通過速度最快的相機和采集卡實現醫學成像的實時全息渲染
發布時間:2023-11-13 責任編輯:lina
【導讀】在臨床眼科中使用Coaxlink技(ji)術(shu),可(ke)以(yi)克(ke)服(fu)全(quan)息(xi)激(ji)光(guang)多(duo)普(pu)勒(le)成(cheng)像(xiang)裝(zhuang)置(zhi)實(shi)時(shi)觀(guan)察(cha)眼(yan)底(di)血(xue)管(guan)的(de)局(ju)限(xian)性(xing)。血(xue)流(liu)檢(jian)測(ce)在(zai)許(xu)多(duo)眼(yan)部(bu)疾(ji)病(bing)的(de)診(zhen)斷(duan)中(zhong)起(qi)著(zhe)核(he)心(xin)作(zuo)用(yong)。例(li)如(ru)年(nian)齡(ling)相(xiang)關(guan)性(xing)黃(huang)斑(ban)變(bian)性(xing)、青光眼、糖尿病性視網膜病變等可導致永久性視力喪失的眼部疾病。
在臨床眼科中使用Coaxlink技(ji)術(shu),可(ke)以(yi)克(ke)服(fu)全(quan)息(xi)激(ji)光(guang)多(duo)普(pu)勒(le)成(cheng)像(xiang)裝(zhuang)置(zhi)實(shi)時(shi)觀(guan)察(cha)眼(yan)底(di)血(xue)管(guan)的(de)局(ju)限(xian)性(xing)。血(xue)流(liu)檢(jian)測(ce)在(zai)許(xu)多(duo)眼(yan)部(bu)疾(ji)病(bing)的(de)診(zhen)斷(duan)中(zhong)起(qi)著(zhe)核(he)心(xin)作(zuo)用(yong)。例(li)如(ru)年(nian)齡(ling)相(xiang)關(guan)性(xing)黃(huang)斑(ban)變(bian)性(xing)、青光眼、糖尿病性視網膜病變等可導致永久性視力喪失的眼部疾病。
測量眼部血流量的動機是研究血管化在疾病發展中的作用:及早發現疾病,在視力喪失之前阻止疾病進展;以及評估管理治療的效率。采用CoaXPress圖tu像xiang傳chuan輸shu標biao準zhun的de超chao高gao速su數shu碼ma相xiang機ji問wen世shi後hou,實shi現xian了le數shu字zi圖tu像xiang采cai集ji與yu高gao頻pin激ji光guang多duo普pu勒le測ce量liang的de兼jian容rong。它ta為wei視shi網wang膜mo血xue管guan血xue流liu的de無wu創chuang成cheng像xiang提ti供gong了le非fei凡fan的de性xing能neng和he圖tu像xiang質zhi量liang。
眼部血流成像的目標是:以高空間分辨率顯示血管;量化所有血管中的血流(cm/s 或 µl/min);以高時間分辨率測量變化。
在這個實施示例中,一台高速、先進的高分辨率相機捕捉到了眼底血管的細節及其動態變化,並可顯示出心跳的節奏。 形態和時間細節對於實時重建原位血管及其可能病變的精確全息圖像非常重要。
xiangjizhizaoshangzaitigaochuanganqituxiangzhilianghezhijieshujuchuanshusudufangmianqudelejudajinbu,nenggouyiqiansuoweiyoudefenbianlvheshujusulvliushichuanshutuxiang。suizheguangxuechuanganqidechicunbuduandedaogaishan,sudubuduandedaotigao,xianzaishiyongAMETEK旗下Vision Research公司的Phantom S710相機可以每秒20,000幀以上的幀率捕捉512x512像素(12位)的圖像。
Phantom S710 高速攝像機為機器視覺應用提供高達7 Gpx/s (87.5 Gbps)的數據吞吐量,它借助 VEO 710 高速攝像機的性能和極高的幀速率、通過CXP6協議來實現機器視覺應用。Euresys為特定相機(例如Phantom S710)提供示例程序,用戶可以在此基礎上進行適用性修改以支持更多的高速相機。
