一种光声成像系统中集成数据采集装置

技术领域

本发明涉及光声成像技术领域，具体涉及一种光声成像系统中集成数据采集装置。

背景技术

光声成像技术是一种基于光声效应的非侵入性生物医学成像技术，它结合了光学成像的高对比度和超声成像的高穿透性的优点，已经在临床和预临床研究中(如癌症探测、血管病变以及皮肤疾病等)得到了广泛的应用，是一种非常有前景的新型生物医学成像技术。

在光声成像过程中，一束脉冲激光照射到生物组织上，组织中的某些部分(如血红蛋白、脂质、黑色素及分子探针等)会吸收激光光子，产生热效应，从而导致局部的微小热膨胀。这种快速的热膨胀继而产生光声波，并在生物组织中传播，最后被组织样品表面的超声换能阵元或换能器阵列接收。接收到的光声波经过由前置放大电路和数据采集卡(dataacquisition,DAQ)组成的数据采集模块后，将光声数据传送给计算机，并最终重构出光声图像。

现有的光声成像系统中，前置放大电路和数据采集卡通常是两个独立的组件，两者之间由导线连接。这种设计不仅占用了大量的体积，增加了系统安装和维护过程中的复杂程度；光声信号经过导线及连接头在两个组件间传输时也可能引入额外的噪声，降低光声成像系统的整体性能。此外，在进行高精度光声成像时，往往需要大量的超声换能阵元，并需要多个前置放大电路和数据采集卡与之匹配，这将使得上述存在的问题进一步突出。

因此，有必要研究一种能够克服上述问题的光声数据采集方案。

发明内容

基于上述表述，本发明提供了一种光声成像系统中集成数据采集装置，以解决传统数据采集装置引入噪声大、安装复杂的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种光声成像系统中集成数据采集装置，包括光声信号感应模块和信号处理模块，所述光声信号感应模块的输出端连接信号处理模块的输入端；所述信号处理模块包括电磁屏蔽壳体以及设置在电磁屏蔽壳体内部的前置放大电路板和数据采集卡，所述前置放大电路板的输入端连接光声信号感应模块的输出端，前置放大电路板的输出端连接数据采集卡的输入端；

所述光声信号感应模块，用于感应被测区域的光声信号；

所述前置放大电路板，用于将感应的光声信号进行放大；

所述数据采集卡，用于将光声信号进行模数转换。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步的，所述电磁屏蔽壳体上设有进风口与出风口，所述进风口和出风口分布设置于电磁屏蔽壳体的一组对角上，所述进风口或出风口设置有散热风扇；所述电磁屏蔽壳体内设有冷却风道，所述进风口与出风口之间的冷却风道围绕所述前置放大电路板和数据采集卡。

进一步的，所述前置放大电路板和/或数据采集卡上设有散热鳍片，所述散热鳍片相邻于前置放大电路板和/或数据采集卡上发热量较大的元件设置。

进一步的，所述电磁屏蔽壳体的外表面设有散热栅。

进一步的，所述光声信号感应模块包括环形外壳和超声换能单元，所述环形外壳内设有环形腔体，所述环形腔体的内径处设有朝向圆心的检测口；所述超声换能单元设置在环形腔体内，超声换能单元通过信号线连接所述前置放大电路板的输入端。

进一步的，所述超声换能单元包括多个超声换能阵元，多个超声换能阵元在所述环形腔体内呈圆周阵列排布，所述超声换能阵元通过信号线对应连接所述前置放大电路板的输入端。

与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下有益技术效果：

本发明提供的光声成像系统中集成数据采集装置，将前置放大电路和数据采集卡集成到一个二合一集成数据采集装置的设计，简化了系统的整体设计，节省了物理空间的同时，也提高了系统的整体性能。此外，针对此数据采集装置设计的金属电磁屏蔽外壳，可以同时提供电磁屏蔽及辅助散热的功能，有效提升了数据采集模块的工作稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的光声成像系统中集成数据采集装置结构示意图；

图2为本发明实施例提供的光声成像系统中集成数据采集装置原理框图；

图3为本发明实施例提供的信号处理模块结构透视图；

图4为本发明实施例提供的信号处理模块内部冷却风道示意图；

图5为本发明实施例提供的光声信号感应模块截面结构图；

图6为本发明实施例提供的超声换能阵元排布示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、光声信号感应模块，101、环形外壳，101a、检测口，102、超声换能单元，102a、超声换能阵元，2、信号处理模块，201、电磁屏蔽壳体，201a、进风口，201b、出风口，202、前置放大电路板，203、数据采集卡，204、散热风扇，205、散热鳍片，206、散热栅，3、信号线，A、冷却风道。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，空间关系术语例如“在……下”、“在……下面”、“下面的”、“在……之下”、“在……之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在……下面”和“在……下”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90度或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

如图1为本发明实施例提供的光声成像系统中集成数据采集装置结构示意图，图2为本发明实施例提供的光声成像系统中集成数据采集装置原理框图。结合图1和图2所示，本发明实施例提供一种光声成像系统中集成数据采集装置，包括光声信号感应模块1和信号处理模块2，所述光声信号感应模块1的输出端通过端口引出的信号线3连接信号处理模块2的输入端；所述信号处理模块2包括电磁屏蔽壳体201以及设置在电磁屏蔽壳体201内部的前置放大电路板202和数据采集卡203，所述前置放大电路板202的输入端通过接口引出的信号线3连接光声信号感应模块1的输出端，前置放大电路板202的输出端连接数据采集卡203的输入端；在电磁屏蔽外壳内，前置放大电路板202与数据采集卡203可设置在同一PCB上，也可分设为两块相邻的PCB、通过pin脚或信号传输线连接；

