一、背景介紹

光學相干層析血流造影技術（OCTA）可以實現活體、三維、毛細血管級分辨率的血流造影，具有非侵入、無標記的特點。OCTA在應用上受到數據處理速度的限制。實時圖像是操作員獲取OCTA數據質量反饋的來源，當前大部分商用系統沒有OCTA圖像實時顯示能力，僅能顯示實時OCT圖像，而OCT圖像不能充分反映OCTA血流造影質量，不利于操作員調節系統采集數據。在臨床應用中，數據質量不合格需要受試者再次采集，降低了檢查效率。OCTA在應用上還受到系統掃描速度的限制。由于OCTA基于運動對比度計算血流造影、對視網膜成像時需要受試者注視固視目標，采集數據時間較長會使老人、兒童難以保持注視，影響數據質量。更高的系統掃描速度有助于快速成像并抑制抖動產生的噪聲，還可以提高系統的動態成像時間分辨能力。OCTA系統掃描速度的提升對實時數據處理速度提出了更高要求。因此本研究圍繞提升OCTA系統數據處理速度和系統掃描速度展開工作。

二、創新工作

浙江大學李鵬副教授課題組發展了一種具有高速掃描、實時顯示功能的OCTA系統。采用基于逆信噪比-復值退相關的實時自適應光學相干層析血流造影算法（ID-OCTA），并針對高速處理目標優化了OCTA投影圖像生成算法。該工作提出了基于GPU的OCTA數據實時處理框架（圖1），開發了多線程系統控制程序。系統實時數據處理線速度（A-line）達到了365 kHz。受限于現有圖像采集卡的采集速度，系統在250 kHz線速度下實現了實時顯示、數據存儲功能。以體素為單位計算，該工作實現的OCTA數據實時處理速度達到了750 MVoxels/s，相較其他研究報道的速度具有一定優勢。該工作的實時處理方法以多幀為一個處理單元進行流水線處理，相較以整個體積數據為處理單元的方法可以提供實時OCTA斷層圖像的顯示，相較以單幀為處理單元的方法可以盡可能利用GPU的并行計算資源。

圖1 OCTA實時數據處理流程圖。中間區域包含GPU中執行的操作和存儲的數據，上下兩側區域包含CPU中存儲的數據，數據用不規則矩形表示，多個不規則矩形表示多幀數據。在中間區域，矩形框表示在全局內存執行的步驟，圓角矩形框表示在紋理內存執行的步驟，虛線框表示使用CUDA流的處理步驟

基于以上系統，該課題組使用實時OCTA圖像引導數據采集，與僅使用CPU生成的實時OCT斷層圖引導系統調節以及反饋OCTA動態成像質量的能力對比，證明了該研究實現的OCTA圖像實時顯示可以幫助操作者更準確地調節系統屈光和掃描區域（圖2），并且在動態成像過程中及時發現受試對象成像狀態變化，提升了OCTA數據質量和動態OCTA成像數據采集成功率。

圖2 實時顯示引導系統屈光調節與掃描區域調節。（a）（b）（c）（d）實時顯示引導屈光調節；（e）（f）（g）（h）實時顯示引導掃描區域調節；（a）（c）（e）（g）OCT斷層圖像實時顯示模式下采集到的數據；（b）（d）（f）（h）OCTA投影圖像實時顯示模式下采集到的數據；（c）（d）（g）（h）依次對應（a）（b）（e）（f）中虛線位置的斷層圖像；（a）（e）采集數據后處理的圖像，其余為實時顯示圖像

課題組還將高速掃描實時顯示OCTA系統應用于神經血管耦合成像。在閃爍光刺激誘發小鼠視網膜功能性充血實驗中，證明了實時OCTA投影圖像相較實時OCT斷層圖像引導實驗數據采集的成功率更高，并且系統生成的實時OCTA投影視頻具有實驗結果預覽功能（圖3），為實驗人員提供了實驗結果預覽，可以判斷血液動力學響應的大致趨勢。對于無法通過調節系統或受試動物狀態使數據質量合格的情況，如小鼠自身問題，可以及時剔除數據，避免處理質量不合格數據浪費時間。

圖3 系統生成的實時OCTA投影視頻截圖。（a）基線階段；（b）刺激階段；（c）關閉刺激階段。OCTA投影圖像根據退相關值對應不同的色彩。箭頭所指大血管與矩形框區域毛細血管響應明顯。比例尺：200 μm

三、總結與展望

相較于僅使用CPU實現的OCT斷層圖像實時顯示，該方法可以在OCTA體數據單次采集時幫助操作人員更快速、準確地調節系統，在OCTA體數據動態采集時反饋受試對象眼睛狀態的波動情況。后續工作將從以下三個方面優化：一是優化振鏡掃描模式，提升系統硬件掃描速度的利用率；二是優化OCTA數據實時處理框架，利用GPU的圖形渲染功能優化圖像質量，進而實現實時三維血管造影實時顯示；三是嘗試利用OCTA系統高速掃描性能提高對小鼠視網膜神經血管耦合成像的時間分辨率。

參考文獻： 中國光學期刊網

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