實驗名稱：前置微小信號放大器在光聲技術(shù)的血管識別研究中的應(yīng)用

研究方向：生物識別技術(shù)

測試目的：

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

測試設(shè)備：ATA-5620微弱信號放大器、固體激光器、超聲換能器、機械位移平臺、示波器、濾波器、微弱信號放大器和計算機、數(shù)據(jù)采集卡

實驗過程：

通過測試設(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、脈沖頻率和脈沖持續(xù)時間分別為532nm、20Hz和7ns，激光的輸出功率是由計算機控制的。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)包括一個焦距為30mm的光纖準(zhǔn)直器和一個焦距為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械位移平臺上進行掃描。信號由中心頻率為2.5MHz的非聚焦超聲接收器獲取。使用微弱信號放大器ATA-5620對聲信號進行增益，信號可被放大~60dB。使用多功能數(shù)據(jù)采集卡對模擬型號進行轉(zhuǎn)換并采集，而后由個人計算機進行數(shù)字化處理。樣品平臺由位移平臺和超聲換能器組成。

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)

實驗的時候先準(zhǔn)備40個假血管作為樣品，對血管樣品進行光聲檢測，從光聲信號的幅值、速度和信號的最大值到達時間的差值進行防偽，區(qū)分出偽造的血管。而后對符合光聲特征的樣品（即判定為真血管的樣品）進行光聲成像，并建立圖庫。接著對經(jīng)過圖像預(yù)處理的光聲血管進行細化、特征匹配。最后將特征向量集作為數(shù)據(jù)集輸入SVM進行分類識別。

實驗結(jié)果：

圖：真假血管圖像的光聲信號

1、振幅

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

2、深度

檢測目標(biāo)的深度：深度=最大到達時間×超聲速度之間的差。在實驗過程中，激光源、樣品和超聲換能器的相對位置不變。

圖：使用折射率板后脈管系統(tǒng)的光聲信號

通過折射率板改變了激光束的最終能量之后，真實血管信號發(fā)生改變。真實和虛假血管信號的峰峰值分別為182.9mV和188mV。假血管圖像和真實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。假血管信號的最大到達時間為7.042μs。

3、光聲血管識別

圖：真實的血管圖像

圖（a–f）分別顯示了真實的血管圖像，歸一化（按大小和灰度）、二值化、平滑、細化和毛刺修剪的血管圖像。提取每個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，其余圖片用作測試集，血管識別的結(jié)果示于表3。其使用SVM的方法，識別率達到97.5％。因此，本系統(tǒng)的實際識別率為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別率提高2.63％（（97、5%-95%）/95%），血管識別系統(tǒng)的識別率大大提高。

安泰ATA-5620功率放大器的指標(biāo)參數(shù)：

圖：前置信號放大器ATA-5620參數(shù)

本文實驗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、功率信號源、前置微小信號放大器、高精度電壓源、高精度電流源等電子測量儀器研發(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，樣機都支持免費試用。如想了解更多實驗方案，請持續(xù)關(guān)注安泰電子官網(wǎng)。

審核編輯：湯梓紅