时钟，在线性波数域中设置空闲时钟可以克服以上问题。

数据采集29，主要设置每线采集点数和每帧采集线数。利用线性波数时钟，其中采样点数一般为每线512～2048点。采集线数设置和DOC转数相关，选择合适的转数同时调整合适的线数以实现稳定成像，一般为500～1000线之间。

数据处理和传输30，其中数据处理详细描述如下：

1.光谱信号的傅里叶变换。数据采集卡采集从样品臂返回的信号，并把这些信息传入数据处理卡进行处理。光谱的傅里叶变换应等于光振幅的自相关即反应深度信息的量，为了通过分析光谱数据信号，来获取需要的不同深度信息，只要对采集的光谱信号进行傅里叶变换就可以得到光振幅的自相关。对傅里叶变换后的数据进一步处理，即可得到所需的深度信息。

2.功率谱求取。数据信号通过傅里叶变换之后，得到的为以中心为对称原点的复数组。然后取数组有效部分做功率谱分析。通过取对数的方式使得功率谱值可以和图像的灰度较好的对应起来。

3.圆饼图计算。图像是像素矩阵，所以其本质上是矩形。然而，本发明为圆柱形的冠脉扫描装置，并且是应用在血管腔内，同时血管腔的横截面也是类圆形的。所以OCT极坐标圆形图像，可以真实的显示血管信息，提供较为方便的观察方法和较好的深度调节方法。极坐标图像需要通过其对应的矩形图转化过来。但是，从矩形图到圆形图的转变要保证各像素的距离关系。总体来说，OCT深度扫描直接映射到半径，OCT旋转扫描映射到角度。如下图示：y=0，对应radius=0；y=max，对应radius=max。本系统中利用CORDIC算法（坐标旋转数字计算方法）进行坐标变换。

如图21所示，在笛卡尔坐标图像转化为极坐标图像时，离圆心点近端的像素点分布会比较稠密，而离圆心点远端的像素点分布就比较稀疏，产生的极坐标图像会比较模糊不清，成像效果不好。为了提高OCT的成像质量，需要将生成的图像作插值处理。插值方法一般可选取双线性插值、三次插值等。双线性插值的运算量比较小，但是图像的分辨率提高一般。三次插值运算可以得到更高分辨率的图像，但也导致了运算量的急剧增加。不同的插值方法可以根据不同的情况进行选择。

实施例七（基于计算机终端的数据采集和传输方案）

请参阅图12，本部分为数据处理和传输系统其中一种方案。其中包括：用户应用层31，底层驱动1（42），数据采集硬件43，GPU数据处理卡44，计算FFT和频谱强度45，底层驱动2（46）。其中：

用户应用层和底层驱动1连接，底层驱动1和数据采集装置连接，数据采集装置和用户应用层连接，用户应用层和GPU数据处理卡连接，GPU数据处理卡和计算FFT和频谱强度连接，计算FFT和频谱强度连接和底层驱动2连接，底层驱动2和用户应用层连接。

用户应用层31为计算机终端和用户操作结合部分，此部分主要实现人机交互和图像展示，其中包括发出上位机程序指令、采集装置驱动程序和数据处理卡驱动程序。

底层驱动1（42），为计算机终端到数据采集装置的应用程序接口，包括采集装置在计算机终端的环境配置和计算机终端对采集装置的驱动命令。

数据采集硬件43，在图2中的数字采集初始设置和采集装置及其配置对采集装置的配置进行了详细的说明。其主要功能是依靠线性波数时钟，采集通道A中的数据信号并存入板载内存。

