[发明专利]利用通用图像处理器处理OCT信号的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及应用于光学相干层析扫描成像图像处理方法，提供了一种简单、高效、移植性高、并且与流行的图像显示库(如OpenGL、DirectX)兼容的数据处理方法及系统。

背景技术

光学相干断层成像(Optical Coherence Tomography，简称OCT)，已广泛应用在眼科诊断领域，这项技术是建立在光学、电子学以及计算机技术科学的基础上，是集光电及高速数据采集和图像处理等多项前沿学科为一体的新型成像技术，OCT凭借其具有高分辨率、高速成像等优点而备受人们的关注，并在生物医学与临床诊断领域开始得到重视和应用。

与现有的CT、超声、MRI等其他成像方式相比，OCT具有极高的分辨率，与传统的激光共聚焦显微镜相比，OCT的成像深度具有明显的优势。传统光学探头的核心技术大多采用光纤束进行光传导并进行成像，或者采用CCD技术进行成像，此类内窥探头仅能探测组织表面的病变，然而早期癌症的症状发生在表皮以下1-3毫米的深度，因此传统光学内窥探头就显得力不从心。目前也有通过超声原理进行医学成像的内窥探头，虽然可获得生物组织表层以下较深的组织信息，但分辨率仅为毫米量级，对早期的癌症易造成漏诊。

内窥式OCT技术是近十年伴随OCT技术发展而诞生并蓬勃发展的一项OCT分支技术，其核心目标是在不降低分辨率的前提下将OCT光学成像设备微型化，提供人体内部脏器管腔高分辨率OCT图像。这项技术极大的扩展了OCT技术的应用领域，使得OCT检查对象由体表器官或活检样品发展到人体内脏，如血管、消化道以及呼吸道等。目前在临床方面，OCT内窥镜技术已经在检查动脉粥样硬化以及检查血管支架安放情况等方面有了初步的应用。

传统的OCT系统为时域OCT系统(TD-OCT)，而时域OCT系统的扫描速度一般无法超过每秒2000线，从而限制了成像速度。近几年，第二代频域OCT(FD-OCT)由于其扫描速度快，探测灵敏度高等优点，得到了越来越普遍的重视。

在FD-OCT中，为获得深度图像信息，需要对原始信号进行多步信号处理。而其中的数字重采样与傅立叶变换均是计算量很大的数字信号处理过程。针对FD-OCT的原始信号的这些数字信号处理是典型的单指令多数据流(SIMD)处理方式，而利用通用CPU进行处理效率较低，对于高速OCT系统无法实现实时信号处理。

为了对于高速OCT系统进行实时信号处理，通常需要利用专用的数字信号处理芯片来实现该功能，而采用此方法的缺点则有：1)硬件成本与开发成本高；2)可移植性低以及3)处理后的信号仍需通过总线传输给图像显示设备，从而减低效率，因此仍有改进的需要。

发明内容

为了提高FD-OCT数字信号处理的效率，实现图像的实时处理与显示，降低对数字信号处理设备的要求与成本，并提高软件的可移植性以及降低软件开发成本，本发明提供了一种利用通用图像处理器在OCT内窥扫描成像系统中处理OCT信号的方法，该方法简单、高效、移植性高、并且与流行的图像显示库(如OpenGL、DirectX)兼容。

本发明提供的一种利用通用图像处理器(GPGPU)在OCT内窥扫描成像系统中处理OCT信号的方法，该方法包括(1)数据采集；(2)数据传输；(3)数据处理；和(4)传递至图像显示库四个步骤。

其中，(1)数据采集，本发明通过外部采集设备获取FD-OCT原始数据；

(2)数据传输，在数据采集步骤获得的FD-OCT原始数据被放置在计算机系统或嵌入式系统内存中，这些数据在系统内存中以帧为单位存放，当满足一定条件后(如数据积累够一帧或多帧)，这些数据可以通过数据总线(如PCI Express)传输至通用图像处理器的设备内存中；由于总线传输速度相对较慢，在传输数据的同时，通用图像处理器将上一次传输至设备内存中的OCT原始数据进行并行处理。该种方法具有高效的并行信号处理能力，可实现实时数字信号处理，极大的提高了传输效率，节省了总线资源；

(3)数据处理，在通用图像处理器中进行的数字信号处理分为三步：一维数字重采样、一维快速傅立叶变换(FFT)以及计算幅值并归一化。其中一维数字重采样步骤中通过两次线性纹理查找实现快速一次一维三次插值以提高重采样的精度；