基于FPGA的B型超声成像系统的设计与实现

发布时间：2017-09-02 02:42

  本文关键词：基于FPGA的B型超声成像系统的设计与实现

  更多相关文章： 便携式B型超声诊断仪 成像系统 DSTI-ULA FPGA EP2C5Q208C8

【摘要】： 便携式B型超声诊断仪具有无创伤、简便易行、相对价廉等优势,在临床中越来越得到广泛的应用。它将超声波技术、微电子技术、计算机技术、机械设计与制造及生物医学工程等技术融合在一起。开展该课题的研究对提高临床诊断能力和促进我国医疗事业的发展具有重要的意义。 便携式B型超声诊断仪由人机交互系统、探头、成像系统、显示系统构成。其基本工作过程是:首先人机交互系统接收到用户通过键盘或鼠标发出的命令,然后成像系统根据命令控制探头发射超声波,并对回波信号处理、合成图像,最后通过显示系统完成图像的显示。 成像系统作为便携式B型超声诊断仪的核心对图像质量有决定性影响,但以前研制的便携式B型超声诊断仪的成像系统在三个方面存在不足:第一、采用的是单片机控制步进电机,控制精度不高,导致成像系统采样不精确;第二、采用的数字扫描变换算法太粗糙,影响超声图像的分辨率;第三、它的CPU多采用的是51系列单片机,测量速度太慢,同时也不便于系统升级和扩展。 针对以上不足,提出了基于FPGA的B型超声成像系统解决方案,采用Altera公司的EP2C5Q208C8芯片实现了步进电机步距角的细分,使电机旋转更匀速,提高了采样精度;提出并采用DSTI-ULA算法(Uniform Ladder Algorithm based on Double Sample and TrilinearInterpotation)在FPGA内实现数字扫描变换,提高了图像分辨率;人机交互系统采用S3C2410-AL作为CPU,改善了测量速度和系统的扩展性。 通过对系统硬件电路的设计、制作,软件的编写、调试,结果表明,本文所设计的便携式B型超声成像系统图像分辨率高、测量速度快、体积小、操作方便。本文所设计的便携式B型超声诊断仪可在野外作业和抢险(诸如地震、抗洪)中发挥作用,同时也可在乡村诊所中完成对相关疾病的诊断工作。
【关键词】：便携式B型超声诊断仪 成像系统 DSTI-ULA FPGA EP2C5Q208C8
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH772
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 项目研究的背景及目的意义11-12
• 1.2 医用超声诊断仪在国外的发展现状12-14
• 1.2.1 全数字化超声波诊断技术12
• 1.2.2 成像技术丰富化12-13
• 1.2.3 小型化13-14
• 1.3 医用超声诊断仪在国内的发展现状14
• 1.4 课题来源14-15
• 1.5 本文的研究方向及内容15-16
• 1.6 本文的主要创新之处16
• 1.7 小结16-17
• 第二章 超声成像原理及系统的总体设计17-24
• 2.1 引言17
• 2.2 超声波的产生原理及相关物理量17-18
• 2.2.1 超声波产生的原理17-18
• 2.2.2 超声波的物理量18
• 2.3 超声设备的诊断成像原理18-19
• 2.4 B型超声诊断仪的性能指标19-21
• 2.4.1 纵向分辩力19-20
• 2.4.2 横向分辩力20
• 2.4.3 对比分辩力20
• 2.4.4 信号动态范围20
• 2.4.5 工作频率和带宽20-21
• 2.5 B型超声诊断仪的总体设计21-22
• 2.6 人机交互系统22-23
• 2.7 小结23-24
• 第三章 B型超声成像系统模拟部分的设计24-36
• 3.1 引言24
• 3.2 模拟部分的结构24
• 3.3 电源系统的设计24-26
• 3.3.1 电源的选择原则24-25
• 3.3.2 电源系统的设计25-26
• 3.4 探头26-27
• 3.5 发射电路27
• 3.6 接收预放电路27-29
• 3.6.1 接收隔离电路的设计27-28
• 3.6.2 预放电路的设计28-29
• 3.7 时间增益补偿(TGC)29-30
• 3.8 对数放大器30-31
• 3.8.1 对数放大器的实现方法30-31
• 3.8.2 TL441型对数放大器31
• 3.9 动态滤波31-33
• 3.10 检波33
• 3.11 A/D采样33-35
• 3.11.1 A/D选择原则33-34
• 3.11.2 A/D采样电路的设计34-35
• 3.12 小结35-36
• 第四章 数字扫描变换算法及FPGA36-54
• 4.1 引言36
• 4.2 数字扫描变原理36
• 4.3 扇形扫查B超仪的DSC算法36-40
• 4.3.1 NNIA算法37-38
• 4.3.2 R-Theta算法38-39
• 4.3.3 ULA算法39-40
• 4.4 DSTI-ULA算法40-46
• 4.4.1 DSTI-ULA算法原理40-42
• 4.4.2 DSTI-ULA算法中插值参数计算42-44
• 4.4.3 DSTI-ULA算法实现步骤44-46
• 4.4.4 DSTI-ULA算法的特点46
• 4.5 关于FPGA46-53
• 4.5.1 FPGA的结构与工作原理47-48
• 4.5.2 FPGA开发流程48-49
• 4.5.3 FPGA芯片的选取49-51
• 4.5.4 EDA工具的选取51
• 4.5.5 开发语言的选取51-53
• 4.6 小结53-54
• 第五章 B超成像数字系统在FPGA中的实现54-90
• 5.1 引言54
• 5.2 B超成像数字系统的总体结构54-55
• 5.3 通信及时序控制模块55-59
• 5.3.2 FPGA与ARM9通信模块57-59
• 5.4 数模接口59-63
• 5.4.1 步进电机的控制及探头的发射59-62
• 5.4.2 A/D采样电路时序的控制62-63
• 5.4.3 FPGA控制的STC63
• 5.5 图像前端处理63-67
• 5.5.1 平均频率合成技术64-65
• 5.5.2 平均频率合成技术在二次采样中的应用65-66
• 5.5.3 图像的相关处理在FPGA中的实现66-67
• 5.6 图像的缓存在FPGA内的实现67-79
• 5.6.1 帧相关与存储器读写衔接模块68
• 5.6.2 插值与存储器读写衔接模块68-69
• 5.6.3 M模式与存储器读写衔接模块69-71
• 5.6.4 存储器读写模块71-74
• 5.6.5 有限状态机在图像缓存控制中的应用74-79
• 5.7 图像的后端处理79-81
• 5.7.1 图像的插值80-81
• 5.7.2 三次采样81
• 5.8 字符形成和测量81-83
• 5.9 显示控制模块83-89
• 5.9.1 图像水平线性缓冲器84-86
• 5.9.2 字符水平线性缓冲器86
• 5.9.3 灰阶条产生器86-87
• 5.9.4 LCD驱动87-89
• 5.10 小结89-90
• 第六章 系统的调试90-96
• 6.1 引言90
• 6.2 模拟部分的调试90-91
• 6.3 FPGA的调试91-93
• 6.4 软件的调试93-95
• 6.5小结95-96
• 第七章 总结与展望96-98
• 7.1 全文总结96-97
• 7.2 研究展望97-98
• 参考文献98-102
• 致谢102-103
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果103

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 吴忠;基于NiosⅡ和FPGA的便携式B超的交互系统的设计与实现[D];中南大学;2011年

2 安然;基于AD9273的医用全数字B超成像系统前端电路设计与研究[D];华中科技大学;2011年

3 柳增运;基于水听器超声声场特性参数测量研究[D];北京化工大学;2011年

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本文编号：775950