[發明專利]一種基于可編程聲延遲線的多合一數據采集方法

在審

• 申請號: 202011284020.8
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112461764A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 高飛;江道淮;高峰
• 申請（專利權）人: 上海科技大學
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G05B19/042;A61B8/00;A61B5/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐俊

本發明公開一種超聲信號延遲結構。本發明的另一個技術方案是提供了一種基于可編程聲延遲線的多合一數據采集方法，其特征在于，N路超聲探頭檢測到的信號至少輸入(N?1)個上述的超聲信號延遲結構后形成N路具有不同延遲時間的延遲信號，使得N路延遲信號按一定的時間延遲相間分開，N路延遲信號合為1路信號輸出后由一路DAQ進行采集，N≥4。本發明提出的可編程控制的聲延遲線模塊可實現多合一數據采集，可將多路PA信號經不同延時后合為一路組合信號輸出并由1路DAQ采集通道采集，采集到的組合信號可在計算機中還原為多路信號用于光聲圖像重建，從而可以有效降低醫學成像系統的成本。

技術領域

本發明涉及一種數據采集方法，屬于信號采集、模擬信號延遲、聲延遲線、可編程延遲、信號重建、光聲成像等領域。

背景技術

模擬信號延遲線在許多場合中都非常有用，廣泛使用在雷達、電子計算機、彩色電視系統、通信系統，以及測量儀器(如示波器)中，但是關于延遲電路的設計方法卻很少被提及。要實現數字信號的時延非常簡單，通常信號被輸入移位寄存器的一端，在N個時鐘周期后出現在另一端，其中N是寄存器的長度。但是模擬延遲更難實現，可實現的方法取決于所需延遲的長度，對于長時間的延遲，可能只有幾秒鐘的時間，唯一實用的方法是記錄和復制。磁帶循環就是一個例子，一些早期計算機使用的旋轉磁鼓存儲便是根據此原理。在電信號中，模擬延遲線是由級聯的電子元件組成的網絡，每個元件在其輸入信號和輸出信號之間產生時間差或相位差。其他類型的延遲線還包括聲學(通常是超聲波)、磁致伸縮和表面聲波裝置等。

產生延遲的一般方法是利用波的傳播時間。以速度V傳播的波在距離為S 處接收將產生S/V的時延。對于理想的波傳播，傳播速度V與頻率無關。在相同介質中速度都是一樣的。電磁波可以在長度為L的傳輸線的一端發射，并在另一端以S/V的延遲時間被接收。對于非色散傳播傳輸線的波速是恒定的。而電信號的傳播速度極快，由于傳輸線長度的限制，因此電信號的延遲線僅適用于以納秒為單位測量的延遲，其上限可能不到一微秒。此外，超聲波延遲線適用于某些需要較長時延及高穩定度的場合。由于超聲波在液體中傳播速度約1480m/s且衰減小，比電波在導體中傳播速度慢的多，基于該原理，把電信號轉變成機械振動讓其通過傳播介質可以得到較長的延遲時間。

在醫學成像技術中都需要接受大量的模擬信號，比如超聲成像、光聲斷層成像(PAT)，而且多數信號為瞬時脈沖，因此將消耗大量的DAQ(數字采集)采集口用于信號采集，這將導致整個系統的成本急劇升高。

以PAT系統為例，系統中由超聲陣列探頭檢測多個角度的光聲信號，每個通道的信號對應接到DAQ(數字采集卡)的采口，因此在同時捕獲多路光聲信號時就對應需要多通道的DAQ采集口。通常在PAT系統中激光的照射頻率非常低(小于20Hz)，這導致了在PAT系統中占很大部分成本的DAQ更多處于空閑工作狀態。

當PAT系統在采用傳統一對一數據采集方案時，隨著超聲探頭數量的增加，系統對DAQ采集通道數也急劇增加，因此系統的成本將急劇升高，如圖1所示。而采用傳統方式采集時由于激光的重復頻率極低(如20Hz)，光聲信號的持續時間也非常的短(如40微秒，假設聲速1500米/秒，成像范圍60毫米， t＝60mm/(1500m/s)＝40毫秒)，此時DAQ大部分時間工作在空閑狀態，如圖2所示，DAQ利用率僅為0.08％(40微秒/50毫秒)。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：醫學成像技術需要接受大量的模擬信號，因此將消耗大量的DAQ采集口用于信號采集，導致整個系統的成本急劇升高。