一种光声超声复用的采集系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种光声超声复用的采集系统及方法，包括与超声换能器连接的光声接收模块，所述光声接收模块的输入和输出端口并联有超声收发模块，所述光声接收模块的输出端口连接有通道复用模块，所述通道复用模块的输出端口连接有信号采集模块，所述信号采集模块连接有触发模块，并联的所述光声接收模块与所述超声收发模块在同一时刻仅一个模块处于工作状态，本发明专利技术采用了光声接收模块与超声收发模块并联的技术方法，在不同工作模式下使能对应模块，以实现资源的充分调配；本发明专利技术中所述光声接收模块针对光声信号微弱的特征进行了前置低噪放大处理，提高了采集信噪比，从而改善了光声成像时的图像质量。光声成像时的图像质量。光声成像时的图像质量。

【技术实现步骤摘要】
一种光声超声复用的采集系统及方法


[0001]本专利技术涉及光声成像与超声成像
，特别涉及一种光声超声复用的采集系统及方法。

技术介绍

[0002]光声成像设备与超声成像设备都需要采集超声换能器的信号，以获取数据进行处理分析从而实现成像的目的。因为两种成像设备可共用超声换能器采集信号，且能反映待测物不同的物理参数，所以双模态成像应运而生，其中光声超声复用的采集系统实际就是沿用原超声信号采集技术。在上述技术的实现过程中，发现采用现有技术进行光声信号采集时信噪比低，导致图形重建对比度低，成像效果较差；工作在光声成像模式时，处于信号链中的超声脉冲发生器实为冗余模块，这不仅消耗着器件的使用寿命，同时也造成了一定程度的资源浪费；采集方式单一，即无论换能器的中心频率如何，都使用相同采样率进行采样，导致采集通道数量拓展成本高，应用场景受限。
[0003]综上，需要根据上述问题针对性提出一种光声超声复用的采集系统，以提升双模态成像设备的成像效果。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种光声超声复用的采集系统及方法，以解决现有光声超声复用的采集系统中存在的采集信噪比低、资源浪费、应用场景单一的技术问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术公开了一种光声超声复用的采集系统，包括与超声换能器连接的光声接收模块，所述光声接收模块的输入和输出端口并联有超声收发模块，所述光声接收模块的输出端口连接有通道复用模块，所述通道复用模块的输出端口连接有信号采集模块，所述信号采集模块连接有控制其采集周期间隔的触发模块，所述光声接收模块与所述超声收发模块在同一时刻仅一个模块处于工作状态，所述光声接收模块包括带使能控制的固定增益低噪声放大器，所述低噪声放大器的输出端与所述通道复用模块连接，所述通道复用模块包括数据选择器和电阻，所述数据选择器有两个信号输入端口，所述电阻连接在两端口间，所述数据选择器的输出端口与信号采集模块连接。
[0006]作为优选的，所述超声收发模块包括超声脉冲发生器，所述超声脉冲发生器将所述信号采集模块输送来的脉冲信号进行同步放大，产生高压脉冲信号，并输出至超声换能器，所述超声换能器接收高压脉冲信号后通过所述超声脉冲发生器输出回波信号至所述通道复用模块。
[0007]作为优选的，所述信号采集模块包括模拟前端处理器和FPGA控制器，所述模拟前端处理器接收所述数据选择器输出的信号，所述FPGA控制器输出的通道选择信号控制所述数据选择器的数据选择动作。
[0008]作为优选的，所述FPGA控制器在所述触发模块的控制下，同步控制所述模拟前端
处理器进行信号采集，所述模拟前端处理器处理并采集所述通道复用模块输出的信号，将采集得到的数字信号通过高速低电压差分信号接口传递给所述FPGA控制器，所述FPGA控制器通过串口外设接口与所述模拟前端处理器通信，所述模拟前端处理器的采集参数可通过所述串口外设接口由所述FPGA控制器进行灵活配置。
[0009]作为优选的，所述触发模块包括数字隔离器和驱动器，所述数字隔离器对触发信号进行电平转换的同时实现信号隔离，所述驱动器为单通道栅极驱动器，用于提高内部触发信号的驱动能力。
[0010]作为优选的，所述电阻具体为0欧姆电阻，所述通道复用模块的两种工作状态对应两种采集模式，当所述0欧姆电阻处于断开状态时，所述通道复用模块为双通道交错复用模式；当所述0欧姆电阻处于连接状态时，所述通道复用模块为单通道倍速采样模式。
[0011]作为优选的，所述触发模块包括两种触发模式，一是外部触发模式：所述信号采集模块由外部输入的触发信号控制采集周期间隔；二是内部触发模式：所述信号采集模块由所述FPGA控制器输出的触发信号控制采集周期间隔。
[0012]本专利技术还公开了一种光声超声复用的采集方法，包括如下步骤：S1：根据具体应用的成像场景，选择采集模式，通过是否接入数据选择器输入端之间的0欧姆电阻，实现单通道倍速采样模式、双通道交错复用模式的切换；S2：根据激励源选择对应的接收模式：通过FPGA控制器分别控制光声接收模块、超声收发模块的使能分别实现光声接收模式和超声接收模式；S3:根据同步方式，触发模块选用外部触发模式或内部触发模式，基于光声、超声信号激发的重复频率，控制采集的周期间隔； S4：组合使用采集模式、接收模式和触发模式，信号采集模块对经过通道复用模块后的信号进行处理、量化操作。
[0013]作为优选的，所述步骤S1中：针对采集通道数小于10、采样率大于20MSPS的场景，选择单通道倍速采样模式；针对采集通道数大于100、采样率小于20MSPS的场景，选择双通道交错复用模式。
