光声成像采集系统设计与实现

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1、硕士学位论文光声成像采集系统设计与实现DESIGNANDIMPLEMENTATIONOFPHOTOACOUSTICIMAGINGACQUISITIONSYSTEM郑磊哈尔滨工业大学2010年6月国内图书分类号：TP274+.2学校代码：10213国际图书分类号：656密级：公开硕士学位论文光声成像采集系统设计与实现硕士研究生：郑磊导师：马立勇副教授申请学位：工学硕士学科、专业：控制科学与工程所在单位：信息科学与工程学院答辩日期：2010年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex

2、：TP274+.2SchoolNum.：10213U.D.C：656Security：OpenDissertationfortheMasterDegreeDESIGNANDIMPLEMENTATIONOFPHOTOACOUSTICIMAGINGACQUISITIONSYSTEMCandidate:ZhengLeiSupervisor:AssociateProfessorMaLiyongAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:Cont

3、rolScienceandEngineeringAffiliation:SchoolofInformationScienceandEngineeringDateofDefence:June,2010Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文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

4、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

5、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SlaveFIFO模式。在采集系统中完成了FPGA对SlaveFIFO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

6、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。关键词光声成像；数据采集；图像重建-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractPhotoacousticimagingdevelopedinrecentyearsisanoveltechniqueofnoninvasivemedicalimaging;itgetsthebenefi

7、tsfromcombiningthehighcontrastofopticalimagingwiththegreatresolutionofultrasoundimaging.Andithastheoutstandingadvantagesinresearchingstructureofbiologicaltissues,metabolismfunctionandphysiologicalcharacteristicsandhasthepotentialbiomedicalapplication.W

8、ithgreatinterestinthepotentialapplications,ithasgraduallybecomethehotresearchtopticinthefieldofmedicalimaging.Thisdissertationfirstintroducestheprincipleofphotoacousticimagingandfrequently-usedphotoacousticimagingsystemsandthedisadvanta