清華物理系薛平等提出基於光計算的每秒千萬次高速光學相干層析...

2020-12-05 清華大學新聞網

清華物理系薛平等提出基於光計算的每秒千萬次高速光學相干層析計算技術

清華新聞網11月28日電 清華大學物理系教授薛平研究組於11月21日在《科學報告》（Scientific Reports）期刊在線發表題為《用於光學相干層析成像的光計算技術》的研究論文，報導了一種新型基於光計算的高速光學相干層析系統。這種新系統實現了1000萬次線掃描/秒（相當於1萬幀/秒）的高速光學相干層析成像，是目前世界上最快的光學相干層析成像速度。

該領域著名媒體「光學相干層析成像新聞」（Optical Coherence Tomography News）將該成果列為「每周特色」（feature of the week），進行了為期一周的重點介紹，認為這是本領域的重要進展。

 

(a)用於實現基於光計算的傅立葉變換的波形。(b)光計算的結果。(c)條紋可變光柵的表面（enface）成像。(d)條紋可變光柵的截面成像。(e)蓋玻片的截面成像。(d)一層洋蔥細胞的截面成像。

光學相干層析成像技術（OCT）作為一種新型的無損、高分辨光學斷層三維成像方法，在生物、醫學、材料等許多領域中具有非常重要的應用，是光學影像領域的研究熱點。對於一些醫學、生物學上的快變過程，如果成像速度不夠快、會導致圖像的模糊與失真，從而難以進行相關的分析。因此，對快速動態過程的檢測，成像速度起著至關重要的作用。目前，高速光學相干層析成像的研究，成為這一領域的新的重要研究內容。光學相干層析成像從傳統的時域方法，發展到目前的頻域方法，成像速度已從每秒幾幀提高到近百幀。但要實現實時高清三維光學相干層析成像，當前的成像速度仍然不夠。其中的瓶頸在於圖像數據處理速度受限於現有圖像傳感器（CCD）獲取數據的速度及中央處理器（CPU）、圖形處理器（GPU）的運算速度。如何進一步提高光學相干層析成像的處理速度，成為目前相關領域的關注焦點。

物理系博士後張曉等人在導師薛平教授指導下，獨闢蹊徑地提出一種新型的高速光計算方法，首次應用於光學相干層析成像並得到了實驗驗證。與目前國際通常採用圖像傳感器（CCD）和高性能中央處理器（CPU）、圖形處理器（GPU）處理圖像數據的頻域光學相干層析成像技術不同，由於使用具有計算功能的光路，該新一代技術可以高速處理包含樣品三維結構信息的海量數據，徹底擺脫了傳統方法受圖像傳感器（CCD）積分時間和中央處理器（CPU）、圖形處理器（GPU）的運算速度對成像速度的制約，為實現實時三維高清光學相干層析成像提供了一條全新的道路。

薛平教授為本文的通訊作者，張曉為本文的第一作者。本工作得到國家基金委、科技部和清華大學科研計劃資助。

薛平教授研究組2012年關於胚胎細胞成像的研究、2013年關於新型超聲內窺鏡探頭的研究以及2014年關於高速線性掃頻雷射器的研究，也曾作為「每周特色」被「光學相干層析成像新聞」進行了重點介紹。

論文全文連結：

http://www.nature.com/articles/srep37286

供稿：物理系 編輯：襄樺 華山

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