光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography,OCT)是一种利用光学低相干干涉原理来对组织内部结构进行成像的技术。OCT技术凭借着其高分辨率、在体、无损和高灵敏度等特点,已经在生物和医学领域获得了成功的应用,同时依然是这些领域中的研究热点。深度分辨率和成像速度是OCT成像系统的两个重要指标,对OCT的应用具有重要的影响。深度分辨率的提高意味着可以从图像中获取更多的信息,成像速度的提升可以进一步扩大OCT的应用范围。深度分辨率主要取决于光学系统设计,而成像速度不仅受硬件速度限制,同时也受图像重建速度的影响。本文的工作主要包括高分辨率谱域 OCT(Spectral Domain Optical Coherence Tomography,SD-OCT)成像系统设计搭建和图像重建GPU加速研究,主要的研究内容如下:1.设计搭建了基于迈克尔逊干涉仪的光纤型高分辨率SD-OCT成像系统。具体工作包括系统中光源模块、干涉仪模块、光谱仪模块的选型和设计。同时,分别基于LabVIEW平台和Visual Studio平台开发了系统控制、信号采集和图像重建实时显示软件。本文开发的SD-OCT系统中心波长为850nm,带宽为165nm,系统轴向分辨率可达2.8μm,空气中的最大成像深度约为1.7mm。2.SD-OCT系统核心模块—光谱仪的设计与搭建。本文基于透射式全息光栅设计了宽带光谱仪,并完成了光谱仪机械结构设计和加工,以使光谱仪的结构更加紧凑、稳定。经过汞氩灯光源的标定后,光谱仪的探测谱宽约为211nm,和所选光源匹配,同时光谱分辨率约为0.1nm。3.OCT图像重建GPU(Graphics Processing Unit)加速研究。为了提高数据处理速度,在系统数据处理模块中应用了基于统一计算设备架构(CUDA)的GPU并行运算技术,利用CPU(Central Processing Unit)和GPU协同并行处理来代替CPU的串行处理。为了验证开发的软件系统的准确性和运算速度,本文将采集到的干涉数据分别在MATLAB、CPU以及GPU上进行多组实验。实验结果表明,当数据大小为2048×4096时,本文开发的谱域OCT软件系统可以实现23.1倍的加速,为实时3D成像提供了可能。