基于多核DSP的相干斷層掃描成像技術研究

2016-06-29 09:05:36洪學文秦學鑒廈門大學信息科學與技術學院廈門大學航空航天學院福建廈門36005

山東工業技術 2016年13期

洪學文，秦學鑒（.廈門大學信息科學與技術學院；.廈門大學航空航天學院，福建廈門 36005）

洪學文1，秦學鑒2
（1.廈門大學信息科學與技術學院；2.廈門大學航空航天學院，福建廈門 361005）

摘要：光學相干斷層掃描（Optical Coherence Tomography， OCT）是一種基于邁克爾遜干涉儀結構的層析成像技術，能對生物組織內部微觀結構進行微米量級的高分辨率的非侵入實時成像。本文將OCT與計算機多核技術相結合，通過德州儀器多核DSP進行數據處理，然后傳回計算機進行成像。所成圖像可用來觀察器官病灶等醫學研究。

關鍵詞：光學相干層析成像；多核技術；醫學

1　OCT的簡介

OCT是一種基于寬帶光的低相干特性對生物活體組織的內部微觀結構進行分辨率斷層成像的技術。它依靠光源的時間相干性，利用干涉儀對生物組織進行空間上的二維或三維掃描成像。自1991年David Huang 等人首次用這項技術對活體人眼的視網膜的顯微結構進行成像以來，OCT一直是生物醫學和材料檢測等領域的研究熱點之一，國內在這方面的研究也很活躍，近年來已得到了迅速的發展。

一般的OCT系統有兩種掃描方式，分別為A掃描方式和B掃描方式。A掃描方式是只移動參考臂，假設以勻速V移動參考臂，所獲得的干涉信號為：。其中，和是所獲得的干涉信號的振幅和相位，是因移動參考臂在參考產生的多普勒頻移，通過調解這個干涉信號，記錄。由于采用的是低相干長度的光源，所以可以真實地反映出對樣品的探測深度，可獲得組織反射率相對于探測深度的圖形。B掃描方式是在進行連續A掃描方式時，移動樣品臂，是探測光束掃過整個組織表面，從而獲得組織背景散射的橫截面圖［1］。

2　使用的原始數據樣本的介紹

使用的原始數據樣本集腫瘤和皮膚數據是由在伊利諾伊大學厄巴納香檳的Boppart博士的實驗室提供的。每一幀的原始數據包括1000掃描線，2048樣本/掃描線。最初這個輸入數據是存儲在DDR。其中，數據以輸入數據采集間隔25幀/秒的速度被輸入（間隔可以根據程序和內存需求而自定義），然后通過各模塊處理，最終的圖像顯示在電腦上。

軟件組件，包括多核軟件開發工具包（MCSDK）、編解碼引擎（CE）、數字媒體應用程序接口（DMAI）等，iUniversal APIs可由開發者為這種系統創建應用程序。

多核軟件開發工具包（MCSDK）包括簡化多核開發的關鍵組件，其中有芯片支持庫，外設驅動程序，平臺軟件（PDK），網絡開發工具包（NDK）等。

多核數字信號處理器軟件應用程序是基于主/從模式，在核心0作為集中控制核心即主核心，核心1至核心7充當從動核。核心0作為管理者協調同步性和設置緩沖區的指針。信號處理模塊運行在核心1 - 5。核6和7是空閑的。核心0上的軟件應用程序集成設計以下功能模塊：前端接口，中間控制器，中間處理過程和后端接口。

3　利用MessageQ IPC為消息傳遞模塊的主要任務

消息提供指針數據和觸發任務的接收函數的執行。實際的消息緩沖區設置在共享內存，消息發送方和接收方均可以訪問到消息。在這種情況下，process_scatter（）掛起一個新的輸入幀［2］。數據可用時，process_scatter（）從堆分配內存給消息，并將消息指針賦給輸入數據。使用MessageQ_put阻塞調用，process_scatter（）將輸入數據指針傳遞給process_gather（）。process_gather（）使用相應的oct_wait在每個核心信號處理過程中掛起。一旦接收到一個新的框架，這些任務調用UNIVERSAL_process編解碼引擎提供的API，來調用通過oct處理算法。一旦數據被處理，octCluster（）使用MessageQ_put API將輸出數據指針傳遞給Send_data_to_host（）。Send_data_to_host（）確保數據維護原子性，以便輸入數據對應于一個特定的框架總是在一起。

process_scatter（），process_gather（）和Send_data_2_host（）都運行在主核心0上，只有特定的算法任務在核心1到核心n上運行。重要的是要注意，各核間的信息處理中心的處理基于引擎下編解碼器渠道和使用MessageQ，程序員可以不知道這一事實，簡單地調用MessageQ api用于各核間傳遞數據的指針［3］。