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偏振OCT信号提取与处理

作　者: 顾宁
导　师: 陈晓冬
学　校: 天津大学
专　业: 光学工程
关键词: 偏振OCT 双折射 带通滤波器 FPGA 正交解调 FIFO
分类号: TN911.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 33次
引　用: 1次
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内容摘要


OCT(Optical Coherence Tomography,光学相干层析技术)是一种基于白光干涉技术的新型光学成像技术。OCT技术以其无损伤、非介入、高分辨率等特性满足了医学技术发展的要求。偏振OCT(PS-OCT)是一种功能OCT,它不仅能够像普通OCT一样采集被测组织的反射率变化信息,同时对病变组织双折射率的改变也非常敏感。针对偏振OCT光电探测器输出信号非常微弱以及模拟电路容易受外界干扰引入噪声的特点,本文设计了以FPGA为核心器件的信号提取与处理电路,FPGA在系统中发挥了控制、数据处理、数据缓存等多种功能,使系统集成度更高。论文主要完成了以下工作:1.在分析了偏振OCT成像原理及系统结构的基础上,提出了信号提取与处理的总体方案,使用FPGA作为系统核心控制芯片并对信号进行处理,使系统硬件部分更加简洁高效;2.设计了放大倍率为100倍的放大器和中心频率为100 KHz,带宽为40 KHz的8阶带通滤波器,对光电探测器输出的微弱信号进行处理,得到符合后端电路要求的模拟信号,并设计了A/D转换电路将模拟信号转变为数字信号;3.使用硬件描述语言Verilog编写了正交解调程序、数据缓存程序、FPGA与USB异步通讯程序,使FPGA不但能够将调制波包络信息解调出来,而且能够把解调结果准确有序的传输给计算机,同时编程使FPGA产生控制信号控制系统各部分同步工作;4.进行了系统验证实验,获得了玻片、生物组织的二维偏振OCT图像,通过分析实验结果得知,此系统的纵向分辨率为10μm左右,而且可以准确探测组织双折射率信息,由此验证了系统工作的正确性。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-14
  1.1 光学相干层析技术概述  8
  1.2 OCT成像系统概述  8-9
  1.3 OCT和其它光学成像技术的比较  9-10
  1.4 OCT和其它医学影像技术对比  10-11
  1.5 OCT的发展及其分类  11-12
  1.6 本文研究内容以及完成主要工作  12-14
第二章 偏振OCT系统光路介绍  14-24
  2.1 偏振OCT系统光路结构及原理  14-15
  2.2 偏振OCT成像的主要参数  15-20
    2.2.1 探测深度  15-16
    2.2.2 分辨率  16-19
    2.2.3 成像速度  19-20
  2.3 光路的主要元件  20-23
    2.3.1 光源  20-21
    2.3.2 扫描延迟线  21-22
    2.3.3 探测器  22-23
  2.4 本章小结  23-24
第三章 系统信号处理与同步控制电路  24-55
  3.1 放大电路  24-27
    3.1.1 放大芯片的选择  24-26
    3.1.2 放大电路图和仿真效果  26-27
  3.2 滤波电路  27-35
    3.2.1 滤波器选型  27-28
    3.2.2 有源滤波器设计概述  28-29
    3.2.3 LTC1562 介绍  29-31
    3.2.4 系统有用信号的范围  31-33
    3.2.5 滤波器电路图和仿真效果  33
    3.2.6 滤波器实验效果  33-35
  3.3 A/D转换电路  35-38
    3.3.1 A/D芯片的选择  35-36
    3.3.2 AD9235 介绍  36-37
    3.3.3 A/D芯片外围电路  37-38
  3.4 FPGA设计  38-47
    3.4.1 FPGA概述  38-39
    3.4.2 FPGA的开发环境和设计流程  39-40
    3.4.3 FPGA产生控制时序  40-43
    3.4.4 FPGA进行数字信号处理  43-47
  3.5 数据缓存  47-51
    3.5.1 RAM存储方案  47-48
    3.5.2 FIFO存储方案  48-50
    3.5.3 两种方案的仿真效果比较  50-51
  3.6 USB电路设计  51-54
    3.6.1 USB芯片CY68013 结构组成及特点  51-52
    3.6.2 USB芯片的模式配置  52-54
    3.6.3 FPGA与USB模块的硬件连接  54
  3.7 本章小结  54-55
第四章 实验结果与分析  55-58
  4.1 玻片的偏振OCT图像  55-56
  4.2 生物组织的偏振OCT图像  56-57
  4.3 小结  57-58
第五章 总结与展望  58-59
  5.1 总结  58
  5.2 进一步研究的展望  58-59
参考文献  59-61
发表论文和科研情况说明  61-62
致谢  62

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 通信理论 > 信号处理
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