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光声成像采集系统设计与实现

郑磊  
【摘要】: 光声成像技术是近年来发展起来的一种无损医学成像方法,结合了光学成像的高对比度特性和超声成像的高穿透特性,在研究生物组织的结构形态、代谢功能、生理特征等方面具有明显优势,在生物医学领域具有广阔的应用前景,已逐渐成为国际生物医学影像领域的研究热点。 本文首先介绍了光声成像原理和常见的光声成像系统,分析目前光声成像系统存在的不足。目前的成像系统由于需要机械运动,具有稳定性和可靠性差,采集时间长,不能进行实时成像等问题。本系统则采用宽带线阵超声探头来检测光声信号,不需移动探测器或者样品便可以采集到一幅图像所需的全部数据,增加了系统的稳定性和可靠性。 光声信号采集是光声成像设备中的关键技术之一。针对大量采集数据的传输问题,本文设计了FPGA+SRAM+USB+PC的数据采集和传输方案,其中FPGA作为主控制器,读取A/D的采样数据并存储在SRAM当中,然后经过USB传输到PC。为了保证数据传输速度,系统中两片SRAM构成乒乓缓存机制。为了保证数据传输的准确性,USB工作在自动同步数据传输的Slave FIFO模式。在采集系统中完成了FPGA对Slave FIFO和乒乓缓存的控制时序设计、USB芯片的固件程序编写等工作,实现了PC与USB的数据传输和图像显示功能。 图像重建是光声成像的另一个关键技术,高效的重建算法能提高成像分辨率和速度。常用的滤波反投影重建算法由于存在伪影现象,影响了成像分辨率;另一种反卷积重建算法则消除了伪影现象,提高了重建速度,但抑制噪声的能力不强。本文完成了基于小波变换的反卷积重建算法的仿真,该算法既保持了成像速度,又提高了抗噪声的能力,提高了成像分辨率。


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