[發(fā)明專利]一種可重構(gòu)回波脈沖與光聲信號的采集和預(yù)處理系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810480854.2
• 申請日: 2018-05-18
• 公開（公告）號: CN108594714B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 潘紅兵;陳軒;李麗;沙金;何書專;李偉
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;G01S15/89;G01N21/17
• 代理公司: 南京匯盛專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32238
• 代理人: 陳揚;吳揚帆

本發(fā)明涉及可重構(gòu)回波脈沖與光聲信號的采集和預(yù)處理系統(tǒng)，包括發(fā)射板卡，通過電纜連接換能器探頭，控制換能器發(fā)射超聲波；接收板卡，包括總線接口、存儲模塊、接收觸發(fā)模塊、動態(tài)聚焦模塊、多個預(yù)處理模塊以及模擬前端，每個模擬前端通過電纜連接超聲換能器陣列，接收超聲換能器陣列發(fā)出的模擬信號，將動態(tài)聚焦保存至所述存儲模塊中；控制板，通過總線接口與發(fā)射板卡、接收板卡完成數(shù)據(jù)傳輸和參數(shù)配置，與上位機進行數(shù)據(jù)傳輸，并接收激光器發(fā)出的用以觸發(fā)接收板卡的同步脈沖。所述方法基于FPGA，僅需根據(jù)實際需要和其它硬件配置調(diào)整FPGA中的參數(shù)，即可適用于不同超聲換能器陣列、不同掃描方式、不同應(yīng)用的光聲、超聲成像，且可以在這兩種成像模式之間進行切換。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于實時信號處理系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種可重構(gòu)回波脈沖與光聲信號的采集和預(yù)處理系統(tǒng)。

背景技術(shù)

光聲成像領(lǐng)域常用的超聲傳感器為壓電超聲換能器，具有低熱噪聲，高靈敏度和寬探測范圍的特點。光聲成像按照成像對象的探測幾何形狀可以分為平面的、球形的、圓柱形的三類，而每種探測幾何形狀又可以有不同的實現(xiàn)，即換能器陣列排布方式多種多樣。此外，由于超聲成像所需的數(shù)據(jù)也由同樣的超聲傳感器提供，且超聲成像也具有極大的應(yīng)用價值，所以需要一個可以根據(jù)換能器陣列排布的變化、掃描方式的不同進行重構(gòu)的信號處理系統(tǒng)，且可以實現(xiàn)超聲成像和光聲成像兩種模式。

隨著半導(dǎo)體和計算機技術(shù)的發(fā)展，可編程邏輯器件(PLD)的運用也越來越廣泛，PLD的集成度高，具有可編程和編程可重復(fù)擦寫的特點，可以根據(jù)需求靈活地進行設(shè)計和修改，而不需要改動硬件電路，降低了系統(tǒng)開發(fā)的成本，可以達到低成本創(chuàng)新的目的。PLD主要分為復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)和現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)，由于FPGA相比CPLD具有更高的集成度、豐富的觸發(fā)器資源，可以進行復(fù)雜的時序邏輯設(shè)計，而且在相同集成度的情況下，F(xiàn)PGA的功耗比CPLD低，所以整個光聲/超聲成像系統(tǒng)的數(shù)字信號采集和預(yù)處理部分主要采用FPGA實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于對不同的超聲換能器陣列排布、不同的掃描方式、不同的成像模式，提供一種可重構(gòu)回波脈沖與光聲信號的采集和預(yù)處理系統(tǒng)，具體由以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

所述可重構(gòu)回波脈沖與光聲信號的采集和預(yù)處理系統(tǒng)，包括上位機、激光器以及超聲換能器陣列，其特征在于還包括：

發(fā)射板卡，通過電纜連接換能器探頭，包含多個同樣的發(fā)射延遲模塊，對應(yīng)連接到不同的高壓脈沖芯片，控制換能器發(fā)射超聲波；

接收板卡，包括總線接口、存儲模塊、接收觸發(fā)模塊、動態(tài)聚焦模塊、多個預(yù)處理模塊以及模擬前端，每個模擬前端通過電纜連接超聲換能器陣列，接收超聲換能器陣列發(fā)出的模擬信號，經(jīng)過預(yù)處理模塊進行放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換后形成數(shù)字信號，再對所述數(shù)字信號進行波束通過所述動態(tài)聚焦模塊形成所需的動態(tài)聚焦，最終將動態(tài)聚焦保存至所述存儲模塊中；

控制板，通過總線接口與發(fā)射板卡、接收板卡完成數(shù)據(jù)傳輸和參數(shù)配置，通過USB接口與上位機進行數(shù)據(jù)傳輸，并與激光器相連，接收激光器發(fā)出的用以觸發(fā)接收板卡的同步脈沖。

所述可重構(gòu)回波脈沖與光聲信號的采集和預(yù)處理系統(tǒng)的進一步設(shè)計在于，所述發(fā)射板卡還包括總線接口，所述總線接口接收由控制板發(fā)送的延遲參數(shù)、邏輯參數(shù)以及脈寬參數(shù)。

所述可重構(gòu)回波脈沖與光聲信號的采集和預(yù)處理系統(tǒng)的進一步設(shè)計在于，控制板控制的成像模式包括：

超聲成像模式，發(fā)射板卡的各個模塊控制換能器發(fā)射超聲波，并按照設(shè)定好的邏輯對接收板塊進行觸發(fā)；

光聲成像模式， 控制板的激光器同步脈沖接收模塊接收來自激光器的同步脈沖，對接收板塊進行觸發(fā)；

上述兩種成像模式中受到觸發(fā)的接收板卡的各個接收模塊開始按照由參數(shù)配置的接收方式獲取超聲信號的子波線，直到形成一幅圖像所需的所有子波線都已經(jīng)獲得了為止。