PXI模块化仪器系统与NI LabVIEW进展进展性癌症研究.docx

PXI模块化仪器系统与NILabVIEW进展进展性癌症研究PXI模块化仪器系统与NILabVIEW进展进展性癌症研究zhangting导语：利用下一代医学成像技术以及PXI模块化仪器系统与NILabVIEW进展进展性癌症研究利用下一代医学成像技术以及PXI模块化仪器系统与NILabVIEW进展进展性癌症研究KitasatoUniversity根底科学中心KohjiOhbayashi,D.Choi等NI供稿“来自NI公司的PXI平台，凭借其同步功能、微小尺寸和模块化特性，实现了对高通道数数据收集的支持。OCT是一种非入侵式成像技术，它提供半透明或者不透明的材料的表下、断层图像。OCT图像使我们可以以与一些显微镜相近的精度可视化地展现组织或者其他物体。OCT越来越受到研究人员的关注，由于它具有比核磁共振成像MRI和正电子发射型断层成像PET等其他成像技术高很多的分辨率。此外，该方法不要求我们作其他预备，而且对于患者非常平安，由于我们使用的激光输出能量非常之低并且无需使用电离辐射。OCT利用一个低功耗光源及其相应的光反射以创立图像，该方法类似于超声，但我们监测的是光波，而不是声波。当我们将一束光投射在一个样品上，其中大局部光线被散射，但仍有小局部光线以平行光的形式反射，这些平行光可以被检测到并用于创立图像。高级别系统概览我们的任务便是利用光学解复用器创立一个高速傅立叶域OCT系统，以支持来自以192.2THz为中心频率、频率间隔为25.0GHz的宽带入射光波长为1559.8nm的256个窄频带的分隔。频谱别离使得PXI-5105数字化仪的256个高速模数转换器ADC通道能以60MS/s的采样率进展数据收集，并对所有的频带进展同步检测。我们的任务便是利用光学解复用器创立一个高速傅立叶域OCT系统，以支持来自以192.2THz为中心频率、频率间隔为25.0GHz的宽带入射光波长为1559.8nm的256个窄频带的分隔。频谱别离使得PXI-5105数字化仪的256个高速模数转换器ADC通道能以60MS/s的采样率进展数据收集，并对所有的频带进展同步检测。利用傅立叶域OCT系统中的光解复用器充当频谱分析仪，实现了每秒六千万次轴向扫描的OCT成像。利用一台共振扫描装置进展帧速率为16kHz、每帧1400A-线和3毫米深度范围的左右扫查，我们的OCT成像展示了23m的精度。系统深度描绘在我们的系统中，所采用的光源是一个宽带超发光二极管SLD，由NTT电子提供原型产品。我们利用一个半导体光放大器SOA，来自COVEGA公司，BOA-1004型放大该SLD的输出光信号，并利用耦合器CP1将其等分导入到样本支路和参考支路。我们调整SOA1的输出光信号强度，使得样本信号的功率为9mW，以知足ANSI的平安限制。我们的系统利用一个准直透镜L1和一个物镜L2，将样本支路光信号导入到采样点S。我们使用一个共振扫描装置RS、光电产品、SC-30型和一个电镜G，剑桥技术出品，6210型扫描采样点的光束。我们的系统利用光照明光学采集来自采样点的后向散射或者后向发射的光信号，并利用一个光循环装置C1将其导入至SOA2来自COVEGA公司，BOA-1004型。我们通过一个耦合器CP2耦合比为50：50整合SOA2的输出信号与参考光信号。该参考支路由光循环装置C2、准直透镜L3和参考反射镜RM组成。我们的系统利用两只光解复用器OD1与OD2别离CP2的输出信号，以实现平衡检测。它利用平衡图片接收装置来自NewFocus公司，2117型共有256个图片接收装置，检测来自这两个OD的具有一样光频率的输出信号。它利用前述快速多通道ADC系统的32块PXI-5105数字化仪，检测来自图片接收装置的输出信号。所收集数据在单次收集经过中存储于数字化仪的板载深度存储器中，然后传输至计算机供分析。就同步检测干预频谱而言，OD-OCT与SD-OCT相似。其差异在于OD-OCT同时在不同频率以数据收集速率检测整个干预图谱，而不是像SD-OCT那样在某个时间跨度内累计输入到CCD检测装置中。因此，它根据数据收集系统的数据收集速率在现有系统中该速率高达60MHz来确定轴向扫描速率。共振扫描装置的16kHz速率确定了帧速率。我们仅使用了一个扫描方向进展数据收集50%的占空比，进而得到每帧的采样时间为31.25s。该系统在每帧中获得1875次轴向扫描；然而，由于共振扫描装置的左右扫查呈高度非线性，我们仅使用了1400次轴向扫描，舍弃了475次轴向扫描。我们将动态范围定义为点扩散函数PSF的峰值与样本支路畅通时的背景噪声间的比值。我们根据结果估计，动态范围在各种深度下均约为40dB并随着深度加深略有下降。OD-OCT的一个技术上风在于AWG的每个通道所检测的频带宽度小于25GHz的频率间距。40dB的动态范围根本足够生物组织的测量。我们利用中性密度滤光镜将发射光衰减了39.3dB。粗实曲线是在阻塞样本光信号的情况下测量所得的背景噪声。由这些数值确定的敏感度按照右手侧的垂直刻度标示。图像的渗入深度约1毫米，浅于通常利用SS-OCT或者SD-OCT获得的2毫米渗入深度。这是由低敏感度决定的。为得到一幅3D图像，需要大量的OCT截面。受限于存储器的大小，我们把采样率降至10MHz。我们在KitasatoUniversity的研究团队可以创立世界上最快速的OCT系统，其轴向扫描速率高达60MHz。该研究的根本目的在于帮助患者进步癌症检测速度并改善其生活质量。为了创立这一系统，我们整合了三项创新技术。第一项技术来自NTT技术公司，我们将它用作宽带光源。第二项技术便是由光解复用器和平衡图片接收装置组成的信号调理系统，它使得我们的系统可以检测256条窄频带。最后一项技术是来自NI公司的PXI平台，凭借其同步功能、微小尺寸和模块化特性，支持高通道数的数据收集。利用PXI平台的模块化特性，我们的团队可以最初从128通道扩展到256通道。该平台还支持将系统扩展到更高的通道数。随着该平台利用高性能仪器扩展功能并利用快速PXI进步数据传输速率，我们可以知足将来的需求并持续推进我们的研究。0