全数字B超诊断仪波束合成技术的研究

发布时间：2017-06-17 02:03

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【摘要】：医学超声成像技术和X射线成像技术、磁共振成像技术以及核医学成像技术一起被公认为现今四大医学影像技术,成为现今医学影像技术不可或缺的角色。与其他影像技术相比,超声成像技术由于操作简单、安全、迅速、无痛苦和无计量积累误差等优点受到各界广泛的关注与应用。波束合成技术一直是超声成像系统研究的重点和热点,直接影响到最后超声成像的质量。为此,研究新型的、高效的、波束合成技术,对提高国内医学超声诊断设备的总体质量具有十分重要意义。延迟叠加波束合成方法是应用最为广泛的波束合成方法。但是由于存在波束扫描死区和逐点聚集所需存储容量过大等问题限制了超声成像质量的进一步提高,为此本课题做了以下方面的研究:(1)研究了分段发射与逐点聚集相结合的技术,实现了在发射部分采用融合动态孔径分段发射,接收部分采用逐点聚集,提高横向分辨率。(2)研究了一种融合动态孔径技术的线性扫描方式,通过多次交互式扫描,使得扫描线空间位移量最少,尽可能覆盖扫描区域,消除扫描死区。(3)提出了相邻位移聚集延时参数存储方法,通过研究相对声差,求出相邻位置的聚焦延时数据,通过对相邻聚集延时参数的分解压缩,并在聚集的合成过程中,生成聚焦延时参数,运用此算法降低存储容量的同时,降低了硬件资源。(4)设计了高速LVDS串行接口,通过外部时钟芯片保证多通道的AD转换电路的同步采样。(5)设计了基于FPGA的硬件系统,完成了超声波波束的前端系统设计,实现超声波束的发射与接收,为后续数据处理做好准备。(6)搭建了基于FPGA的超声硬件平台,完成数据采集,通过matlab数据分析,对比的图像成像效果,图像效果质量明显提高。
【关键词】：数字B超 动态孔径发射聚焦 逐点动态聚焦 压缩存储
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R445.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-13
• 1.1 引言9-10
• 1.2 研究历史与现状10-12
• 1.2.1 超声成像发展历史10-11
• 1.2.2 数字波束合成技术研究历史与现状11-12
• 1.3 本文研究的主要内容12-13
• 2 B超波束合成原理及关键技术13-27
• 2.1 超声波特性13-14
• 2.1.1 超声波的反射13-14
• 2.1.2 超声波产生与接收14
• 2.2 延时叠加原理14-17
• 2.3 波束合成技术17-24
• 2.3.1 聚焦技术17-19
• 2.3.2 声场分布计算19-20
• 2.3.3 凸探头声束仿真20-22
• 2.3.4 动态孔径技术22-24
• 2.4 超声图像质量评价标准24-25
• 2.4.1 纵向分辨率24
• 2.4.2 横向分辨率24-25
• 2.5 超声图像仿真25-26
• 2.6 本章小结26-27
• 3 超声硬件系统设计与实现27-39
• 3.1 基于FPGA的总体系统框架设计27-28
• 3.2 超声收发电路28-37
• 3.2.1 高压脉冲发射电路28-29
• 3.2.2 高压模拟开关电路29-32
• 3.2.3 收发隔离选通电路32-33
• 3.2.4 高速AD转换部分33-35
• 3.2.5 高速LVDS串行接口35-37
• 3.3 本章小结37-39
• 4 波束合成器的FPGA实现39-55
• 4.1 基于FPAG的波束合成设计系统39-40
• 4.2 发射聚焦、动态孔径的实现40-45
• 4.2.1 发射脉冲宽度和发射脉冲周期分析41
• 4.2.2 片内PLL生成系统时钟41-42
• 4.2.3 上下互锁模块实现42
• 4.2.4 聚焦控制和动态孔径42-43
• 4.2.5 扫查方式控制43-44
• 4.2.6 阵元片选软件的实现44-45
• 4.3 接收聚集子系统45-54
• 4.3.1 逐点聚焦延时参数的计算45-47
• 4.3.2 聚焦延时参数量化存储47-48
• 4.3.3 相邻位移聚集延时参数生成48-51
• 4.3.4 基于FPGA相邻位移聚焦延时参数压缩算法的实现51-53
• 4.3.5 改进压缩存储算法的结果讨论53-54
• 4.4 本章小结54-55
• 5 实验平台的搭建与结果验证55-61
• 5.1 电路测试及结果验证55-57
• 5.1.1 发射电路测试55-56
• 5.1.2 隔离电路测试56-57
• 5.2 搭建实验测试平台57-59
• 5.2.1 探头型号选择57
• 5.2.2 电路板展示57-58
• 5.2.3 采集数据分析58-59
• 5.3 本章小结59-61
• 6 总结与展望61-63
• 6.1 总结61-62
• 6.2 展望62-63
• 致谢63-65
• 参考文献65-67
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果67

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