基于LabVIEW的OCT信号采集和分析

基于LabVIEW的OCT信号采集和分析

作者：李福新

来源：《价值工程》2010年第07期

摘要:虚拟仪器技术,使我们能够在计算机上按照自己的需求来设计实验与仪器,与相应的硬件设备结合使用,方便灵活而且开发周期短。它可以提高实验效率、降低实验成本。本文介绍了自行组建的双波长全光纤OCT系统以及实现该系统信号采集和分析的LabVIEW模块。 Abstract: We can design experiments and instruments using virtual instrument technology on computer according to our own demands with the corresponding hardware devices,convenient and flexible,short development cycle. It can improve the test efficiency and reduce the cost of experiments. This article describes self-organized two-wavelength all-fiber OCT system and LabVIEW module which implements the system signal acquisition and analysis. 关键词: 光学相干层析(OCT);虚拟仪器(LabVIEW);传感器

Key words: optical coherence tomography (OCT);virtual instrument (LabVIEW);sensor 中图分类号:TN911.7文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)07-0147-01

1OCT系统和LabVIEW

光学相干层析(OCT)成像技术[1]将低相干干涉仪和共焦扫描成像技术结合在一起,综合了现代电子技术和计算机图像处理技术,可以对高散射的生物组织进行无损层析成像,已得到广泛的应用和发展[2-3]。

为了研究OCT系统中不同波长光源带来的系统获得信息的不同,我们组建了一套全光纤型双波长OCT成像系统,与空间型OCT装置相比,全光纤型OCT装置可以很方便的应用于实际检测。其主体部分是两个迈克尔逊干涉仪和两个低相干光源。两个SLD宽带光源发出的光分别经过2×2光纤耦合器后,再分别进入两个光波分复用器。光波分复用器的作用是在输入端把两个波长的光耦合在一起,并在输出端把两个波长的光分别耦合到参考臂和样品臂。探测器采用光电二极管,信号经前置滤波后经AD转换器采集进入计算机。

一套完整的OCT系统,需要应用到多种传感器件,比如测量位移相关的速度传感器、加速度传感器、位移传感器、测量相干信号大小的光电接收器等。应用虚拟仪器对获取的信号进行处理,实现了对信号的滤波、图像处理等功能。系统配套的软件使用Labview8.0作为开发语言环境,具有友好的图形界面,能够方便地对微动平台、采集卡、光谱分析仪进行控制,实施图像采集工作和样品光学特性参数的测量工作。双波长全光纤OCT系统软件的前面板操作界面,主要分

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为:微动平台参数设置部分,用于设定微动平台各项运动参数;采集卡参数设置部分,用于设定采集卡的采集参数;采集参数设置部分,用于设定所需采集图像的参数;图像显示部分,用于显示所采集的每帧信号、经数字滤波后的信号和累加后的图像。 2LabVIEW模块参数设置

系统软件的各项参数是OCT系统工作的依据,在初始时较多的参数需要设置,下面进行详细介绍。

2.1 微动平台参数设置在一维扫描过程中,需要对两个平台的参数进行设置。在程序中我们设定,轴1为横向扫描轴,轴3为纵向扫描轴,即轴3的运动可以产生外差信号和完成轴向扫描。微动平台的需要设置参数主要有速度v、加速度a和反馈控制用的p、i、d三个参数。 开始启动时,电机带动扫描轴产生加速度a,轴加速至速度v时停止加速,到达制定位置时减速直至停止运动。速度的大小决定了产生外差频率的大小,多普勒频移的频率可以表示为:fd=2v/λ(λ为探测光的波长)。

2.2 采集卡的参数设置选用NI公司的6281型多功能数据采集卡,有16个采集通道,所以需要根据硬件的连接方式来设定采集信号的通道,硬件连接好后一般不做更改,所以采集通道参数一般固定不变。

采集卡的采样频率是根据所采集信号的频率大小设定的。根据采样定理,采样频率必须大于信号最高频率的两倍,而所采集信号的频率为外差信号的频率,所以采样频率决定于外差信号的频率。采样频率也不宜太高,会增加数据处理负担。为了能够很好检出信号的包络,我们选择的采样频率是外差信号频率的10倍,即每个周期中采集10个样点。即:对于15 kHz变化速率的信号,采样速率设定为150kHz。

2.3 波长和带宽设置利用LabVIEW自带的低通滤波器,对输入信号进行简单滤波,此处设置为该滤波器的一个参考设置。

2.4 采集方式设置数据采集方式主要决定了所采集图像的相关信息,如:横向步长,决定了微动平台横轴运动的步长,即横向扫描两点之间的距离,它反映了图像横向分辨的细腻程度。纵向扫描长度,决定了微动平台的往返运动长度,即对样品的扫描范围。横向点数和纵向点数,反映了图像的像素点数,即图像的大小。

需要要说明的是,OCT图像的分辨率决定于硬件的参数,数据采集方式的设定只能为了改变图像的像素的大小和多少,即图像的细腻程度,并不能改变图像的实际分辨率。 3采集流程

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参数设定完毕后,点击运行按钮,则进入OCT图像采集过程。首先,根据设定的参数通过计算机接口初始化微动平台和采集卡,初始化通过后即进入扫描成像过程。横向扫描轴移动步长s,而纵向扫描轴则以设定的速率v向终点运动,在此过程中,采集卡不断地以固定的采样速率进行数据采集,直到纵轴移动至终点位置。将本次纵向扫描过程中的数据存入缓存并处理显示,则一帧的扫描过程完成。判断横向扫描点数是否达到设定数目,如未达到,则横轴移动步长s重复进行帧扫描过程;如达到,则复位微动平台,存储图像,整个扫描过程完成。 4结束语

本文基于虚拟仪器的理念,利用LabVIEW软件实现OCT信号采集和处理。虚拟仪器使得计算机软件代替传统仪器的某些硬件成为可能,用户可以根据需要定义并实现传统仪器的功能。在这种模式下,通过对软件的设计更新来实现相应的新功能,而不需要增加新的仪器设备。因此,系统具有开发周期短、成本低、维护简单、可移植性强等特点。 参考文献:

[1]D Huang, E A Swanson, C P Lin, J S Schuman, W G Stinson, W Chang, M R Hee, T Flotte, K Gregory, C A Puliafito, J G Fujimoto. Science, 1991, 254(2035):1178.

[2]SU Yi xiong, WANG Rui-kang, XU Ke-xin, ZHANG Fan, YAO Jian-quan(苏翼雄, 王瑞康,徐可欣,张 帆,姚建铨). Spectroscopy and spectral analysis(光谱学与光谱分析), 2005, 25(8):1176. [3]A F Fercher, W Drexler, C K Hitzenberger, T Lasser. Reports on progress in physics, 2003, 66:239.