實(shí)驗(yàn)名稱：前置微小信號(hào)放大器在光聲技術(shù)的血管識(shí)別研究中的應(yīng)用

　　研究方向：生物識(shí)別技術(shù)

　　測(cè)試目的：

　　利用MATLAB對(duì)光聲血管進(jìn)行識(shí)別：1,、對(duì)光聲血管圖庫的圖像進(jìn)行預(yù)處理包括歸一化,、二值化,、平滑,、細(xì)化和毛刺修剪得到細(xì)化圖像,；2,、利用七個(gè)不變矩提取細(xì)化血管圖像的特征值建立數(shù)據(jù)集,；3、利用SVM對(duì)血管圖片進(jìn)行識(shí)別,，證實(shí)基于光聲的血管圖像識(shí)別的可行性,。

　　測(cè)試設(shè)備：ATA-5620微弱信號(hào)放大器、固體激光器,、超聲換能器,、機(jī)械位移平臺(tái)、示波器,、濾波器,、微弱信號(hào)放大器和計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡

　　實(shí)驗(yàn)過程：

　　通過測(cè)試設(shè)備搭建固體激光器的OR-PAM系統(tǒng),，采用光學(xué)參量振蕩器(OPO)(OPOletteTM532,OpotekLLC)作為光源：波長(zhǎng),、脈沖頻率和脈沖持續(xù)時(shí)間分別為532nm、20Hz和7ns,，激光的輸出功率是由計(jì)算機(jī)控制的,。OPO激光器輸出光束經(jīng)空間衰減和整形后，由定制的光纖耦合器耦合在光纖上。光纖的輸出組件連接到光學(xué)透鏡筒,。光學(xué)透鏡筒內(nèi)包括一個(gè)焦距為30mm的光纖準(zhǔn)直器和一個(gè)焦距為5mm的聚焦透鏡。光斑直徑約為20um,，適用于較大直徑的主血管成像,，而較小直徑的旁側(cè)血管在后續(xù)圖像預(yù)處理中被過濾除。隨后,，光學(xué)透鏡通過固定裝置安裝在三維機(jī)械位移平臺(tái)上進(jìn)行掃描,。信號(hào)由中心頻率為2.5MHz的非聚焦超聲接收器獲取。使用微弱信號(hào)放大器ATA-5620對(duì)聲信號(hào)進(jìn)行增益,，信號(hào)可被放大~60dB,。使用多功能數(shù)據(jù)采集卡對(duì)模擬型號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換并采集，而后由個(gè)人計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字化處理,。樣品平臺(tái)由位移平臺(tái)和超聲換能器組成,。

圖：（a）光聲血管采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意,；(b)光聲成像系統(tǒng)

　　實(shí)驗(yàn)的時(shí)候先準(zhǔn)備40個(gè)假血管作為樣品,，對(duì)血管樣品進(jìn)行光聲檢測(cè)，從光聲信號(hào)的幅值,、速度和信號(hào)的最大值到達(dá)時(shí)間的差值進(jìn)行防偽,，區(qū)分出偽造的血管。而后對(duì)符合光聲特征的樣品（即判定為真血管的樣品）進(jìn)行光聲成像,，并建立圖庫,。接著對(duì)經(jīng)過圖像預(yù)處理的光聲血管進(jìn)行細(xì)化、特征匹配,。最后將特征向量集作為數(shù)據(jù)集輸入SVM進(jìn)行分類識(shí)別,。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

　　圖：真假血管圖像的光聲信號(hào)

　　1、振幅

　　將光聲信號(hào)作為檢測(cè)參數(shù)的峰峰值進(jìn)行比較,，圖上顯示出在相同能量下的假血管和真實(shí)脈管系統(tǒng)的光聲信號(hào),，其中假血管幅度遠(yuǎn)小于真實(shí)血管。

　　2,、深度

　　檢測(cè)目標(biāo)的深度：深度=最大到達(dá)時(shí)間×超聲速度之間的差,。在實(shí)驗(yàn)過程中，激光源,、樣品和超聲換能器的相對(duì)位置不變,。

　　圖：使用折射率板后脈管系統(tǒng)的光聲信號(hào)

　　通過折射率板改變了激光束的最終能量之后，真實(shí)血管信號(hào)發(fā)生改變,。真實(shí)和虛假血管信號(hào)的峰峰值分別為182.9mV和188mV,。假血管圖像和真實(shí)血管圖像的峰峰值之間的誤差僅為（188-182.9）/182.9≈2.79％，從物理角度上看可以忽略不計(jì)。假血管信號(hào)的最大到達(dá)時(shí)間為7.042µs,。

　　3,、光聲血管識(shí)別

　　圖：真實(shí)的血管圖像

　　圖（a–f）分別顯示了真實(shí)的血管圖像，歸一化（按大小和灰度）,、二值化,、平滑、細(xì)化和毛刺修剪的血管圖像,。提取每個(gè)血管圖像的特征形成數(shù)據(jù)集,。

　　該數(shù)據(jù)集包含10只大鼠的160張血管圖像，其中80張圖片用作訓(xùn)練集,，其余圖片用作測(cè)試集,，血管識(shí)別的結(jié)果示于表3。其使用SVM的方法,，識(shí)別率達(dá)到97.5％,。因此，本系統(tǒng)的實(shí)際識(shí)別率為97.5％,。與直接使用SVM獲得的結(jié)果相比,，它可以將真假血管的識(shí)別率提高2.63％（（97、5%-95%）/95%）,，血管識(shí)別系統(tǒng)的識(shí)別率大大提高,。

　　安泰ATA-5620功率放大器的指標(biāo)參數(shù)：

　　圖：前置信號(hào)放大器ATA-5620參數(shù)

　　本文實(shí)驗(yàn)素材由西安安泰電子整理發(fā)布，西安安泰電子是專業(yè)從事功率放大器,、高壓放大器,、功率信號(hào)源、前置微小信號(hào)放大器,、高精度電壓源,、高精度電流源等電子測(cè)量?jī)x器研發(fā)生產(chǎn)及銷售的高科技企業(yè)。Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線,，且具有相當(dāng)規(guī)模的儀器設(shè)備供應(yīng)商,，樣機(jī)都支持免費(fèi)試用。