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清华物理系薛平等提出基于光计算的每秒千万次高速光学相干层析计

发布时间:2019-06-10 22:11 来源:未知 编辑:admin

  清华大学物理系教授薛平研究组于11月21日在《科学报告》(Scientific Reports)期刊在线发表题为《用于光学相干层析成像的光计算技术》的研究论文,报道了一种新型基于光计算的高速光学相干层析系统。这种新系统实现了1000万次线万帧/秒)的高速光学相干层析成像,是目前世界上最快的光学相干层析成像速度。

  该领域著名媒体“光学相干层析成像新闻”(Optical Coherence Tomography News)将该成果列为“每周特色”(feature of the week),进行了为期一周的重点介绍,认为这是本领域的重要进展。

  (a)用于实现基于光计算的傅里叶变换的波形。(b)光计算的结果。(c)条纹可变光栅的表面(enface)成像。(d)条纹可变光栅的截面成像。(e)盖玻片的截面成像。(d)一层洋葱细胞的截面成像。

  光学相干层析成像技术(OCT)作为一种新型的无损、高分辨光学断层三维成像方法,在生物、医学、材料等许多领域中具有非常重要的应用,是光学影像领域的研究热点。对于一些医学、生物学上的快变过程,如果成像速度不够快、会导致图像的模糊与失真,从而难以进行相关的分析。因此,对快速动态过程的检测,成像速度起着至关重要的作用。目前,高速光学相干层析成像的研究,成为这一领域的新的重要研究内容。光学相干层析成像从传统的时域方法,发展到目前的频域方法,成像速度已从每秒几帧提高到近百帧。但要实现实时高清三维光学相干层析成像,当前的成像速度仍然不够。其中的瓶颈在于图像数据处理速度受限于现有图像传感器(CCD)获取数据的速度及中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)的运算速度。如何进一步提高光学相干层析成像的处理速度,成为目前相关领域的关注焦点。

  物理系博士后张晓等人在导师薛平教授指导下,独辟蹊径地提出一种新型的高速光计算方法,首次应用于光学相干层析成像并得到了实验验证。与目前国际通常采用图像传感器(CCD)和高性能中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)处理图像数据的频域光学相干层析成像技术不同,由于使用具有计算功能的光路,该新一代技术可以高速处理包含样品三维结构信息的海量数据,彻底摆脱了传统方法受图像传感器(CCD)积分时间和中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)的运算速度对成像速度的制约,为实现实时三维高清光学相干层析成像提供了一条全新的道路。

  薛平教授为本文的通讯作者,张晓为本文的第一作者。本工作得到国家基金委、科技部和清华大学科研计划资助。

  薛平教授研究组2012年关于胚胎细胞成像的研究、2013年关于新型超声内窥镜探头的研究以及2014年关于高速线性扫频激光器的研究,也曾作为“每周特色”被“光学相干层析成像新闻”进行了重点介绍。

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