彩色多普勒血流成像中流速估计模块设计与实现

发布时间：2017-08-31 17:29

  本文关键词：彩色多普勒血流成像中流速估计模块设计与实现

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【摘要】：彩色多普勒血流成像(CFI)能够在较大范围内实时显示人体内血流速度大小、方向和分布等血流动力学参数,兼有人体组织信息,并具有无损伤、无痛苦、电离辐射小和实时性好等优点,备受临床心血管疾病检测的青睐。本文主要工作是在现场可编程门阵列(FPGA)硬件平台和Quartus II软件环境下,使用Verilog HDL完成全数字化CFI系统中流速估计模块的设计与实现,在此过程中充分利用了信号回写、串并结合、流水线等思想完成信号解调、杂波抑制和自相关运算等功能。其次,针对系统中不足之处并结合本系统的硬件特性及算法可实现性,首先依据回波信号的能量特性对其进行动态区域划分和局部平滑,然后根据时域特性并结合非平稳杂波抑制法和多项式回归法进行非平稳杂波抑制,提出了基于动态区域划分的杂波抑制改进方案。通过Modelsim SE对流速估计模块进行仿真,仿真结果验证了其逻辑的正确性、合理性及可靠性。通过搭建简易模拟血液流动装置对整个系统进行模拟测试,获得的消耗资源列表说明本系统模块集成化高、资源消耗较少,具有一定的可扩展性;而PC机显示的未进行彩色编码的图像效果比较清晰,表明该系统基本实现了血流速度检测功能。另外,利用Field II工具包对新算法进行仿真,仿真结果表明:该算法滤波后的杂波血流比约为6.120d B,能较好地抑制非平稳杂波信号,估计出的血流速度剖面完整,成像质量较高;该算法的运行时间约为0.3414s,执行速度为非平稳杂波抑制法的3倍,具有较高的实时性。
【关键词】：CFI 多普勒 血流成像 FPGA 杂波抑制
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R445.1;TP391.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-13
• 1.1 引言8-9
• 1.2 课题背景及研究意义9
• 1.3 国内外的研究现状及发展趋势9-11
• 1.4 课题研究内容11-12
• 1.5 论文内容安排12-13
• 2 彩色多普勒血流成像原理及相关技术13-32
• 2.1 彩色多普勒血流检测的物理学基础13-17
• 2.1.1 超声波在人体中的传播特性及相关概念13-15
• 2.1.2 多普勒效应15-17
• 2.2 超声多普勒成像技术17-22
• 2.2.1 超声多普勒成像技术的分类和比较17-19
• 2.2.2 彩色多普勒血流成像技术模型及原理19-22
• 2.3 彩色多普勒血流成像系统回波信号处理方案的研究22-31
• 2.3.1 多普勒回波信号的解调方法研究22-24
• 2.3.2 杂波信号的抑制方法研究24-28
• 2.3.3 自相关算法研究28-31
• 2.4 本章小结31-32
• 3 彩色多普勒血流成像系统总体概述32-41
• 3.1 系统整体设计32-34
• 3.2 系统硬件框架34-39
• 3.2.1 发射电路35-37
• 3.2.2 接收电路与前端模拟信号处理电路37-39
• 3.2.3 FPGA核心控制系统硬件方案39
• 3.3 系统开发工具39-40
• 3.4 本章小结40-41
• 4 流速估计模块的FPGA设计及实现41-64
• 4.1 FFPGA设计流程及原则41-44
• 4.2 基于FPGA的流速估计模块的实现44-57
• 4.2.1 系统整体控制模块44-45
• 4.2.2 信号解调模块45-51
• 4.2.3 杂波抑制模块51-56
• 4.2.4 自相关器模块56-57
• 4.3 FPGA仿真测试和模拟实验57-63
• 4.3.1 系统参数57-58
• 4.3.2 模块仿真测试58-60
• 4.3.3 模拟血液实验60-63
• 4.4 本章小结63-64
• 5 基于动态区域划分的杂波抑制改进算法64-80
• 5.1 多普勒回波信号模型64-65
• 5.2 传统杂波抑制方法65-66
• 5.3 算法整体策略与原理66-71
• 5.3.1 动态区域划分和局部平滑66-68
• 5.3.2 杂波瞬时频率估计68-69
• 5.3.3 局部非平稳杂波抑制69-70
• 5.3.4 改进方法的实现流程70-71
• 5.4 算法仿真评估71-79
• 5.4.1 Field II工具包简介72-73
• 5.4.2 仿真模型及参数设置73-75
• 5.4.3 仿真结果与分析75-79
• 5.5 本章小结79-80
• 总结与展望80-82
• 致谢82-84
• 参考文献84-88
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果88

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 马月红;马彦恒;王雪飞;;基于MATLAB的FIR数字滤波器设计与仿真[J];电子测量技术;2010年11期

2 胡争;尚为进;李彬;;彩超系统中壁滤波器设计和性能比较[J];现代生物医学进展;2009年15期

3 冯乃章;张建秋;沈毅;;超声彩色血流成像系统中一种新的MTI解决方案[J];生物医学工程学杂志;2006年02期

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本文编号：766928