[發明專利]用于光聲成像的信號采集與處理裝置和方法

在審

• 申請號: 201711244107.0
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN107802242A
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 關添;葉盛;常曉東;王佳飛;王德來;李堯;何永紅
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00
• 代理公司: 北京睿邦知識產權代理事務所(普通合伙)11481
• 代理人: 徐丁峰,張瑋

技術領域

本發明涉及計算機輔助醫療技術領域，具體地，涉及一種用于光聲成像的信號采集與處理裝置和方法。

背景技術

隨著科學技術的發展，在工業生產和科學研究中，經常需要對高精度，高速率的信號進行信號采集、處理與分析，因此對信號采集和處理裝置提出了更高的要求。

常用的醫學影像技術有超聲成像、光學成像、X射線成像和核磁共振成像(MRI)等。這些成像技術是依據生物組織中的某一方面的特性變化來成像，并且具有一定的局限性。

超聲成像穿透深度可以達到厘米量級，但是對于早期病變組織(例如：癌癥)，其組織病變并不是很明顯，超聲成像并不能達到很高的成像對比度，因此對于早期病變組織的篩查具有一定的困難性。

光學成像的發展大大提高了醫學影像的對比度。但是隨著光穿透組織深度的增加，光在組織中的強散射性導致成像空間分辨率迅速下降，因此很難應用于深層次組織的醫學成像研究和疾病的早期診斷。

基于光聲效應的光聲成像(Photoacoustic Imaging)技術是近年來出現的一種新型無損的生物醫學影像技術，通過對采集到的光聲信號進行圖像重建而得到組織的內部信息。該技術結合了光學成像和超聲成像的優點。

在光聲成像技術中，當短脈沖電磁波照射到組織中，生物組織被電磁波照射從而吸收熱量瞬間產生微小的溫升，導致熱膨脹效應激發出屬于超聲波范圍的光聲信號。被激發的光聲信號攜帶著被照射組織電磁波吸收特性的信息并通過組織向外傳播。通過采集組織周圍的光聲信號，應用相應的圖像重建算法可以重建出組織內部電磁波吸收分布的圖像。而對于非電磁波吸收區域則沒有組織的伸縮效應，不產生光聲信號，這樣就可以避免激發光的彌散對成像分辨率的影響。

一方面，現有的光聲成像的信號采集與處理裝置大多采用與CPU相結合的方式，設計成一體化光聲成像系統，雖然集成度高，但是可操作性不強，針對具體算法改進和數據處理只能依靠操作系統進行，并且操作系統開發方面功能較弱，技術方案的實現過程受限。另一方面，根據現有用于光聲成像的信號采集與處理裝置所生成的數字信號進行光聲成像，受成像部位影響較大，難以獲得質量可靠的光聲圖像。

因此，需要提供一種用于光聲成像的信號采集與處理裝置和方法，以至少部分地解決現有技術中存在的上述問題。

發明內容

為了至少部分地解決現有技術中存在的問題，根據本發明的一個方面，提供一種用于光聲成像的信號采集與處理裝置，包括：

超聲探測器，用于接收來自目標組織不同深度的位置處的光聲信號，并將所述光聲信號轉化為電信號；

補償電路，用于根據模擬控制信號對所述電信號進行可變增益補償；

模數(A/D)轉換模塊，用于對經補償的電信號進行模數轉換，以生成數字信號；

現場可編程門陣列(FPGA)，用于接收所述數字信號，對所述數字信號進行格式轉換并發送給上位機用于重建光聲圖像；并且用于接收補償電壓信息并根據所述補償電壓信息生成數字控制信號，其中所述補償電壓信息包括關于針對所述目標組織不同深度的位置處的補償電壓數值的信息；

數模(D/A)轉換電路，用于將所述數字控制信號進行數模轉換，以生成所述模擬控制信號。

示意性地，所述補償電路包括級聯的第一可變增益補償子電路和第二可變增益補償子電路，其中，所述第一可變增益補償子電路用于對所述電信號進行固定增益放大，所述模擬控制信號僅輸入所述第二可變增益補償子電路，所述第二可變增益補償子電路用于根據模擬控制信號對所述電信號進行可變增益補償。

示意性地，所述FPGA包括時鐘管理模塊，用于為所述裝置提供系統時鐘；

所述模數轉換模塊包括時鐘自倍頻芯片，用于將來自所述時鐘管理模塊的系統時鐘進行倍頻，并將經倍頻的時鐘發送給所述FPGA，以作為控制所述FPGA接收所述數字信號的時鐘。

示意性地，所述裝置還包括：連接所述超聲探測器的放大電路，用于對所述電信號進行放大。

示意性地，所述放大電路包括兩個級聯的低噪放大芯片。

示意性地，所述裝置還包括連接在所述補償電路和所述模數轉換模塊之間的濾波電路，用于對所述電信號進行低通濾波。

示意性地，所述補償電路、所述放大電路和所述濾波電路集成在同一電路板上。

示意性地，所述FPGA包括帶通濾波器，用于對所述數字信號進行帶通濾波。

示意性地，所述FPGA還包括隨機存取存儲器，連接在所述模數轉換模塊和所述帶通濾波器之間，用于緩存所述數字信號。