[發(fā)明專利]一種多通道同步實(shí)時數(shù)字化光聲成像裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210062371.3
• 申請日: 2012-03-09
• 公開（公告）號: CN102551810A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邢達(dá);許棟
• 申請（專利權(quán)）人: 華南師范大學(xué)
• 主分類號: A61B8/00
• 分類號: A61B8/00;A61B5/00
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 裘暉

1.一種多通道同步實(shí)時數(shù)字化光聲成像裝置，其特征在于，包括激光器、依次相連的多元超聲探測器、前置放大電路和數(shù)據(jù)成像處理單元，所述激光器發(fā)射激光照射到生物組織上產(chǎn)生光聲信號，然后由多元超聲探測器將光聲信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，再經(jīng)前置放大電路放大傳送到數(shù)據(jù)成像處理單元；

所述數(shù)據(jù)成像處理單元包括若干個FPGA采集卡、PXIe背板、CPU板卡和時鐘同步板卡，每個FPGA采集卡均與前置放大電路信號連接；所述PXIe背板包括PCIe/PCI轉(zhuǎn)接橋、PCIe交換器，用于CPU板卡、FPGA采集卡的連接及通信，所述CPU板卡與FPGA采集卡之間通過PCIe交換器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，各個FPGA采集卡通過PXIe總線與CPU板卡進(jìn)行通信；所述FPGA采集卡之間通過PCIe交換器進(jìn)行采集卡之間的P2P數(shù)據(jù)傳輸，所述時鐘同步板卡與PXIe背板連接，通過時鐘總線提供系統(tǒng)差分時鐘、差分同步信號、差分星型觸發(fā)，并且向下兼容PXI時鐘，實(shí)現(xiàn)多個FPGA采集卡的同步處理。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道同步實(shí)時數(shù)字化光聲成像裝置，其特征在于，所述激光器為納秒脈沖激光器，脈寬在1-100ns之間，波長在532-1319nm之間，照射到生物組織上的能量小于20mJ/cm²；

所述多元超聲探測器的陣元數(shù)為64、128、256、384中的一種，探測器的主頻從100KHz到30MHz，與探測的光聲信號主頻匹配，多元超聲探測器為線形、扇形、環(huán)形的多元超聲探測器；

所述前置放大電路放大倍數(shù)在25dB～60dB之間，帶寬在100KHz～100MHz之間，前置放大電路前端設(shè)計(jì)了阻抗變換電路，調(diào)諧電路用來與多元超聲探測器實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道同步實(shí)時數(shù)字化光聲成像裝置，其特征在于，所述FPGA采集卡包括信號調(diào)理與采集模塊、FPGA控制器、PXIe控制器和DRAM，所述信號調(diào)理與采集模塊、PXIe控制器和DRAM均分別與FPGA控制器相連，PXIe控制器與PXIe背板中的PCIe交換器相連。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多通道同步實(shí)時數(shù)字化光聲成像裝置，其特征在于，所述FPGA控制器包括FIFO模塊、主控制單元、內(nèi)部RAM、CMT和DSP48E?Slices；所述信號調(diào)理與采集模塊將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成串行的數(shù)字信號后通過總線輸入到FIFO模塊，F(xiàn)IFO模塊將信號傳輸?shù)街骺刂茊卧缓笸ㄟ^DSP48E?Slices進(jìn)行相關(guān)的運(yùn)算并將結(jié)果存儲在內(nèi)部RAM里面，CMT提供FPGA采集卡內(nèi)部運(yùn)行時鐘及外部、DRAM、PXIe時鐘；

所述信號調(diào)理與采集后的總線傳輸包括數(shù)據(jù)總線、控制總線及時鐘，數(shù)據(jù)總線為LVDS傳輸；

所述信號調(diào)理與采集模塊包括VCA、A/D轉(zhuǎn)換模塊、串行控制模塊、LVDS轉(zhuǎn)換模塊，用于將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成LVDS輸出。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道同步實(shí)時數(shù)字化光聲成像裝置，其特征在于，所述PXIe機(jī)箱采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為9槽，14槽，18槽的PXIe機(jī)箱；

所述CPU板卡包括內(nèi)存、CPU、硬盤、USB接口、GPIB接口和RS232接口。

6.一種多通道同步實(shí)時數(shù)字化光聲成像方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)激光器發(fā)射激光照射到生物組織上產(chǎn)生光聲信號，并產(chǎn)生同步采集信號觸發(fā)FPGA采集卡，多元超聲探測器同步接收產(chǎn)生的光聲信號并將其轉(zhuǎn)換為電壓信號，經(jīng)前置放大電路放大后分別傳送到數(shù)據(jù)成像處理單元中的若干個FPGA采集卡；

(2)每個FPGA采集卡中的信號調(diào)理與采集模塊對信號進(jìn)行放大及濾波，然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換發(fā)送到FPGA控制器，F(xiàn)PGA控制器對信號進(jìn)行去卷積、連續(xù)小波變換、聲光衰減補(bǔ)償，最后將信號通過PXIe背板中的PCIe交換器以P2P數(shù)據(jù)傳輸方式傳輸?shù)狡渲幸粔K設(shè)定的FPGA采集卡上；

(3)該設(shè)定的FPGA采集卡對所有信號采用2-D濾波反投影算法進(jìn)行成像處理，然后將處理后的數(shù)據(jù)通過DMA通道傳輸?shù)紺PU板卡上，從而在上位機(jī)上通過顯示、存儲、圖像調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)實(shí)時顯示及動態(tài)回放、三維顯示。