清華物理系薛平等提出基于光計(jì)算的每秒千萬(wàn)次高速光學(xué)相干層析計(jì)算技術(shù)

清華新聞網(wǎng)11月28日電 清華大學(xué)物理系教授薛平研究組于11月21日在《科學(xué)報(bào)告》（Scientific Reports）期刊在線(xiàn)發(fā)表題為《用于光學(xué)相干層析成像的光計(jì)算技術(shù)》的研究論文，報(bào)道了一種新型基于光計(jì)算的高速光學(xué)相干層析系統(tǒng)。這種新系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了1000萬(wàn)次線(xiàn)掃描/秒（相當(dāng)于1萬(wàn)幀/秒）的高速光學(xué)相干層析成像，是目前世界上最快的光學(xué)相干層析成像速度。

該領(lǐng)域著名媒體“光學(xué)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(jìn)行了為期一周的重點(diǎn)介紹，認(rèn)為這是本領(lǐng)域的重要進(jìn)展。

(a)用于實(shí)現(xiàn)基于光計(jì)算的傅里葉變換的波形。(b)光計(jì)算的結(jié)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(xì)胞的截面成像。

光學(xué)相干層析成像技術(shù)（OCT）作為一種新型的無(wú)損、高分辨光學(xué)斷層三維成像方法，在生物、醫(yī)學(xué)、材料等許多領(lǐng)域中具有非常重要的應(yīng)用，是光學(xué)影像領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。對(duì)于一些醫(yī)學(xué)、生物學(xué)上的快變過(guò)程，如果成像速度不夠快、會(huì)導(dǎo)致圖像的模糊與失真，從而難以進(jìn)行相關(guān)的分析。因此，對(duì)快速動(dòng)態(tài)過(guò)程的檢測(cè)，成像速度起著至關(guān)重要的作用。目前，高速光學(xué)相干層析成像的研究，成為這一領(lǐng)域的新的重要研究?jī)?nèi)容。光學(xué)相干層析成像從傳統(tǒng)的時(shí)域方法，發(fā)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(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)高清三維光學(xué)相干層析成像，當(dāng)前的成像速度仍然不夠。其中的瓶頸在于圖像數(shù)據(jù)處理速度受限于現(xiàn)有圖像傳感器（CCD）獲取數(shù)據(jù)的速度及中央處理器（CPU）、圖形處理器（GPU）的運(yùn)算速度。如何進(jìn)一步提高光學(xué)相干層析成像的處理速度，成為目前相關(guān)領(lǐng)域的關(guān)注焦點(diǎn)。

物理系博士后張曉等人在導(dǎo)師薛平教授指導(dǎo)下，獨(dú)辟蹊徑地提出一種新型的高速光計(jì)算方法，首次應(yīng)用于光學(xué)相干層析成像并得到了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。與目前國(guó)際通常采用圖像傳感器（CCD）和高性能中央處理器（CPU）、圖形處理器（GPU）處理圖像數(shù)據(jù)的頻域光學(xué)相干層析成像技術(shù)不同，由于使用具有計(jì)算功能的光路，該新一代技術(shù)可以高速處理包含樣品三維結(jié)構(gòu)信息的海量數(shù)據(jù)，徹底擺脫了傳統(tǒng)方法受圖像傳感器（CCD）積分時(shí)間和中央處理器（CPU）、圖形處理器（GPU）的運(yùn)算速度對(duì)成像速度的制約，為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)三維高清光學(xué)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(guó)家基金委、科技部和清華大學(xué)科研計(jì)劃資助。

薛平教授研究組2012年關(guān)于胚胎細(xì)胞成像的研究、2013年關(guān)于新型超聲內(nèi)窺鏡探頭的研究以及2014年關(guān)于高速線(xiàn)性?huà)哳l激光器的研究，也曾作為“每周特色”被“光學(xué)相干層析成像新聞”進(jìn)行了重點(diǎn)介紹。

論文全文鏈接：

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

供稿：物理系 編輯：襄樺 華山