此(ci)前(qian)的(de)相(xiang)機(ji)方(fang)案(an)已(yi)經(jing)可(ke)以(yi)存(cun)儲(chu)同(tong)樣(yang)吞(tun)吐(tu)量(liang)水(shui)平(ping)的(de)數(shu)據(ju),但(dan)隻(zhi)支(zhi)持(chi)在(zai)檢(jian)查(zha)完(wan)成(cheng)以(yi)後(hou)進(jin)行(xing)下(xia)載(zai)和(he)分(fen)析(xi)。但(dan)如(ru)今(jin)的(de)研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)和(he)從(cong)業(ye)者(zhe)需(xu)要(yao)能(neng)夠(gou)實(shi)時(shi)采(cai)集(ji)、顯示和分析數據,以便能夠立即用於解決現實問題。
此外,隨著圖形處理器(GPU)的出現,信號處理能力隨之大大提高。在這種情況下,在相機和處理器之間高速實時傳輸數字數據就成為一大關鍵因素。 GPU 直接傳輸消除了不必要的係統內存拷貝工作,降低了 CPU 開銷,減少了延遲,從而顯著改善了應用程序的數據傳輸時間。
要實現這種數字數據傳輸能力,取決於該方案的這兩個參數:最高連接速度和並行連接數量,同時還需要保證數據完整性和時序穩定性。於是,我們選擇了CoaXPress工業視覺標準。這是因為該標準能夠在不丟失任何信息的情況下以極高的速度實時傳輸圖像。 另外,Euresys提供的C2C-Link能實現同一PC或遠程PC中一個或多個Coaxlink卡相連的多台相機的同步。 可以通過PC內C2C-Link帶狀電纜進行這種同步連接(同步同一台PC中的多個板卡)
正是考慮到這一點,Langevin Institute與巴黎Quinze-Vingt醫院合作,選擇將EURESYS的Coaxlink Octo卡與Phantom S710相機結合使用。該卡提供8個CoaXPress CXP-6連接器 (5,000 MB/s),可用來設計新型臨床全息多普勒成像裝置,成像裝置的圖像采集和渲染軟件由HolovibesDigital Holography Foundation開發。
EURESYS Coaxlink Octo采集卡與CoaXPress標準兼容。與EURESYS Coaxlink係列的所有型號一樣,當同一台計算機上安裝了兩張或更多的采集卡時,可以同步運行。無論傳輸的圖像多大,它們都能保證Phantom S710相機發揮最大傳輸能力。
它在同一台電腦中成對使用,以達到Phantom S710相機通過它的16路CoaXPress CXP-6通信端口提供的幀率。 這兩張EURESYS Coaxlink Octo卡管理同步的采集數據,實時重建單個全局圖像,通過直接訪問內存(直接內存訪問 - DMA), Coaxlink Octo圖像采集卡還包括Memento調試工具,可記錄與相機、圖像采集卡、驅qu動dong程cheng序xu和he應ying用yong程cheng序xu相xiang關guan的de事shi件jian的de準zhun確que日ri誌zhi。通tong過guo上shang下xia文wen信xin息xi和he邏luo輯ji分fen析xi器qi視shi圖tu,它ta為wei所suo有you流liu數shu據ju提ti供gong了le時shi間jian戳chuo事shi件jian的de精jing確que日ri誌zhi。該gai工gong具ju提ti供gong接jie近jin1微秒的精度,使其成為解決時間問題(如識別電纜、觸發和緩衝問題)的理想選擇。
在這個過程中,Holovibes應用程序可以實時處理采集的激光幹涉圖,以極小的延遲構建並顯示高質量的全息激光多普勒圖像。Coaxlink技術造就了這一前所未有的性能,標誌著超快全息多普勒激光在眼科成像領域邁出了重要一步。與磁共振成像(MRI)、計算機斷層掃描(CT)和超聲波成像等其他醫學成像技術一樣,基於高速數字計算的圖像渲染技術在取得這些改進後,診斷領域勢必會帶來重大進展。
臨床全息多普勒成像裝置 (左圖) R記錄的幹涉圖 (中間圖), 通過數字計算構建的全息多普勒圖像 (右圖)
Phantom S710和Coaxlink Octotuxiangcaijikadezuhezaiyankechengxianghexuduoqitayingyongzhongtigonglewuyulunbidexingneng。ceshikeyizaidangqiankeyongdexiangjihetuxiangcaijikasuoxudeyibanshijianneiwancheng,dadajianshaolehuanzhedebushiganheceshichengben。
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