基于多核DSP的相干斷層掃描成像技術(shù)研究

洪學(xué)文，秦學(xué)鑒（.廈門大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院；.廈門大學(xué)航空航天學(xué)院，福建 廈門 36005）

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基于多核DSP的相干斷層掃描成像技術(shù)研究

洪學(xué)文1，秦學(xué)鑒2
（1.廈門大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院；2.廈門大學(xué)航空航天學(xué)院，福建 廈門 361005）

摘要：光學(xué)相干斷層掃描（Optical Coherence Tomography， OCT）是一種基于邁克爾遜干涉儀結(jié)構(gòu)的層析成像技術(shù)，能對生物組織內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行微米量級的高分辨率的非侵入實時成像。本文將OCT與計算機(jī)多核技術(shù)相結(jié)合，通過德州儀器多核DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后傳回計算機(jī)進(jìn)行成像。所成圖像可用來觀察器官病灶等醫(yī)學(xué)研究。

關(guān)鍵詞：光學(xué)相干層析成像；多核技術(shù)；醫(yī)學(xué)

1　OCT的簡介

OCT是一種基于寬帶光的低相干特性對生物活體組織的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分辨率斷層成像的技術(shù)。它依靠光源的時間相干性，利用干涉儀對生物組織進(jìn)行空間上的二維或三維掃描成像。自1991年David Huang 等人首次用這項技術(shù)對活體人眼的視網(wǎng)膜的顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像以來，OCT一直是生物醫(yī)學(xué)和材料檢測等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，國內(nèi)在這方面的研究也很活躍，近年來已得到了迅速的發(fā)展。

一般的OCT系統(tǒng)有兩種掃描方式，分別為A掃描方式和B掃描方式。A掃描方式是只移動參考臂，假設(shè)以勻速V移動參考臂，所獲得的干涉信號為：。其中，和是所獲得的干涉信號的振幅和相位，是因移動參考臂在參考產(chǎn)生的多普勒頻移，通過調(diào)解這個干涉信號，記錄。由于采用的是低相干長度的光源，所以可以真實地反映出對樣品的探測深度，可獲得組織反射率相對于探測深度的圖形。B掃描方式是在進(jìn)行連續(xù)A掃描方式時，移動樣品臂，是探測光束掃過整個組織表面，從而獲得組織背景散射的橫截面圖［1］。

2　使用的原始數(shù)據(jù)樣本的介紹

使用的原始數(shù)據(jù)樣本集腫瘤和皮膚數(shù)據(jù)是由在伊利諾伊大學(xué)厄巴納香檳的Boppart博士的實驗室提供的。每一幀的原始數(shù)據(jù)包括1000掃描線，2048樣本/掃描線。最初這個輸入數(shù)據(jù)是存儲在DDR。其中，數(shù)據(jù)以輸入數(shù)據(jù)采集間隔25幀/秒的速度被輸入（間隔可以根據(jù)程序和內(nèi)存需求而自定義），然后通過各模塊處理，最終的圖像顯示在電腦上。

軟件組件，包括多核軟件開發(fā)工具包（MCSDK）、編解碼引擎（CE）、數(shù)字媒體應(yīng)用程序接口（DMAI）等，iUniversal APIs可由開發(fā)者為這種系統(tǒng)創(chuàng)建應(yīng)用程序。

多核軟件開發(fā)工具包（MCSDK）包括簡化多核開發(fā)的關(guān)鍵組件，其中有芯片支持庫，外設(shè)驅(qū)動程序，平臺軟件（PDK），網(wǎng)絡(luò)開發(fā)工具包（NDK）等。

多核數(shù)字信號處理器軟件應(yīng)用程序是基于主/從模式，在核心0作為集中控制核心即主核心，核心1至核心7充當(dāng)從動核。核心0作為管理者協(xié)調(diào)同步性和設(shè)置緩沖區(qū)的指針。信號處理模塊運(yùn)行在核心1 - 5。核6和7是空閑的。核心0上的軟件應(yīng)用程序集成設(shè)計以下功能模塊：前端接口，中間控制器，中間處理過程和后端接口。

3　利用MessageQ IPC為消息傳遞模塊的主要任務(wù)

消息提供指針數(shù)據(jù)和觸發(fā)任務(wù)的接收函數(shù)的執(zhí)行。實際的消息緩沖區(qū)設(shè)置在共享內(nèi)存，消息發(fā)送方和接收方均可以訪問到消息。在這種情況下，process_scatter（）掛起一個新的輸入幀［2］。數(shù)據(jù)可用時，process_scatter（）從堆分配內(nèi)存給消息，并將消息指針賦給輸入數(shù)據(jù)。使用MessageQ_put阻塞調(diào)用，process_scatter（）將輸入數(shù)據(jù)指針傳遞給process_gather（）。process_gather（）使用相應(yīng)的oct_wait在每個核心信號處理過程中掛起。一旦接收到一個新的框架，這些任務(wù)調(diào)用UNIVERSAL_process編解碼引擎提供的API，來調(diào)用通過oct處理算法。一旦數(shù)據(jù)被處理，octCluster（）使用MessageQ_put API將輸出數(shù)據(jù)指針傳遞給Send_data_to_host（）。Send_data_to_host（）確保數(shù)據(jù)維護(hù)原子性，以便輸入數(shù)據(jù)對應(yīng)于一個特定的框架總是在一起。

process_scatter（），process_gather（）和Send_data_2_host（）都運(yùn)行在主核心0上，只有特定的算法任務(wù)在核心1到核心n上運(yùn)行。重要的是要注意，各核間的信息處理中心的處理基于引擎下編解碼器渠道和使用MessageQ，程序員可以不知道這一事實，簡單地調(diào)用MessageQ api用于各核間傳遞數(shù)據(jù)的指針［3］。

4　總結(jié)

電腦讀取參數(shù)文件， 通過RDSP使用靜態(tài)IP傳送和接收TCP-IP套接字。在數(shù)據(jù)處理開始前，DSP使用TFTP服務(wù)器運(yùn)行在個人電腦上下載數(shù)據(jù)文件。電腦得到了DSP數(shù)據(jù)處理并顯示。幀速率可以在參數(shù)文件中修改。成像結(jié)果如圖2。

參考文獻(xiàn)：

［1］薛莉.光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.2009.

［2］高峰.基于DSP的并行頻域OCT圖像預(yù)處理系統(tǒng)［J］.2008.

［3］鄒傳民.基于Cortex-M4的嵌入式光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)的研究［J］.2013.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13.243

作者簡介：洪學(xué)文（1994-），男，河北滄州人，本科，研究方向：計算機(jī)體系及成像。