[0014]作为优选的，所述步骤S3中，所述触发模块的触发模式包括外部触发模式和内部触发模式，外部触发模式：所述信号采集模块由外部输入的触发信号控制采集周期间隔；内部触发模式：所述信号采集模块由FPGA控制器输出的触发信号控制采集周期间隔。
[0015]本专利技术的有益效果：本专利技术采用了光声接收模块与超声收发模块并联的技术方法，在不同工作模式下使能对应模块，以实现资源的充分调配；本专利技术中所述光声接收模块针对光声信号微弱的特征进行了前置低噪放大处理，提高了采集信噪比，从而改善了光声成像时的图像质量；本专利技术中所述通道复用模块，在数据选择器的两个输入端之间连接一个电阻，实现了两种采样场景的选配，丰富了所述采集系统的多样性。
附图说明
[0016]图1为本专利技术实施例中的一种光声超声复用的采集系统的系统框图；图2为单通道倍速采样场景时，进行超声信号采集的系统框图；图3为单通道倍速采样场景时，进行光声信号采集的系统框图；图4为单通道倍速采样场景时，单通道信号的采集时序解析图；
图5为双通道交错复用场景时，进行超声信号采集的系统框图；图6为双通道交错复用场景时，进行光声信号采集的系统框图；图7为双通道交错复用场景时，双通道信号的采集时序解析图；图8为本专利技术实施例中的系统工作流程图。
[0017]附图标记说明：U1
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LNA（Low Noise Amplifier）低噪声放大器；U2
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MUX（Multiplexer）数据选择器；U3
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AFE（Analog Front End）模拟前端处理器；U4
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Pulser超声脉冲发生器；U5
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FPGA（Field Programmable Gate Array）现场可编程逻辑门阵列；U6
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Isolation数字隔离器；U7
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Driver驱动器；UST
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Ultrasonic Transducer超声换能器；SPI
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Serial Peripheral Interface串口外设接口；LVDS
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Low
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光声超声复用的采集系统，其特征在于：包括与超声换能器连接的光声接收模块，所述光声接收模块的输入和输出端口并联有超声收发模块，所述光声接收模块的输出端口连接有通道复用模块，所述通道复用模块的输出端口连接有信号采集模块，所述信号采集模块连接有控制其采集周期间隔的触发模块，所述光声接收模块与所述超声收发模块在同一时刻仅一个模块处于工作状态，所述光声接收模块包括带使能控制的固定增益低噪声放大器，所述低噪声放大器的输出端与所述通道复用模块连接，所述通道复用模块包括数据选择器和电阻，所述数据选择器有两个信号输入端口，所述电阻连接在两端口间，所述数据选择器的输出端口与信号采集模块连接。2.如权利要求1所述的一种光声超声复用的采集系统，其特征在于：所述超声收发模块包括超声脉冲发生器，所述超声脉冲发生器将所述信号采集模块输送来的脉冲信号进行同步放大，产生高压脉冲信号，并输出至超声换能器，所述超声换能器接收高压脉冲信号后通过所述超声脉冲发生器输出回波信号至所述通道复用模块。3.如权利要求1所述的一种光声超声复用的采集系统，其特征在于：所述信号采集模块包括模拟前端处理器和FPGA控制器，所述模拟前端处理器接收所述数据选择器输出的信号，所述FPGA控制器输出的通道选择信号控制所述数据选择器的数据选择动作。4.如权利要求3所述的一种光声超声复用的采集系统，其特征在于：所述FPGA控制器在所述触发模块的控制下，同步控制所述模拟前端处理器进行信号采集，所述模拟前端处理器处理并采集所述通道复用模块输出的信号，将采集得到的数字信号通过高速低电压差分信号接口传递给所述FPGA控制器，所述FPGA控制器通过串口外设接口与所述模拟前端处理器通信，所述模拟前端处理器的采集参数可通过所述串口外设接口由所述FPGA控制器进行灵活配置。5.如权利要求1所述的一种光声超声复用的采集系统，其特征在于：所述触发模块包括数字隔离器和驱动器，所述数字隔离器对触发信号进行电平转换的同时实现信号隔离，所述驱动...

【专利技术属性】
技术研发人员：王钰琪，施钧辉，任丹阳，陈睿黾，李驰野，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：