GPU数据处理卡44，用来实时接收并处理由用户应用层传来的采集数据信息。

计算FFT和频谱强度45，数据采集装置采集的原始数据信号首先需要计算其FFT，然后计算频谱强度。

底层驱动2（46），为GPU数据采集卡和计算机终端的驱动程序接口。

典型的基于计算机终端的传输方案包括以下几个步骤：

1）设置数据采集装置的硬件参数，包括触发耦合模式、阻抗参数和触发参数；

2）设置数据采集装置的采集方法，采集方法为触发后采集或触发前后采集或连续采集；

3）开始采集数据。

4）采集的数据buffer进入板载内存，然后从板载内存传入用户应用层；

5）数据经用户应用层传入GPU数据处理卡进行FFT计算和功率谱计算；

6）经过计算之后的数据传入用户应用层，进行成像和人机交互展示。

本方案实施例的详细架构如图15，包括：通道A，通道B，外部触发，外时钟，AD1和AD2，主处理器，数据缓冲器，高速数据总线传输，计算机终端。

通道A和通道B分别和AD1和AD2相连，外触发和外时钟与采集模块相连，采集模块和数据缓冲器相连，数据缓冲器和主处理器相连，主处理器和高速数据总线传输相连，高速数据总线传输相连和计算机终端相连。

高速数据总线，具有带宽高、实时性强、性能稳定等特点。高速数据总线传输可以是基于PCI或者AGP或者CPCI或者PCI-E。其中PCI-E是英特尔目前提出的最新的总线接口标准。在本发明中，数据总线实时传输速率应达到300M/S。

本方案数据传输的详细步骤应包括：

1）外部触发和外时钟接入采集配置端；

2）通道A和通道B信号进入采集装置进行采集；

3）采集的信号进入数据缓存器进行信号处理；

4）处理后的数据进入主处理器；

5）经过主处理器的数据传入高速数据总线；

6）数据经过高速数据总线传入计算机系统；

7）针对下一个信号buffer，重复步骤2～6。

实施例八（基于协处理卡的数据处理和传输方案）

请参阅图13，本部分为传输系统其中一种方案。其中包括用户应用层31，底层驱动3（47），数据采集硬件43，协处理卡处理48，计算FFT和频谱强度45，底层驱动4（49），协处理器控制系统50。

协处理器控制系统50，可以是基于OPENCL架构的控制系统或者是基于CUDA架构的控制系统。其中OPENCL是针对异构系统进行并行编程的一个全新的API，可以利用GPU，然后进行一些并行计算方面的工作，是API应用程序的编程接口。CUDA最主要的包含两个方面：一个是ISA指令集架构；第二硬件计算引擎；实际上是硬件和指令集，这两个方面是CUDA的架构。如果想获得更多的对硬件上的控制权的话，可以使用API来进行编程，否则可以用CUDA C语言进行编程。

其中在本方案：

用户应用层和底层驱动3连接，底层驱动3和数据采集装置连接，数据采集装置和opencl协处理器连接，协处理器和计算FFT和频谱强度连接，计算FFT和频谱强度和底层驱动4连接，底层驱动4和用户应用层连接。

由于GPU采集卡的特殊性，使得采集的数据不能直接传入GPU采集卡，因此本部分引入了控制系统。控制系统和底层驱动3，用户应用层，协处理器，底层驱动4均有连接。

底层驱动3（47），为计算机终端到数据采集装置的应用程序接口，包括采集装置在计算机终端的环境配置和计算机终端对采集装置的驱动命令，协处理器系统控制命令。

协处理卡处理48，其主要作用为实时接收并处理通过数据采集装置传来的信号数据。

底层驱动4（49），包括协处理器和计算机终端的驱动程序接口。

协处理控制系统50，本实施例架构控制程序。

基于协处理器控制系统的传输方案包括以下几个步骤：

1）设置数据采集装置的硬件参数，包括触发耦合模式、阻抗参数和触发参数；

2）设置数据采集装置的采集方法，采集方法为触发后采集或触发前后采集或连续采集；

3）开始采集数据；

4）采集的数据在协处理器控制系统下，进入协处理器进行数据FFT计算和频谱强度计算；

5）计算后的频谱数据在协处理器控制系统下，经过底层驱动4传入到用户应用层进行人机交互和数据显示。

在本方案中数据处理和传输又包括三个可能的详细架构实施例。

详细架构实施例1，请参考图16。其中包括：通道A54和通道B55，外触发56和外部时钟60，协处理器，主处理器，数据缓冲器，高速数据总线，数字影像系统。其中：

通道A和通道B分别与AD1和AD2相连，外触发和外时钟与采集模块相连，采集模块和协处理器相连，协处理器和主处理器相连，主处理器分别和数据缓冲器和高速数据总线相连，高速数据总线和计算机终端相连。其工作步骤应包括：

