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前置微小信号放大器在光声技术的血管识别研究中的应用

作者:Aigtek 阅读数:0 发布时间:2024-03-29 09:47:17

  实验名称:前置微小信号放大器在光声技术的血管识别研究中的应用

  研究方向:生物识别技术

  测试目的:

  利用MATLAB对光声血管进行识别:1、对光声血管图库的图像进行预处理包括归一化、二值化、平滑、细化和毛刺修剪得到细化图像;2、利用七个不变矩提取细化血管图像的特征值建立数据集;3、利用SVM对血管图片进行识别,证实基于光声的血管图像识别的可行性。

  测试设备:ATA-5620前置微小信号放大器、固体激光器、超声换能器、机械位移平台、示波器、滤波器、微弱信号放大器和计算机、数据采集卡

  实验过程:

  通过测试设备搭建固体激光器的OR-PAM系统,采用光学参量振荡器(OPO)(OPOletteTM532,OpotekLLC)作为光源:波长、脉冲频率和脉冲持续时间分别为532nm、20Hz和7ns,激光的输出功率是由计算机控制的。OPO激光器输出光束经空间衰减和整形后,由定制的光纤耦合器耦合在光纤上。光纤的输出组件连接到光学透镜筒。光学透镜筒内包括一个焦距为30mm的光纤准直器和一个焦距为5mm的聚焦透镜。光斑直径约为20um,适用于较大直径的主血管成像,而较小直径的旁侧血管在后续图像预处理中被过滤。随后,光学透镜通过固定装置安装在三维机械位移平台上进行扫描。信号由中心频率为2.5MHz的非聚焦超声接收器获取。使用前置微小信号放大器ATA-5620对声信号进行增益,信号可被放大~60dB。使用多功能数据采集卡对模拟信号进行转换并采集,而后由个人计算机进行数字化处理。样品平台由位移平台和超声换能器组成。

(a)光声血管采集系统结构示意;(b)光声成像系统

  图a)光声血管采集系统结构示意;(b)光声成像系统

  实验的时候先准备40个假血管作为样品,对血管样品进行光声检测,从光声信号的幅值、速度和信号的最大值到达时间的差值进行防伪,区分出伪造的血管。而后对符合光声特征的样品(即判定为真血管的样品)进行光声成像,并建立图库。接着对经过图像预处理的光声血管进行细化、特征匹配。最后将特征向量集作为数据集输入SVM进行分类识别。

实验结果:

真假血管图像的光声信号

图:真假血管图像的光声信号

  1、振幅

  将光声信号作为检测参数的峰峰值进行比较,图上显示出在相同能量下的假血管和真实脉管系统的光声信号,其中假血管幅度远小于真实血管。

  2、深度

检测目标的深度:深度=最大到达时间×超声速度之间的差。在实验过程中,激光源、样品和超声换能器的相对位置不变。

使用折射率板后脉管系统的光声信号

图:使用折射率板后脉管系统的光声信号

  通过折射率板改变了激光束的最终能量之后,真实血管信号发生改变。真实和虚假血管信号的峰峰值分别为182.9mV和188mV。假血管图像和真实血管图像的峰峰值之间的误差仅为(188-182.9)/182.9≈2.79%,从物理角度上看可以忽略不计。假血管信号的最大到达时间为7.042µs。

3、光声血管识别

图:真实的血管图像

图:真实的血管图像

  图(a–f)分别显示了真实的血管图像,归一化(按大小和灰度)、二值化、平滑、细化和毛刺修剪的血管图像。提取每个血管图像的特征形成数据集。

  该数据集包含10只大鼠的160张血管图像,其中80张图片用作训练集,其余图片用作测试集,血管识别的结果示于表3。其使用SVM的方法,识别率达到97.5%。因此,本系统的实际识别率为97.5%。与直接使用SVM获得的结果相比,它可以将真假血管的识别率提高2.63%((97、5%-95%)/95%),血管识别系统的识别率大大提高。

安泰ATA-5620功率放大器的指标参数:

前置信号放大器ATA-5620参数

图:前置信号放大器ATA-5620参数

  本文实验素材由西安安泰电子整理发布,西安安泰电子是专业从事功率放大器、高压放大器功率信号源前置微小信号放大器高精度电压源高精度电流源等电子测量仪器研发、生产和销售的高科技企业。Aigtek已经成为在业界拥有广泛产品线,且具有相当规模的仪器设备供应商,样机都支持免费试用。如想了解更多实验方案,请持续关注安泰电子官网www.aigtek.com或拨打029-88865020。


  本文实验案例参考自知网论文《基于光声技术的血管识别防伪研究》


原文链接:https://www.aigtek.com/news/472.html