医用超声内窥镜探头设计及实时图像数字扫描变换的研究

发布时间：2017-03-29 06:17

  本文关键词：医用超声内窥镜探头设计及实时图像数字扫描变换的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在对消化道病变的诊断当中，单纯根据粘膜表面的形态变化来推断病变情况的方法，存在一定的主观性和局限性。内窥镜超声成像系统可以通过超声扫描，获得较为清晰、准确的消化道器官的断层图像，为医生的对症施治提供了客观的依据。相对于其他成像方式，超声成像具有无创伤、无电离辐射、重复性好等优点。内窥镜超声成像系统的研制工作主要包括探头设计、图像采集和图像处理三个部分的内容。受内窥镜活检通道尺寸的限制，探头的设计面临诸多难题，其中包括微型驱动源和微型高频超声换能器设计。在B型超声机械扇形扫描成像当中，原始图像信号是以极坐标的形式输出的，对图像进行实时坐标变换和漏点插补是图像预处理所要解决的主要问题。 通过采用先进的微型超声马达和马达前置的设计方案，本文设计了无电磁干扰、长寿命、匀速、大转矩的驱动源。在换能器设计当中采用复合材料和球面单源的结构形式，为宽带、高灵敏度内窥镜超声探头的研制奠定了良好的基础。 本文采用数字坐标旋转(CORDIC)算法将极坐标图像转化为直角坐标图像，并采用三次样条插值的方法对漏点进行弥补。在算法实现过程当中，充分利用FPGA的空间计算能力，设计了流水线式并行处理结构，获得了很高的处理速度。本文搭建了以复杂可编程逻辑器件(CPLD)为核心的硬件系统建构，并在该系统当中利用Verilog HDL实现了上述图像处理任务。仿真实验证实，该方法能在保证图像质量的基础上满足实时性的要求。 本系统采用512×512大小、帧频15Hz的超声图像，图像从输入到输出的时间延时是一帧时间，相当于67ms，因此，，观察超声图像时，人眼基本感觉不到延时的存在，达到了实时性的设计要求。系统的误差来源和图像处理精度的分析结果证明，图像处理精度较高，失真较小。最后，总结了系统的特点，提出了改进的措施和方法。
【关键词】：医用内窥镜超声成像 换能器 数字扫描变换 CORDIC 三次样条插值
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TH77
【目录】：

• 摘 要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪 论7-16
• 1.1 内窥镜超声成像概述7-12
• 1.1.1 内窥镜发展简介7-8
• 1.1.2 超声内窥镜的成像原理与构成8-9
• 1.1.3 超声内窥镜在临床应用上的优点9-10
• 1.1.4 超声内窥镜的分类和发展概况10-12
• 1.2 研制内窥镜超声成像系统的目的及意义12-15
• 1.2.1 超声探头设计的关键技术及目标13-14
• 1.2.2 实时数字扫描变换的目的及意义14
• 1.2.3 国内外研究动态14-15
• 1.3 论文的主要工作15-16
• 第二章 内窥镜超声成像的原理与方法16-27
• 2.1 超声成像声学、电学原理16-24
• 2.1.1 超声成像的物理基础16-22
• 2.1.2 换能器电气模型22
• 2.1.3 B型超声成像原理22-23
• 2.1.4 内窥镜超声成像系统结构23-24
• 2.2 图像数字扫描变换的一般原理24-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第三章 超声探头设计27-37
• 3.1 超声探头总体方案27-29
• 3.2 超声换能器设计29-36
• 3.2.1 高频超声换能器等效模型分析29-31
• 3.2.2 换能器材料的选择31
• 3.2.3 换能器的结构形式31-34
• 3.2.4 医用内窥镜超声成像性能参数34-36
• 3.3 本章小结36-37
• 第四章 数字扫描变换实时算法实现与仿真37-60
• 4.1 实时图像处理系统37-40
• 4.2 数字扫描变换器系统结构40-42
• 4.3 实时数字坐标旋转算法实现42-45
• 4.3.1 实时数字坐标旋转算法设计42-44
• 4.3.2 Verilog HDL语言和Quartus II 编译仿真工具44-45
• 4.4 图像漏点插值45-48
• 4.5 基于MATLAB环境的图像处理仿真48-54
• 4.5.1 MATLAB简介48-49
• 4.5.2 仿真结果及比较分析49-52
• 4.5.3 硬件实时处理算法的软件仿真52-53
• 4.5.4 基于Quartus II的硬件算法实时性仿真53-54
• 4.6 误差来源与精度分析54-59
• 4.6.1 坐标变换精度验证55-56
• 4.6.2 漏点插值精度验证与误差分析56-59
• 4.7 本章小结59-60
• 第五章 结论与展望60-62
• 参考文献62-64
• 攻读硕士学位期间发表及录用的学术论文64-65
• 致 谢65

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 杨磊;郁道银;陈晓冬;肖哲;;医用超声内窥镜高速成像系统的USB2.0接口设计[J];传感技术学报;2006年03期

2 谭震威;郑旭生;罗继裕;;医学超声图像数字变换方法的硬件实现[J];科技风;2011年05期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 徐玲芳;1-3型PZT5/epoxy resin压电复合材料的制备、结构与性能研究[D];武汉理工大学;2006年

2 李明;内窥超声合成孔径成像技术的研究[D];天津大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 张香林;超声成像中编码激励方法的研究[D];吉林大学;2011年

2 耿洁;医用超声内窥镜微型超声探头的设计研究[D];陕西师范大学;2011年

3 鲍静;医学超声成像系统的编码激励技术研究[D];天津大学;2007年

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本文编号：273865