1）外部触发和外时钟接入采集配置端；

2）通道A和通道B信号进入采集装置进行采集；

3）采集的信号进入协处理器进行首次处理，此部分主要是信号的处理；

4）首次处理后的数据进入主处理器进行二次处理；

5）经过主处理器的处理后数据传入数据缓冲器；

6）数据经过高速数据总线传入计算机终端；

7）针对下一个信号buffer，重复步骤2～6。

详细架构实施例2，请参阅图17，其中应包括：通道A54和通道B55，外触发56和外部时钟60，协处理器64，数据缓存器62，主处理器61，高速数据总线传输63，数字影像系统6。其中：

通道A和通道B分别和AD1和AD2相连，外触发和外时钟与采集模块相连，采集模块和协处理器相连，协处理器和数据缓冲器相连，数据缓存器和主处理器相连，主处理器和高速数据总线相连，高速数据总线和数字影像系统相连。其工作步骤应包括：

1）外部触发和外时钟接入采集配置端；

2）通道A和通道B信号进入采集装置进行采集；

3）采集的信号进入协处理器进行数据信号处理；

4）处理后的数据进入数据缓存器；

5）数据从数据缓存器传入到主处理器；

6）由主处理器把数据经高速数据总线传输传入到数字影像系统；

7）针对下一个信号buffer，重复步骤2～6。

详细架构实施例3，请参阅图18，其中应包括：通道A54和通道B55，外触发56和外部时钟60，协处理器64，数据缓冲器62，主处理器61，高速数据总线传输63，数字影像系统。其中：

通道A和通道B分别和AD1和AD2相连，外触发和外时钟和采集模块相连，采集模块和协处理器相连，协处理器和主处理器相连，数据缓冲器分别和协处理器、主处理器相连，主处理器和高速数据总线传输相连和高数数据总线和数字影像系统相连。其工作步骤应包括：

1）外部触发和外时钟接入采集配置端；

2）通道A和通道B信号进入采集装置进行采集；

3）采集的信号进入协处理器的缓存区进行信号处理；

5）数据从协处理器的缓存区传入到主处理器；

6）主处理器把数据存储到开辟的数据缓存区；

7）由主处理器把数据缓存区的数据经高速数据总线传输传入到数字影像系统；

8）针对下一个信号buffer，重复步骤2～7。

一．实施例九（数字影像系统）

下面结合附图和实施例对本发明数字影像系统做进一步的说明。

如图19所示，数字影像系统与数据处理模块5相连接，包括数据存储单元65，圆饼图生成单元66，矩形图生成单元67，图像优化单元68以及显示输出单元69。

如图20所示为数字影像系统的运行流程。数字影像系统70开始后，数据处理模块5的数据开始输入，以供数字影像系统采集，数字影像系统采集到数据后开始对数据进行转换及存储。

所述数据存储单元65可实现每秒250M采集数据（并不限于每秒250M）的存储，远大于传统I/O方式每秒钟100M的存储速度，并将数据并行计算转换后存储为系统成像数据。转换后存储的系统成像数据用于后续的圆饼图生成单元66及矩形图生成单元67。

所述横视图生成单元73采用并行运算技术将系统成像数据拼接为圆饼状图形显示输出。

所述纵视图生成单元74采用并行运算技术将系统成像数据拼接为矩形图显示输出。

所述纵视图生成单元742可以同时生成两个（不限于两个）不同视角的纵视图图像。

当横视图及纵视图生成完成后由用户判断是否回放75，如果回放则继续生成下一帧图像的横视图73及纵视图74，如果不回放则结束76数字影像系统。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (17)

