基于FPGA的手持式B类超声诊断仪研究

发布时间：2020-06-13 23:59

【摘要】：与MRI、X-CT、核医学成像相比,超声诊断具有无创无损、无电离辐射、成本低、易使用等优点,并广泛应用于血管、眼部、心脏等器官。随着计算机技术、微电子技术,尤其是高性能FPGA等技术的飞速发展,手持式B类超声诊断仪已经实现并逐渐向微型化、低功耗、高分辨力、多元化等方向发展。但是,由于受便携性(尺寸)限制,手持式B类超声诊断仪还面临着分辨率和功耗等技术问题。针对分辨率和功耗之间的矛盾,本文主要展开了以下3方面工作:(1)展开了传统波束合成器和自适应波束合成器的研究,针对基于最小方差自适应波束合成器计算复杂和传统波束合成器成像分辨率的不足,提出了时空平滑相干因子自适应波束合成算法(St S-SCFA),在Field II仿真平台上进行了靶点和囊肿的仿真。(2)为了降低系统功耗,从降低RAM容量及访问RAM次数角度考虑,在动态聚焦方面提出了聚焦延时参数压缩技术(FDPC)。通过动态接收孔径聚焦技术(DRAF)提高中、远场回波信号的信噪比。(3)在回波信号处理中,针对高采样精度与高精度聚焦的要求,研究了基于级联积分梳状插值滤波器的内插变频技术;为了提高对数压缩计算速度,提出了并行查找表对数压缩方法。利用Questa Sim软件对各算法进行了仿真,并在基于FPGA的手持式B类超声诊断仪硬件平台上进行了算法实现及实际成像实验。并将成像结果与现有产品进行了对比。仿真和实验表明,St S-SCFA算法能够抑制旁瓣,提高成像分辨率,降低系统功耗;DRAF保证了中、远场信号的成像质量。FDPC算法降低了系统功耗,增加了手持式B类超声诊断仪的续航能力。 【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH77

【图文】：

指向性,阵元间距,同频,归一化

阵元宽度（Ke）会影响形成声束的主瓣宽度、旁瓣的幅度及成像质量；中心频率（centerfrequency,fc）则决定了探头的工作频率。常引入超声换能器参数对指向性的影响来衡量超声探头性能。探头阵元指向性 P ( )为[35] 1000= exp *cos2MicP j k i dfkc (2-4)其中，θ 为波束角度，k0为波数，j 为虚数单位，M 增大易于增强激励波束的幅度，声束性能好；d 与声束宽度成反比，d 增大（d ）易出现栅瓣和旁瓣，主瓣变窄；Ke的增大有利于主瓣能量，，但同时会出现较大旁瓣[35]。将本文使用的探头（fc=6.62MHz,d=0.5mm，阵元总数 80）与 d=0.05mm 同频探头的归一化幅值的指向性（极坐标下）进行了对比，如图 2.1 所示，表明本文使用的探头性能较差；阵元间距 d 一定时，M 增大能够减小主瓣的宽度，降低旁瓣、栅瓣等级。由于阵元间距小的高频超能换能器的加工难度大、制作成本高，所以本设计选取了 d=0.5mm 的超声换能器[2]。

实物,超声诊断仪,时间增益补偿,最小系统

B 类超声诊断仪研究第二章 B 类 B 类超声诊断仪硬件平台件平台包含电源模块（含锂电池）、超声波发射与接时间增益补偿模块、FPGA 最小系统、医用 7.5MHz图、硬件组成如图 2.3、2.4 所示。

【参考文献】