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基于FPGA的双探测器偏振OCT信号处理

李海峰  
【摘要】:偏振OCT(Optical Coherence Tomography,光学相干层析技术)是一种使用偏振光探测生物组织,获取组织信息的新型光学技术。它继承了普通OCT所具有的无损伤、非介入、高分辨率的特点。偏振OCT使用偏振光成像,既能获得组织的反射率信息,也能得到组织的双折射率信息,很多组织病变时,组织的双折射率信息会有很大的改变,因而可以将双折射信息作为诊断组织有无病变的一个重要指标。 本文对偏振OCT光电探测器输出信号进行了分析,根据信号的特点,设计了基于FPGA的双探测器偏振OCT信号处理系统。探测器将干涉信号转化为电信号,经过放大和滤波后被ADC采样送入FPGA,此后对信号进行正交解调、CORDIC算法运算、位数截取和RAM缓存,实现信号的解调,同时使用FPGA产生系统控制信号,协调系统各模块的运行。 论文主要完成了以下工作: (1)根据光电探测器输出信号幅值及后级电路对信号幅度要求设计了放大电路,放大器最大放大100倍,带宽1MHz。分析信号频谱特点,设计了中心频率100KHz,带宽40KHz的带通滤波器,滤除了信号中由后散光、杂散光及元件反射等引起的信号干扰。根据系统工作速度及需要的精度,设计了ADC转换电路; (2)增加单片机与步进电机通信模块,FPGA产生横向平移控制信号,控制单片机与步进电机进行通信,实现对组织横向扫描; (3) FPGA产生ADC控制信号、USB控制信号、横向扫描控制信号,协调整个系统时序;FPGA作为系统主控制器,对信号进行解调。使用正交解调法将双路信号从载波中提取出来,并将CORDIC算法引入FPGA中,实现对双路信号幅度解调和相位解调;完成基于FPGA为主控芯片的系统数字PCB板设计。(4)使用偏振系统,对玻片和生物组织进行系统成像,系统纵向分辨率约为10μm,并分析所得图像性质,验证了系统探测生物组织双折射性质的能力;


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