用于生物组织检测的光声信号调理电路设计与分析

发布时间：2017-09-21 03:24

  本文关键词：用于生物组织检测的光声信号调理电路设计与分析

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【摘要】：生物组织的时域超声和光声成像在探测方式上有着共性,超声成像探测反射回波,光声成像探测激光致热声波,它们均通过检测脉冲超声信号来反演组织特性。本文根据生物医学中光声信号频谱范围、强度和传输衰减的特点,设计并实现了可用于脉冲超声信号前端采集的调理电路,并投入对模拟组织样品进行光声扫描诊断等实际应用,同时对实验采集数据的噪声进行了分析。具体地讲该工作主要包含以下内容：一、根据医用超声和生物医学光声信号的特点,以及针对宽带光声小信号检测的不同效益需求,以分立元件、分立元件与集成运放结合、专用集成芯片三类可变增益放大电路为核心,通过理论分析及仿真分别给出了满足0-80dB增益可调、30MHz带宽@80dB、输入噪声密度5nV/(?)设计要求的三类超声检测放大和滤波电路设计方案,并对其优缺点和适用范围进行了讨论。该方案为光声前端设计的成本、灵活度、方便性的选择提供了参考。二、在上述方案仿真的基础上,以时域光声信号为关注点,先是以频带范围50kHz-50MHz,增益调节范围0-100dB,等效输入噪声密度1nV/(?),信噪改善比：40dB(80dB增益下),增益控制响应时间最快200ns为设计指标,设计了一套基于差分放大器AD8334的宽带大范围可调增益的光声信号调理电路,再从原理上得出增益线性补偿的理论根据,通过FPGA和数字电位器AD5207进行线性dB动态增益控制来实现时间增益补偿(time gain compensation,TGC),以校正由于光与超声随传播深度改变的衰减而导致畸变的光声信号。三、为了验证电路的功能和性能,用埋有铅笔芯的琼脂模拟样品设计了验证实验,对电路的增益、输出信噪比和信噪改善比、动态增益控制进行了验证。.同时,对验证实验采集的数据进行噪声分析,‘确定了三类主要噪声源,并提出了改进的措施,最后通过小波分析对比多尺度小波变换和小波软阈值去噪两种小波滤波方法,采用了后者作为应用实验的图像重建滤波方式。四、最后在实验室现有光声成像系统的基础上应用所述电路对两种模拟样品进行了扫描和图像重构。第一个样品为埋有三根间隔约3mm铅笔芯(吸收体)的饼状琼脂和脂肪乳混合物,通过三维重构清晰地分辨出三根铅笔芯的位置；第二个样品模拟含有异物的丽列脲组织,便用弥散光纤照射,进仃二维扫描,能清晰地分辨出前后放置的铅笔芯(异物)位置以及光纤的前后边界。
【关键词】：生物组织 光声信号检测 调理电路 时间增益补偿 AD8334 噪声
【学位授予单位】：福建师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN911.7
【目录】：

• 摘要2-4
• Abstract4-6
• 中文文摘6-10
• 绪论10-18
• 第一节 研究意义10-11
• 第二节 国内外研究现状11-15
• 第三节 现有的工作基础和本文的主要工作15-18
• 第一章 光声检测调理电路的设计与仿真18-34
• 第一节 三类宽带高增益超声检测调理电路设计与比较18-24
• 1.1 系统构成与设计指标18
• 1.2 电路设计及仿真结果18-24
• 第二节 用于光声信号检测的调理电路设计24-33
• 2.1 系统构成及设计指标24-25
• 2.2 电路设计25-33
• 第三节 本章小结33-34
• 第二章 光声检测电路噪声分析34-44
• 第一节 实验条件34-35
• 第二节 噪声分析35-39
• 2.1 本底噪声35-37
• 2.2 窄带噪声37-39
• 2.3 高频干扰39
• 第三节 改进措施39-42
• 第四节 本章小结42-44
• 第三章 电路调试与实验验证44-54
• 第一节 电路的功能与性能验证44-47
• 1.1 放大特性验证44-46
• 1.2 动态增益验证46-47
• 第二节 模拟样品实验47-51
• 2.1 实验装置47-48
• 2.2 样品扫描与图像重构48-51
• 第三节 电路和实验设计中需要注意的问题51-52
• 第四节 本章小结52-54
• 第四章 总结与展望54-56
• 参考文献56-60
• 致谢60-62
• 个人简历62-65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 陶超;刘晓峻;;生物医学光声成像的研究进展[J];应用声学;2012年06期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 安然;基于AD9273的医用全数字B超成像系统前端电路设计与研究[D];华中科技大学;2011年

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本文编号：892102