便携式功率M模式经颅多普勒超声测量系统的设计

发布时间：2020-06-08 00:24

【摘要】：脑血管疾病以其高死亡率和高致残率严重威胁着人类生命健康,加之近年来病发率不断攀升并伴有年轻化趋势,脑血管疾病的早期预警与诊断成为学术界亟待解决的课题之一。经颅多普勒超声测量设备以其无辐射、无创伤、费用低且实时性良好等特点,在颅内血流动力学研究和临床检测中都得到了广泛的应用。但目前使用的传统型经颅多普勒超声测量设备存在着对超声窗和大脑血管定位困难以及难以捕捉微栓子运动轨迹等缺点。为了克服以上弊端,本文设计了一种便携式功率M模式经颅多普勒超声测量系统,它通过功率M模式成像技术(PMD)监测超声波束发射方向上全部检测深度的血流状态分布信息,能够轻松定位超声窗和血管;该系统采用双通道高速AD采样和双FIFO乒乓工作模式来确保良好的实时性和数据的连续性,并以模拟与数字相结合的方式降低了对高速采样频率的需求,减小了数据后处理运算量;此外还简化了信号复杂度,提高了系统运行效率和集成度。系统的硬件模拟电路部分实现了超声波发射与接收、回波降噪与放大、信号解调与相位调整等功能;数字电路部分以FPGA为核心进行状态机设计,产生系统各个功能模块的工作时钟和控制时序。本文以高速USB作为硬件电路和上位机之间数据和信息交互的桥梁,USB设计包括以CYPRESS微处理芯片为基础的固件程序开发和上位机应用开发,两方相互配合,将采样数据以块传输模式上行发送至上位机,而参数消息和控制命令通过控制传输方式下行发送至FPGA控制中心。软件部分采用多线程工作机制来提高系统工作效率,对采样数据进行滤波降噪处理并生成PMD图谱;采用短时傅里叶变换、对数处理和伪彩色变换计算选通深度采样信号的功率谱并生成声谱图,为临床医生提供更为详细准确的血流形态学和动力学参考依据。本系统通过硬件电路设计、USB固件驱动开发以及PC数据后处理等模块共同实现,小型便携、实时性良好,并配备有多种工作模式探头,能够满足不同的检测需求,对脑血管疾病的预防与诊断有重要作用。
【图文】：

图 1-1 常用便携式和工作站式 TCD 测量仪为一种无创无辐射的新兴技术在临床检测中备受青睐，当前 TCD 要应用领域有以下几个方面[7,14,15]：动脉血流速度度是经颅多普勒检测中最具有代表性意义的参数，不同时期的血流病理信息，其中最为常用的速度值为平均血流速度和收缩期峰值速因素有很多，例如性别、年龄、心输出量、二氧化碳分压以及红细，因此血流速度的个体差异性较大。但这种差异对于相同个体的左床中如果大脑中动脉（MCA）和大脑前动脉（ACA）左右两侧的上，则认为发生异常。该指标常用于：动脉狭窄诊断：TCD 的一个最主要的临床应用就是对动脉血管狭窄化、颅内动脉炎等原因都会造成血管管径减小，由流体力学可知，，位血流速度增加，因此在临床中，血流速度增加是判断血管发生狭

第一章 绪论无需依靠传统的音频输出通道辨别血流声音和观察血流速度频谱图，即可观察信号的运动情况。图 1-2 为运用了 PMD 成像技术的 TCD 检测示意图，其中图 A-E 分别为后交通com）、右侧椎动脉（RVA）、基底动脉（BA）、左侧大脑后动脉（LPCA）和左（LVA）的综合图谱显示，每一幅单独的小窗中，上半部分显示区域为 PMD图，下半部分显示区域为光标所选中深度的声谱图[8,16]。在 PMD 血流分布图和红色分别表示血液背离探头运动和血流朝向探头运动，亮度则表示了血流速。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH77

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本文编号：2702227