[发明专利]一种光声信号处理装置及处理方法

说明书

本申请公开了一种光声信号处理装置及处理方法，该装置包括：可编程逻辑器件、中央处理器以及图形处理器，中央处理器连接所述可编程逻辑器件，图形处理器连接所述中央处理器。其中可编程逻辑器件用于采集光声信号，对采集的多个所述光声信号依次进行预处理，以得到多个预处理数据；其中，所述预处理数据包括所述光声信号中用于成像显示的关键数据；中央处理器用于获取所述多个预处理数据，对所述多个预处理数据进行存储；图形处理器用于获取所述中央处理器发送的所述多个预处理数据，对所述多个预处理数据进行并行处理，以得到对应的多个图像数据。通过上述方式，本申请能够快速高效地进行光声显微成像数据处理，实现实时成像。

技术领域

本申请涉及光声信号处理领域，特别是涉及一种光声信号处理装置及处理方法。

背景技术

光声成像(Photoacoustic Imaging,PAI)是近年来发展较快的一种生物医学影像技术。其原理主要基于光声效应(Photoacoustic Effect)，即物质吸收经调制的光或者脉冲光后，部分光能转化为热能，由于热弹性效应，物质膨胀，使吸收体介质周期性的胀缩从而产生超声波。其中光声成像技术的研究可以分为以下三个方向：光声显微成像(Photoacoustic Microscopy,PAM)、光声计算层析成像(Photoacoustic ComputedTomography,PACT)、光声内窥成像(Photoacoustic Endoscopy,PAE)。

光声显微成像技术具有分辨率高、无需造影剂、无辐射危害、非侵入成像等优点，可实现从细胞器到组织器官的多尺度成像，已经被广泛用于血管生物学、肿瘤学、皮肤学、神经学等生物医学研究领域。然而，在光声显微成像中因为数据量大、计算流程复杂、成像速率需求高而对成像系统的计算效率提出了挑战，使得传统的基于CPU的数据处理方案无法满足应用需求。

在光声显微成像系统的信号采集端，需要采集和传输大量的原始数据。在光声显微成像中，为了保证捕获到光声信号，每个探测点的信号采集深度通常设置为256点及以上；为了保证高的成像分辨率，每个探测点之间的距离间隔为微米级别；为了实现血氧饱和度、血液流速等功能成像需求，在成像区域需要对相同探测点进行多次光声信号激发；为了实现小鼠大脑全皮层成像等需求，需要实现大面积成像扫描。以上多个需求导致光声显微成像的采样数据量大，使得数据从采集卡传输到电脑主机非常耗时，同时对数据的计算造成了巨大的压力。

在光声显微成像系统的数据计算和显示端，需要实现多种算法处理。当主机获得原始数据之后，需要进行去直流分量、希尔伯特变换、最大值提取等信号预处理，然后进行血氧饱和度计算、血液流速计算等多种功能信息定量计算，最后进行平滑滤波、对比度增强等图像处理算法并显示成像结果。在生物医学成像研究中，经常需要探测血管收缩、神经活动等快速的生理现象，因此需要成像系统具有较高的时间分辨率。以上多个计算流程对主机的数据处理增加了压力，难以实现实时成像功能。

发明内容

本申请主要提供一种光声信号处理装置及处理方法，能够解决现有技术中光声显微扫描成像的效率低、无法实时成像的问题。

为解决上述技术问题，本申请第一方面提供了一种光声信号处理装置，所述光声信号处理装置包括：可编程逻辑器件、中央处理器以及图形处理器，其中，可编程逻辑器件用于采集光声信号，对采集的多个所述光声信号依次进行预处理，以得到多个预处理数据；其中，所述预处理数据包括所述光声信号中用于成像显示的关键数据；中央处理器连接所述可编程逻辑器件，用于获取所述多个预处理数据，对所述多个预处理数据进行存储。图形处理器连接所述中央处理器，用于获取所述中央处理器发送的所述多个预处理数据，对所述多个预处理数据进行并行处理，以得到对应的多个图像数据。

其中，所述可编程逻辑器件包括：第一缓存单元，用于采集并存储所述光声信号的所有采样点；预处理单元，连接所述第一缓存单元，用于接收所述第一缓存单元发送的所述光声信号的所有采样点，并对所述光声信号的所有采样点进行预处理，获得预处理数据；第二缓存单元，连接所述预处理单元，用于接收并存储所述预处理数据。