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BitFlow 图像采集卡助力光学断层扫描系统,有利眼部疾病诊断
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时间:2022-03-23 11:30:21

        生物组织的高分辨率 3D 成像通过光学相干断层扫描 (OCT) 技术,广泛用于眼部疾病的诊断。OCT 测试已成为评估和治疗大多数视网膜疾病的护理标准。它与超声波相媲美,不同的是, OCT 使用光而不是声音,从而实现更清晰、更清晰的分辨率。

 

        在一个典型的OCT系统中,使用分束器将来自宽带光源的光信号分为采样臂信号和参考臂信号。将这两种信号组合起来,并通过检测器组件检测干扰信号。有些系统采用波长调谐光源,称为“swept source” OCT (SS-OCT)。同时,将固定宽带信号在空间上分散并使用光谱仪检测的系统称为Fourier Domain OCT (FD-OCT)。

 

        当信号通过具有各向异性特性的材料传输时,SS-OCT和FD-OCT技术都会受到光信号偏振变化的影响,这意味着从不同方向测量时,它们的值不同。这会导致伪影,影响图像质量,从而影响医生对疾病的诊断。

 

减少偏振伪影

 

        在 Max-Planck-Gesellschaft 和马萨诸塞州总医院的资助下,一组研究人员为基于光谱仪的 FD-OCT 系统开发了一种偏振不敏感检测装置 (PIDU),该系统极大地减少了 OCT 图像中与偏振相关的伪影。该光谱仪采用衍射光栅(设置为每毫米 1200  lines)、80mm镜头和分辨率为 2048像素的线扫描相机。

 

        BitFlow Axion-CL CameraLink图像采集卡以 100kHz 的线扫描速度收集来自光谱仪的数据。Axion-CL支持单个Base CameraLink相机、通过Camera Link供电(PoCL),并可在 85MHz下采集多达 24 bits。图像采集卡受益于 PCIe Gen 2 接口和专为满载计算机优化的 DMA。Axion-CL 收集的数据在 LabVIEW 软件上进行处理。

 

        为了证明生物组织中的原理,研究人员对鸡胸肉进行了成像,因为它具有高双折射。分别在有、无PIDU的两种OCT系统中进行了测试。在成像过程中,组织被握在手中并不断地操纵以模拟真实的临床状况。采集图像并记录 10 秒。

 

        对于没有 PIDU 的 OCT 系统,观察到样品的亮带和暗带不断波动,这可归因于样品光中偏振相关的相位变化。然而,带有 PIDU 的 OCT 系统显示图像伪影并不明显,从而使医生观察的图像更加准确。研究人员在仔细检查中发现,光强度的变化不仅来自于组织的光,还来自于未与组织接触的胶囊内壁的光。这支持了偏振伪影不仅来自组织样本,还可能来自系统本身的观点。

 

        研究人员认为,他们的新设计将特别适用于样品臂在探针引入过程中不断运动或受到蠕动运动的临床环境中。进一步的研究将会在其他生物组织中进行。

 

 

采用偏振不敏感检测方案的 FD-OCT 系统的示意图

采用偏振不敏感检测方案的 FD-OCT 系统的示意图

(SMF:单模光纤,Cr:循环器,BS:分束器,PC:偏振控制器,Co:准直器,NDF:中性密度滤光片,M:反射镜,MPU:电机功率单元,EC:电气连接,MW:电机线, PBS:偏振分束器,OS:光开关,G:光栅,L:透镜,LSC:线扫描相机)

 

使用不带 PIDU和带 PIDU  的 OCT 系统采集的鸡胸组织图像

(左)使用不带 PIDU 的 OCT 系统采集的鸡胸组织图像;

(右)使用带 PIDU 的 OCT 系统采集的鸡胸组织的图像

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