基于FPGA的医学超声数据采集处理分析系统

发布时间：2022-10-20 09:37

　　超声医学成像具有安全、迅速、功能丰富等特点,是目前应用最为广泛的医学成像技术之一,超声医学成像系统的研究对于医学成像领域的发展具有重要意义。现阶段超声诊断设备都往着实时性更好、图像质量更高的方向发展,其关键在于基于FPGA超声前端的系统设计,它的性能直接影响着整个系统的成像效率和成像质量。但超声系统仍然存在着许多问题,主要包括波束合成控制复杂、成像帧率低以及成像效果不佳等。针对这些问题,本文主要从以下三个方面开展了研究:（1）在波束合成环节,针对传统波束合成动态聚焦控制复杂、参数存储资源占用过多等问题,提出了DDR参数优化控制方案。通过上位机和DDR的搭配,简化了参数计算和控制的流程,并保证了FPGA内部RAM资源的充足,提高了系统稳定性。（2）在信号处理环节,为了降低图像数据量使上位机在图像处理运算更快、成像效率更高,对回波数据进行了对数压缩,并设计了分数被抽取滤波器来降低FPGA上传的数据量。（3）为了提高系统图像帧率,在回波接收阶段采用了多波束技术,使图像帧率大幅增加。同时采用线复合和弱聚焦成像技术解决了在多波束接收中出现的图像失真问题,提高了图像质量。通过对比各模块的仿真结果和... 

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 超声成像系统的发展趋势
    1.3 本文研究的主要内容
第2章 超声成像基本原理及关键技术
    2.1 超声成像原理及系统结构
    2.2 波束合成基本原理
    2.3 超声波束的时空控制
        2.3.1 聚焦
        2.3.2 动态变迹
    2.4 聚焦延时参数计算
        2.4.1 坐标系的建立
        2.4.2 发射聚焦延时计算
        2.4.3 接收聚焦延时计算
    2.5 超声成像质量评价标准
        2.5.1 轴向分辨率
        2.5.2 横向分辨率
        2.5.3 时间分辨率
        2.5.4 动态范围
    2.6 成像仿真分析
        2.6.1 发射接收聚焦仿真
        2.6.2 幅度变迹仿真
    2.7 小结
第3章 数字波束合成器的实现与优化
    3.1 FPGA技术
    3.2 波束合成设计方案
        3.2.1 波束合成总体结构
        3.2.2 波束合成总体方案
    3.3 扫描方式控制
    3.4 发射聚焦控制
        3.4.1 发射控制器设计
        3.4.2 发射延时仿真
    3.5 接收聚焦
        3.5.1 动态聚焦的优化设计
        3.5.2 动态变迹
    3.6 小结
第4章 数字信号处理及数据存储
    4.1 动态滤波器
    4.2 分数倍抽取滤波器
        4.2.1 改进型分数倍抽取滤波器
    4.3 包络检波
    4.4 动态范围调整
    4.5 基于DDR3 SDRAM的数据存储
        4.5.1 关键信号说明
        4.5.2 DDR3 SDRAM的控制器状态机
        4.5.3 关键寄存器配置
        4.5.4 DDR3 SDRAM控制器设计
        4.5.5 基于DDR3 SDRAM的数据存储状态机设计
        4.5.6 仿真与验证
    4.6 小结
第5章 多波束及弱聚焦的图像优化
    5.1 多波束算法的实现
        5.1.1 多波束技术背景
        5.1.2 设计原理
        5.1.3 设计实现
    5.2 线复合技术
    5.3 弱聚焦算法的实现
    5.4 结果对比分析
        5.4.1 线复合的优化验证
        5.4.2 弱聚焦的优化验证
    5.5 小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
作者攻读学位期间的科研成果
致谢



本文编号：3694230