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高速时域OCT系统软件及三维重建软件的实现

作　者: 万木森
导　师: 姚晓天；刘铁根
学　校: 天津大学
专　业: 光学工程
关键词: 光学相干层析技术数据采集三维重建错切-变形 ActiveX
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 82次
引　用: 2次
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内容摘要

光学相干层析(Optical Coherence Tomography)技术是一种新型高分辨率、非侵入性的光学层析成像方法,在临床医学、生物学等领域具有良好的应用前景。OCT技术利用低相干光干涉,可以获得生物组织表面以下的组织微结构,分辨率可达到1～20μm。将高分辨率的OCT成像系统应用于口腔临床诊断中,有利于实现对龋病等口腔常见疾病的早期诊断和监控。本论文在课题组前期研究的基础上,完成了全光纤高速时域OCT系统软件及三维重建软件的编写工作。其中高速时域OCT系统软件基于LabVIEW环境开发,实现系统控制和信号采集功能,主要包括:MDL控制、FPGA同步控制、基于软件触发的实时采集模式和基于硬件触发的高速采集模式等。结合FPGA实现系统高速扫描,并根据采集到的干涉信号包络重建得到二维灰度图像。将OCT系统采集得到的二维层析图序列作为三维数据场,利用shear-warp算法实现离体牙的三维重建。同时通过光照模型的引入和不透明度传递函数的合理设置,加强了三维重建图像的透明效果,可以较好地显现出牙齿的内部组织结构,便于医生在临床对病变进行定位。为了方便观察,在程序中增加了交互功能,实现三维物体的旋转、剖切、任意二维截面的重建、不透明度传递函数调节和图像保存等操作。整个重建程序基于VC++平台进行开发,同时将程序封装成ActiveX控件,实现LabVIEW环境中对重建程序的调用。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-15
  1.1 引言  7-8
  1.2 光学相干层析技术简介  8-11
    1.2.1 OCT 技术发展历程及研究现状  8-10
    1.2.2 OCT 技术主要特点  10-11
  1.3 光学相干层析技术在口腔中的应用  11-13
    1.3.1 常规龋齿诊断方法  11-12
    1.3.2 口腔OCT 技术发展历程  12-13
  1.4 课题的研究主要内容  13-15
第二章基于LabVIEW 的软件整体设计  15-27
  2.1 OCT 系统的基本原理  15-20
    2.1.1 迈克尔逊干涉仪  15-18
    2.1.2 OCT 系统参数  18-20
  2.2 全光纤高速时域OCT 系统的搭建  20-23
    2.2.1 系统工作原理  20-21
    2.2.2 三维扫描采集  21-23
  2.3 系统软件框架  23-24
  2.4 基于LabVIEW 的全光纤高速时域OCT 系统软件实现方案  24-25
  2.5 OCT 数据场三维重建与交互的改进方案  25
  2.6 基于LabVIEW 的三维可视化实现  25-26
  2.7 本章小结  26-27
第三章全光纤高速时域OCT 系统软件  27-37
  3.1 全光纤高速时域OCT 系统控制程序  27-29
    3.1.1 电动光学延迟线（MDL）控制程序  27-29
    3.1.2 FPGA 同步控制程序  29
  3.2 全光纤高速时域OCT 系统采集模式设计与实验  29-35
    3.2.1 软件触发与实时显示模式  30-32
    3.2.2 硬件触发与高速采集模式  32-35
  3.3 二维灰度图重建  35-36
  3.4 本章小结  36-37
第四章 OCT 数据场三维重建与交互的改进  37-50
  4.1 OCT 三维数据场  37-38
  4.2 体绘制算法的分类和原理  38-40
    4.2.1 图像空间扫描的体绘制技术  38
    4.2.2 物体空间扫描的体绘制技术  38-39
    4.2.3 频域体绘制技术  39
    4.2.4 三维纹理映射硬件支持的直接体绘制  39-40
  4.3 shear-warp 体绘制算法  40-45
    4.3.1 shear-warp 算法基本原理  40-42
    4.3.2 shear-warp 算法因式分解  42-45
  4.4 光照模型  45
  4.5 不透明度传递函数  45-47
    4.5.1 不透明度传递函数概述  45-46
    4.5.2 不透明度传递函数设计  46-47
  4.6 交互功能的实现  47-49
    4.6.1 旋转功能  47-48
    4.6.2 剖切功能  48
    4.6.3 任意二维截面重建  48
    4.6.4 图像保存  48-49
  4.7 基于MFC 的ActiveX 控件开发  49
  4.8 本章小结  49-50
第五章全光纤高速时域OCT 系统软件及三维重建软件的集成与实际应用  50-66
  5.1 一维干涉信号高速采集  50-51
  5.2 三维数据场的获取  51-53
  5.3 基于shear-warp 算法的三维重建实现  53-55
  5.4 实验结果分析  55-65
    5.4.1 牙冠三维重建结果分析  55-57
    5.4.2 釉牙本质界三维重建结果分析  57-61
    5.4.3 性能评价  61-64
    5.4.4 与其他三维重建软件比较  64-65
  5.5 本章小结  65-66
第六章总结与展望  66-68
  6.1 工作总结  66-67
  6.2 工作展望  67-68
参考文献  68-73
发表论文和参加科研情况说明  73-74
致谢  74

高速时域OCT系统软件及三维重建软件的实现

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