薛平教授研究组研制成功基于光计算的每秒千万次高速光学相干层析系统

 

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,高速成像OCT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,成像速度已经从每秒几帧提高到近百帧。但是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是不够的。这其中的瓶颈问题就是图像数据处理速度受限于现有的CCD获取数据的速度以及CPU、GPU的运算速度。所以如何进一步提高光学相干层析成像的处理速度,成为目前大家关注的焦点。

最近,一种新型基于光计算的高速光学相干层析系统在物理系研制成功。

物理系博士后张晓等在合作导师薛平教授的指导下,独辟蹊径,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CCD和高性能CPU、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,最后直接实时地输出处理后的图像数据,且不会因为处理数据而造成延迟。这种新方法实现了1000万次线扫描/秒的高速光学相干层析成像,这也是目前世界上最快的光学相干层析成像速度。基于光计算的高速光学相干层析系统彻底摆脱了传统方法受CCD积分时间和CPU、GPU的运算速度对成像速度的制约,并为实现OCT的实时三维快速成像提供了一条全新的道路。

 

 

上述研究工作以“Optical computing for optical coherence tomography”为题于2016年11月21日发表在Nature系列期刊Scientific Reports上。该领域著名的Optical Coherence Tomography News (www.octnews.org)随即将该工作列为“feature of the week”,进行为期一周的重点介绍,认为这是本领域的重要进展。

相关介绍链接:http://www.octnews.org/articles/6718909/feature-of-the-week-11-24-2016-tsinghua-university/

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,也曾被作为“feature of the week”进行了重点特色介绍。

上述工作得到国家基金委、科技部和清华大学科研计划资助。