所述光声信号感应模块1，用于感应被测区域的光声信号；

所述前置放大电路板202，用于将感应的光声信号进行放大；

所述数据采集卡203，用于将放大后的光声信号进行模数转换，然后传输给后续模块以进行图像重构。

如图2所示，数据采集卡203还与光声系统的激光模块连接，用于接收激光模块的触发信号，使得激光发射与光声信号检测同步进行；数据采集卡203还与光声系统的处理终端(图2所示PC)通信连接，用于接收系统的数据采集触发信号以及发出采集的光声数字信号，以供处理终端对检测数据进行分析处理，得到光声成像结果。

可理解的是，本实施例提供的光声成像系统中集成数据采集装置，将前置放大电路和数据采集卡203集成到一个二合一集成数据采集装置的设计，简化了系统的整体设计，节省了物理空间的同时，也提高了系统的整体性能。此外，针对此数据采集装置设计的金属电磁屏蔽外壳，提供电磁屏蔽功能，保护内部集成电路的重要元件免受电磁干扰，减小系统噪声，还可以同时提供辅助散热的功能，有效提升了数据采集模块的工作稳定性。

在其中一个可能的实施方式中，如图3的信号处理模块2透视图所示，所述电磁屏蔽壳体201上设有进风口201a与出风口201b，所述进风口201a和出风口201b分布设置于电磁屏蔽壳体201的一组对角上，所述进风口201a或出风口201b设置有散热风扇204；所述电磁屏蔽壳体201内设有冷却风道A，所述进风口201a与出风口201b之间的冷却风道A围绕所述前置放大电路板202和数据采集卡203。

可以理解的是，散热风扇204为冷却风提供动力，通过将进风口201a和出风口201b设置在电磁屏蔽壳体201的一组对角上，使得冷却风在电磁屏蔽壳体201内的风程更长，实现对电磁屏蔽壳体201内更大区域的冷却。由于信号处理模块2的主要发热区域集中在前置放大电路板202和数据采集卡203，如图4所示为冷却风道A示意图，设置围绕前置放大电路板202和数据采集卡203的冷却风道A，可达到更佳的散热效果。

在其中一个可能的实施方式中，如图3所示，所述前置放大电路板202和/或数据采集卡203上设有散热鳍片205，所述散热鳍片205相邻于前置放大电路板202和/或数据采集卡203上发热量较大的元件设置。

可以理解的是，前置放大电路板202和数据采集卡203上发热明显的元件上通过附加额外的散热鳍片205，结合流动的冷却风，可以提升散热效果，使该数据采集装置可以工作在一个安全的温度下，提高光声成像系统的稳定性。

在其中一个可能的实施方式中，如图1所示，所述电磁屏蔽壳体201的外表面设有散热栅206。电磁屏蔽壳体201外侧的散热栅206一是可以增大装置的散热面积、提升装置散热效果，还可以提升装置壳体的机械强度。

在其中一个可能的实施方式中，所述光声信号感应模块1包括环形外壳101和超声换能单元102，所述环形外壳101内设有环形腔体，如图5的截面图所示，所述环形腔体的内径处设有朝向圆心的检测口101a，以对应圆心附近的被测区域；所述超声换能单元102设置在环形腔体内，超声换能单元102通过信号线3连接所述前置放大电路板202的输入端。

可以理解的是，被测区域位于环形外壳101的圆心附近，超声换能单元102通过朝向被测区域的检测口101a接收光声信号。环形外壳101的结构设计可以屏蔽被测区域以外区域的干扰信号，提升检测精度。环形外壳101的材质可选用具有较佳电磁屏蔽效果的金属材料或者复合材料。

在其中一个可能的实施方式中，如图6所示，所述超声换能单元102包括多个超声换能阵元102a，多个超声换能阵元102a在所述环形腔体内呈圆周阵列排布，所述超声换能阵元102a通过信号线3对应连接所述前置放大电路板202的输入端。

可以理解的是，多个超声换能阵元102a在被测区域的周向呈阵列式排布，可以检测到被测区域更多角度、更精准的光声信号，以提升检测精度。

本发明提供的一种光声成像系统中集成数据采集装置，，相比于现有技术，主要具有以下优点：

1.简化光声成像系统的设计和安装：由前置放大电路和数据采集卡203组成的集成PCB板简化了设计流程，不再需要为两个单独的组件分别设计和调试接口。同时，集成的装置也减少了安装的复杂性和时间。

2.节省空间：将前置放大电路和数据采集卡203集成到一起可以显著减少所需的物理空间，这在空间有限或需要小型化设备的光声成像应用中非常重要。

3.提高性能：将前置放大电路和数据采集卡203集成到一起可以缩短光声信号的传输路径，从而减少噪声和干扰，提高信号质量和光声成像系统的总体性能。此外，专门设计的金属屏蔽外壳也可以保护集成数据采集模块免受电磁干扰，减小系统噪声，提高光声信号的质量。

4.降低成本：将前置放大电路和数据采集卡203集成在一起，可以省去额外的接口和连接线，降低整体成本。同时，这也会降低系统的复杂性，可能导致更低的维护和维修成本。

5.提高一致性：当前置放大电路和数据采集卡203在同一组件中进行时，该组件的一致性和重复性可能会得到提高。这是因为两个过程的工作条件(例如温度、电源电压等)可以被更准确地匹配和控制。

6.提高系统的稳定性：由金属屏蔽外壳和风扇组成的冷却风道A可以有效地将集成数据采集系统工作时产生的热量及时地散发出去，使系统工作在一个安全合适的温度下，提高系统的稳定性，并延长元器件的使用寿命。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。