[发明专利]用于光声成像的信号采集与处理装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机辅助医疗技术领域，具体地，涉及一种用于光声成像的信号采集与处理装置和方法。

背景技术

随着科学技术的发展，在工业生产和科学研究中，经常需要对高精度，高速率的信号进行信号采集、处理与分析，因此对信号采集和处理装置提出了更高的要求。

常用的医学影像技术有超声成像、光学成像、X射线成像和核磁共振成像(MRI)等。这些成像技术是依据生物组织中的某一方面的特性变化来成像，并且具有一定的局限性。

超声成像穿透深度可以达到厘米量级，但是对于早期病变组织(例如：癌症)，其组织病变并不是很明显，超声成像并不能达到很高的成像对比度，因此对于早期病变组织的筛查具有一定的困难性。

光学成像的发展大大提高了医学影像的对比度。但是随着光穿透组织深度的增加，光在组织中的强散射性导致成像空间分辨率迅速下降，因此很难应用于深层次组织的医学成像研究和疾病的早期诊断。

基于光声效应的光声成像(Photoacoustic Imaging)技术是近年来出现的一种新型无损的生物医学影像技术，通过对采集到的光声信号进行图像重建而得到组织的内部信息。该技术结合了光学成像和超声成像的优点。

在光声成像技术中，当短脉冲电磁波照射到组织中，生物组织被电磁波照射从而吸收热量瞬间产生微小的温升，导致热膨胀效应激发出属于超声波范围的光声信号。被激发的光声信号携带着被照射组织电磁波吸收特性的信息并通过组织向外传播。通过采集组织周围的光声信号，应用相应的图像重建算法可以重建出组织内部电磁波吸收分布的图像。而对于非电磁波吸收区域则没有组织的伸缩效应，不产生光声信号，这样就可以避免激发光的弥散对成像分辨率的影响。

一方面，现有的光声成像的信号采集与处理装置大多采用与CPU相结合的方式，设计成一体化光声成像系统，虽然集成度高，但是可操作性不强，针对具体算法改进和数据处理只能依靠操作系统进行，并且操作系统开发方面功能较弱，技术方案的实现过程受限。另一方面，根据现有用于光声成像的信号采集与处理装置所生成的数字信号进行光声成像，受成像部位影响较大，难以获得质量可靠的光声图像。

因此，需要提供一种用于光声成像的信号采集与处理装置和方法，以至少部分地解决现有技术中存在的上述问题。

发明内容

为了至少部分地解决现有技术中存在的问题，根据本发明的一个方面，提供一种用于光声成像的信号采集与处理装置，包括：

超声探测器，用于接收来自目标组织不同深度的位置处的光声信号，并将所述光声信号转化为电信号；

补偿电路，用于根据模拟控制信号对所述电信号进行可变增益补偿；

模数(A/D)转换模块，用于对经补偿的电信号进行模数转换，以生成数字信号；

现场可编程门阵列(FPGA)，用于接收所述数字信号，对所述数字信号进行格式转换并发送给上位机用于重建光声图像；并且用于接收补偿电压信息并根据所述补偿电压信息生成数字控制信号，其中所述补偿电压信息包括关于针对所述目标组织不同深度的位置处的补偿电压数值的信息；

数模(D/A)转换电路，用于将所述数字控制信号进行数模转换，以生成所述模拟控制信号。

示意性地，所述补偿电路包括级联的第一可变增益补偿子电路和第二可变增益补偿子电路，其中，所述第一可变增益补偿子电路用于对所述电信号进行固定增益放大，所述模拟控制信号仅输入所述第二可变增益补偿子电路，所述第二可变增益补偿子电路用于根据模拟控制信号对所述电信号进行可变增益补偿。

示意性地，所述FPGA包括时钟管理模块，用于为所述装置提供系统时钟；

所述模数转换模块包括时钟自倍频芯片，用于将来自所述时钟管理模块的系统时钟进行倍频，并将经倍频的时钟发送给所述FPGA，以作为控制所述FPGA接收所述数字信号的时钟。

示意性地，所述装置还包括：连接所述超声探测器的放大电路，用于对所述电信号进行放大。

示意性地，所述放大电路包括两个级联的低噪放大芯片。

示意性地，所述装置还包括连接在所述补偿电路和所述模数转换模块之间的滤波电路，用于对所述电信号进行低通滤波。

示意性地，所述补偿电路、所述放大电路和所述滤波电路集成在同一电路板上。

示意性地，所述FPGA包括带通滤波器，用于对所述数字信号进行带通滤波。

示意性地，所述FPGA还包括随机存取存储器，连接在所述模数转换模块和所述带通滤波器之间，用于缓存所述数字信号。