1.一种高速扫频光学相干断层成像系统，其特征在于，所述系统包括：

扫频光源，用于提供窄谱线宽度、随时间改变波长的激光束；

第一干涉模块，其包括：第一光学干涉仪，用于获取样品臂和参考臂的返回光的干涉信号；第一光电检测电路，用于将干涉信号进行光电转换；

线性频率时钟发生模块，其包括第二光学干涉仪，所述线性频率时钟发生模块用于在光波数空间产生线性采样点；

数据采集传输系统，用于将所述第一光学干涉仪和第二光学干涉仪所产生的光学干涉信号进行高速模数转换后，进行数据传输；

数据处理系统，用于将所述第一光学干涉仪所产生的信号进行FFT变换，生成若干个A线扫描数据；

数字影像系统，用于将所述数据处理系统生成的A线扫描数据进行数据存储、数据拼接、数据优化以及显示输出。

2.按照权利要求1所述的高速扫频光学相干断层成像系统，其特征在于：

所述扫频光源的输出接入分束器的输入端；

所述分束器的输出分别接入到所述线性频率时钟发生模块的输入端和所述第一干涉模块的输入端；

所述线性频率时钟发生模块的输出时钟信号接入到所述数据采集传输系统的外部时钟接口；

所述第一干涉模块的模拟信号输出接入到所述数据采集传输系统的模拟通道接口，所述第一干涉模块的两个输出分别接入到样品臂和参考臂；

所述扫频光源的输出触发信号接入到所述数据采集传输系统的触发信号接口；

所述数据采集传输系统的输出和所述数据处理系统的输入相连接；

所述数据处理系统的输出和所述数字影像系统的输入相连接。

3.按照权利要求1或2所述的高速扫频光学相干断层成像系统，其特征在于：

所述第一光学干涉仪采用迈克尔逊干涉仪结构。

4.按照权利要求1或2所述的高速扫频光学相干断层成像系统，其特征在于：

所述线性频率时钟发生模块还包括第二光电检测电路、信号整形电路、移相器、倍频器和时钟稳定电路。

5.按照权利要求1或2所述的高速扫频光学相干断层成像系统，其特征在于：

所述数据采集传输系统包括依次连接的数字采集装置初始配置模块、采集模式及其配置模块，数据采集模块、数据处理和传输模块以及用户应用层模块。

6.按照权利要求5所述的高速扫频光学相干断层成像系统，其特征在于：

所述数字采集装置初始配置包括时钟频率设置、触发方式设置和触发延迟设置。

7.按照权利要求5所述的高速扫频光学相干断层成像系统，其特征在于：

所述采集模式及其配置包括采集模式设置、外时钟阈值设置、采集信号包络选取和空闲时钟。

8.按照权利要求7所述的高速扫频光学相干断层成像系统，其特征在于：

所述采集信号包络包括前包络或者后包络。

9.按照权利要求5所述的高速扫频光学相干断层成像系统，其特征在于：

所述数据采集包括每线采集点数设置、每帧采集线数设置和外触发模式设置。

10.按照权利要求9所述的高速扫频光学相干断层成像系统，其特征在于：

所述外触发模式设置包括软触发或者硬触发。

11.按照权利要求5所述的高速扫频光学相干断层成像系统，其特征在于：

所述数据处理和传输包括数据处理和数据传输，其中，所述数据处理包括计算采集数据的FFT和FFT之后的功率谱求取；所述数据传输包括传统数据采集传输、基于协处理器控制的数据传输或者基于内部数据处理的无缝传输。

12.按照权利要求5所述的高速扫频光学相干断层成像系统，其特征在于：

所述用户应用层应包括人机交互和成像展示。

13.按照权利要求1或2所述的高速扫频光学相干断层成像系统，其特征在于：

所述数字影像系统包括数据存储单元、圆饼图生成单元、矩形图生成单元、图像优化单元以及显示输出单元。

14.按照权利要求13所述的高速扫频光学相干断层成像系统，其特征在于：

所述数据存储单元的存储速度为至少每秒250M。

15.按照权利要求13所述的高速扫频光学相干断层成像系统，其特征在于：

所述圆饼图生成单元将数据输入接口输入的线条数据拼接为圆饼状图形显示输出。

16.按照权利要求13所述的高速扫频光学相干断层成像系统，其特征在于：

所述矩形图生成单元将数据输入接口输入的线条数据缩放拼接为矩形图形显示输出，并且能够根据圆饼状图片上的定位线显示不同部位的纵视图。

17.按照权利要求13所述的高速扫频光学相干断层成像系统，其特征在于：

所述图像优化单元采用计算机显卡并行运算处理技术，在对采集图像进行拼接缩放后将图像数据送至显示输出单元进行图像的显示以及人机交互。