OCT是一種無創性成像技術，按照與(yu) 相同顯微鏡類似的分辨率，使組織或者其他物體(ti) 可視化。OCT越來越受關(guan) 注，因為(wei) 它可以提供比其他成像技術 [ 例如磁共振成像（MRI）或者正電子發射斷層成像術(PET) ] 更高的分辨率。OCT利用小功率光源和相應的光反射產(chan) 生圖片，這種方法與(yu) 使用光而不是使用聲音的超聲類似。在掃頻光源(Swept Source)-OCT (SS-OCT)應用中，激光器掃描樣本，同時快速數模轉換器(ADC)需要數據，並且處理係統產(chan) 生斷層圖像。因此，係統必須能夠進行高速數據采集、複雜圖像處理並且精確控製激光器掃描。另外，係統的數據采集和控製必須緊密同步，以實現優(you) 良性能。常規係統

在OCT係統中，獲取最終圖像需要進行重大處理，包括快速傅裏葉變換(FFTs)、內(nei) 插和直流偏移計算。傳(chuan) 統上通過在主機上運行的軟件進行處理，需要消耗大量時間並且影響係統的整體(ti) 成像速度。通常也在軟件中調節激光器，進一步加重CPU的負擔。在常規係統中，我們(men) 認識到進行數據處理所需要的時間使我們(men) 僅(jin) 能夠實現10幀/秒的圖像顯示率，即使係統的其他部分能夠更快的運行。

圖2表示常規係統配置，它需要通過兩(liang) 個(ge) 裝置來獲取圖像數據並且控製激光掃描器。因為(wei) 係統中有兩(liang) 個(ge) 板卡，所以接線更加複雜。

需要通過快速圖像顯示率來測量快速移動的物體(ti) ，例如人體(ti) 器官或者運動中的物體(ti) 。在獲得數據和顯示數據之間也存在延遲。商業(ye) 現貨計算機不能夠為(wei) 我們(men) 需要的成像性能提供足夠的處理，並且會(hui) 增加係統成本。所有這些因素帶動了開發新係統的需要。

下一代方案

為(wei) 了對新的架構進行原型製作，我們(men) 使用通過NI LabVIEW FPGA模塊  的NI FlexRIO FPGA模塊。NI LabVIEW FPGA模塊是一種圖形設計語言，可以無需知道VHDL編碼設計FPGA電路。NI FlexRIO 把可互換、可定製的I/O適配器模塊與(yu) PXI或者PXI Express總線中的用戶可編程FPGA模塊結合在一起。

 對於(yu) I/O，我們(men) 使用定製的適配器模塊，把用於(yu) 數據采集的高速ADC(100 MS/秒、12位分辨率)與(yu) 用於(yu) 激光掃描器控製的數模轉換器(DAC)電路(50 kS/秒、12位分辨率)結合在一起。通過使用NI FlexRIO對新係統進行原型製作，我們(men) 能夠快速獲得工作方案並且確定是否需要改動。我們(men) 最初使用LabVIEW在主機端開發算法(FFTs、內(nei) 插和直流偏移)。在驗證算法之後，這些算法被移至FPGA上，以加快處理性能。而且，由於(yu) I/O從(cong) 為(wei) 主機電腦提供PCI Express接口的FPGA後端分離，我們(men) 可以快速確定需要的硬件變更。 在證實硬件和固件的運行令人滿意後，我們(men) 非常有信心地把算法移到了具有相同的規格、且更易部署的PCI Express板卡上。圖3表示新的係統配置。

實現更快處理並且減少係統體積

獲取數據後，在FPGA中對數據進行處理，並且把數據送回至電腦。在把處理從(cong) 電腦移至FPGA後，我們(men) 發現速度明顯加快，並且明顯提高了視頻顯示率。與(yu) 以前10幀/秒的圖像顯示率相比，借助新的基於(yu) FPGA的係統配置，我們(men) 實現了40幀/秒的圖像顯示率，或者說性能提高了四倍。

我們(men) 的係統現在可以更快地顯示物體(ti) (包括人體(ti) 器官和其他移動的樣品)的圖像。而且，新的基於(yu) FPGA的係統可以提供實時測量信號處理，通過消除測量和顯示之間的延遲，提高顯示性能。圖4表示成像係統的LabVIEW麵板。

在常規係統配置中，我們(men) 需要兩(liang) 個(ge) 裝置 – 用於(yu) 數據采集的數字化儀(yi) 和用於(yu) 控製掃描器的D/A 板卡。我們(men) 還需要進行額外布線，使裝置同步。借助新的平台，我們(men) 可以在單一模塊中合並數據采集並且控製I/O，並且利用FPGA使這兩(liang) 種功能同步，因此可以更加容易地對係統進行構建、接線和配置。另外，由於(yu) 不再需要進行額外接線，我們(men) 可以節省空間。

由於(yu) 係統體(ti) 積減少，我們(men) 可以人工搬運整個(ge) 係統，增加產(chan) 品在各種地方中的新應用。

結論

如果使用常規係統，由於(yu) 創建圖像需要進行密集計算處理，我們(men) 圖像顯示率會(hui) 受到限製。借助NI FlexRIO平台並且使用基於(yu) FPGA的處理，我們(men) 能夠把成像速度增加四倍並且明顯減少係統體(ti) 積。

過去，我們(men) 需要使用功能強大的計算機進行數據處理；利用FPGA進行處理可以使我們(men) 減少對電腦性能的依賴。我們(men) 可以降低係統成本並且使用筆記本電腦或者低功率CPU板卡，滿足需要體(ti) 積更小、低成本係統的新市場的需要。另外，借助 LabVIEW FPGA，我們(men) 可以在未來對FPGA進行修改或者定製，滿足特殊客戶需要，節省開發時間和成本。

Author Information:
Takuya Suzuki 鈴木 卓也 氏
Santec Corporation 株式會(hui) 社