基于多核DSP的相干断层扫描成像技术研究

洪学文，秦学鉴（.厦门大学信息科学与技术学院；.厦门大学航空航天学院，福建 厦门 36005）



基于多核DSP的相干断层扫描成像技术研究

洪学文1，秦学鉴2
（1.厦门大学信息科学与技术学院；2.厦门大学航空航天学院，福建 厦门 361005）

摘要：光学相干断层扫描（Optical Coherence Tomography， OCT）是一种基于迈克尔逊干涉仪结构的层析成像技术，能对生物组织内部微观结构进行微米量级的高分辨率的非侵入实时成像。本文将OCT与计算机多核技术相结合，通过德州仪器多核DSP进行数据处理，然后传回计算机进行成像。所成图像可用来观察器官病灶等医学研究。

关键词：光学相干层析成像；多核技术；医学

1　OCT的简介

OCT是一种基于宽带光的低相干特性对生物活体组织的内部微观结构进行分辨率断层成像的技术。它依靠光源的时间相干性，利用干涉仪对生物组织进行空间上的二维或三维扫描成像。自1991年David Huang 等人首次用这项技术对活体人眼的视网膜的显微结构进行成像以来，OCT一直是生物医学和材料检测等领域的研究热点之一，国内在这方面的研究也很活跃，近年来已得到了迅速的发展。

一般的OCT系统有两种扫描方式，分别为A扫描方式和B扫描方式。A扫描方式是只移动参考臂，假设以匀速V移动参考臂，所获得的干涉信号为：。其中，和是所获得的干涉信号的振幅和相位，是因移动参考臂在参考产生的多普勒频移，通过调解这个干涉信号，记录。由于采用的是低相干长度的光源，所以可以真实地反映出对样品的探测深度，可获得组织反射率相对于探测深度的图形。B扫描方式是在进行连续A扫描方式时，移动样品臂，是探测光束扫过整个组织表面，从而获得组织背景散射的横截面图［1］。

2　使用的原始数据样本的介绍

使用的原始数据样本集肿瘤和皮肤数据是由在伊利诺伊大学厄巴纳香槟的Boppart博士的实验室提供的。每一帧的原始数据包括1000扫描线，2048样本/扫描线。最初这个输入数据是存储在DDR。其中，数据以输入数据采集间隔25帧/秒的速度被输入（间隔可以根据程序和内存需求而自定义），然后通过各模块处理，最终的图像显示在电脑上。

软件组件，包括多核软件开发工具包（MCSDK）、编解码引擎（CE）、数字媒体应用程序接口（DMAI）等，iUniversal APIs可由开发者为这种系统创建应用程序。

多核软件开发工具包（MCSDK）包括简化多核开发的关键组件，其中有芯片支持库，外设驱动程序，平台软件（PDK），网络开发工具包（NDK）等。

多核数字信号处理器软件应用程序是基于主/从模式，在核心0作为集中控制核心即主核心，核心1至核心7充当从动核。核心0作为管理者协调同步性和设置缓冲区的指针。信号处理模块运行在核心1 - 5。核6和7是空闲的。核心0上的软件应用程序集成设计以下功能模块：前端接口，中间控制器，中间处理过程和后端接口。

3　利用MessageQ IPC为消息传递模块的主要任务

消息提供指针数据和触发任务的接收函数的执行。实际的消息缓冲区设置在共享内存，消息发送方和接收方均可以访问到消息。在这种情况下，process_scatter（）挂起一个新的输入帧［2］。数据可用时，process_scatter（）从堆分配内存给消息，并将消息指针赋给输入数据。使用MessageQ_put阻塞调用，process_scatter（）将输入数据指针传递给process_gather（）。process_gather（）使用相应的oct_wait在每个核心信号处理过程中挂起。一旦接收到一个新的框架，这些任务调用UNIVERSAL_process编解码引擎提供的API，来调用通过oct处理算法。一旦数据被处理，octCluster（）使用MessageQ_put API将输出数据指针传递给Send_data_to_host（）。Send_data_to_host（）确保数据维护原子性，以便输入数据对应于一个特定的框架总是在一起。

process_scatter（），process_gather（）和Send_data_2_host（）都运行在主核心0上，只有特定的算法任务在核心1到核心n上运行。重要的是要注意，各核间的信息处理中心的处理基于引擎下编解码器渠道和使用MessageQ，程序员可以不知道这一事实，简单地调用MessageQ api用于各核间传递数据的指针［3］。

4　总结

电脑读取参数文件， 通过RDSP使用静态IP传送和接收TCP-IP套接字。在数据处理开始前，DSP使用TFTP服务器运行在个人电脑上下载数据文件。电脑得到了DSP数据处理并显示。帧速率可以在参数文件中修改。成像结果如图2。

参考文献：

［1］薛莉.光学相干层析成像系统的关键技术研究［J］.2009.

［2］高峰.基于DSP的并行频域OCT图像预处理系统［J］.2008.

［3］邹传民.基于Cortex-M4的嵌入式光学相干层析成像系统的研究［J］.2013.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13.243

作者简介：洪学文（1994-），男，河北沧州人，本科，研究方向：计算机体系及成像。