高速时域OCT系统软件及三维重建软件的实现

论文摘要

光学相干层析（Optical Coherence Tomography）技术是一种新型高分辨率、非侵入性的光学层析成像方法,在临床医学、生物学等领域具有良好的应用前景。OCT技术利用低相干光干涉,可以获得生物组织表面以下的组织微结构,分辨率可达到1～20μm。将高分辨率的OCT成像系统应用于口腔临床诊断中,有利于实现对龋病等口腔常见疾病的早期诊断和监控。本论文在课题组前期研究的基础上,完成了全光纤高速时域OCT系统软件及三维重建软件的编写工作。其中高速时域OCT系统软件基于LabVIEW环境开发,实现系统控制和信号采集功能,主要包括:MDL控制、FPGA同步控制、基于软件触发的实时采集模式和基于硬件触发的高速采集模式等。结合FPGA实现系统高速扫描,并根据采集到的干涉信号包络重建得到二维灰度图像。将OCT系统采集得到的二维层析图序列作为三维数据场,利用shear-warp算法实现离体牙的三维重建。同时通过光照模型的引入和不透明度传递函数的合理设置,加强了三维重建图像的透明效果,可以较好地显现出牙齿的内部组织结构,便于医生在临床对病变进行定位。为了方便观察,在程序中增加了交互功能,实现三维物体的旋转、剖切、任意二维截面的重建、不透明度传递函数调节和图像保存等操作。整个重建程序基于VC++平台进行开发,同时将程序封装成ActiveX控件,实现LabVIEW环境中对重建程序的调用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 光学相干层析技术简介
• 1.2.1 OCT 技术发展历程及研究现状
• 1.2.2 OCT 技术主要特点
• 1.3 光学相干层析技术在口腔中的应用
• 1.3.1 常规龋齿诊断方法
• 1.3.2 口腔OCT 技术发展历程
• 1.4 课题的研究主要内容
• 第二章 基于LabVIEW 的软件整体设计
• 2.1 OCT 系统的基本原理
• 2.1.1 迈克尔逊干涉仪
• 2.1.2 OCT 系统参数
• 2.2 全光纤高速时域OCT 系统的搭建
• 2.2.1 系统工作原理
• 2.2.2 三维扫描采集
• 2.3 系统软件框架
• 2.4 基于LabVIEW 的全光纤高速时域OCT 系统软件实现方案
• 2.5 OCT 数据场三维重建与交互的改进方案
• 2.6 基于LabVIEW 的三维可视化实现
• 2.7 本章小结
• 第三章 全光纤高速时域OCT 系统软件
• 3.1 全光纤高速时域OCT 系统控制程序
• 3.1.1 电动光学延迟线（MDL）控制程序
• 3.1.2 FPGA 同步控制程序
• 3.2 全光纤高速时域OCT 系统采集模式设计与实验
• 3.2.1 软件触发与实时显示模式
• 3.2.2 硬件触发与高速采集模式
• 3.3 二维灰度图重建
• 3.4 本章小结
• 第四章 OCT 数据场三维重建与交互的改进
• 4.1 OCT 三维数据场
• 4.2 体绘制算法的分类和原理
• 4.2.1 图像空间扫描的体绘制技术
• 4.2.2 物体空间扫描的体绘制技术
• 4.2.3 频域体绘制技术
• 4.2.4 三维纹理映射硬件支持的直接体绘制
• 4.3 shear-warp 体绘制算法
• 4.3.1 shear-warp 算法基本原理
• 4.3.2 shear-warp 算法因式分解
• 4.4 光照模型
• 4.5 不透明度传递函数
• 4.5.1 不透明度传递函数概述
• 4.5.2 不透明度传递函数设计
• 4.6 交互功能的实现
• 4.6.1 旋转功能
• 4.6.2 剖切功能
• 4.6.3 任意二维截面重建
• 4.6.4 图像保存
• 4.7 基于MFC 的ActiveX 控件开发
• 4.8 本章小结
• 第五章 全光纤高速时域OCT 系统软件及三维重建软件的集成与实际应用
• 5.1 一维干涉信号高速采集
• 5.2 三维数据场的获取
• 5.3 基于shear-warp 算法的三维重建实现
• 5.4 实验结果分析
• 5.4.1 牙冠三维重建结果分析
• 5.4.2 釉牙本质界三维重建结果分析
• 5.4.3 性能评价
• 5.4.4 与其他三维重建软件比较
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