發(fā)布時(shí)間：2017-09-18 04:37

  本文關(guān)鍵詞：基于稀疏陣列的二維超聲成像系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)

  更多相關(guān)文章： 超聲成像 稀疏陣列 BP算法 偽影消除 硬件實(shí)現(xiàn)

【摘要】：超聲成像以其安全、快捷、方便、無(wú)損傷等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)檢測(cè)和工業(yè)探傷中,為病灶的診斷和產(chǎn)品檢測(cè)提供了較大的便利。傳統(tǒng)的超聲成像系統(tǒng)大都采用多次掃描發(fā)射接收的模式,成像幀速率較低,同時(shí)為了提高成像質(zhì)量,需要增加探頭陣元數(shù)量,這樣增加了系統(tǒng)的成本。本文以減少簡(jiǎn)化成像系統(tǒng)復(fù)雜性、降低系統(tǒng)成本同時(shí)提高系統(tǒng)成像幀速率為目的,實(shí)現(xiàn)二維稀疏陣列成像,同時(shí)設(shè)計(jì)稀疏超聲成像硬件系統(tǒng)。本文首先介紹了新型超聲成像系統(tǒng)的組成,從超聲換能器的陣列排布方式、發(fā)射信號(hào)的選取、通道分離的方法以及最終成像的方式等進(jìn)行總結(jié),提出了基于Gold編碼調(diào)制線性調(diào)頻波和稀疏陣元陣列的BP偽影消除成像方法,同時(shí)也實(shí)現(xiàn)以FPGA為控制核心的16通道稀疏陣列超聲成像前端系統(tǒng)硬件電路。針對(duì)傳統(tǒng)系統(tǒng)的多次收發(fā)聚焦的成像速率較低的問(wèn)題,本文中采用多個(gè)陣元同時(shí)發(fā)射正交信號(hào),同時(shí)獨(dú)立接收陣元接收回波信號(hào)的方式進(jìn)行發(fā)射接收,結(jié)合后續(xù)的通道分離技術(shù)即可通過(guò)一次收發(fā)時(shí)間完成成像所需數(shù)據(jù)。稀疏的換能器陣列采用8個(gè)發(fā)射陣元和8個(gè)接收陣元,通過(guò)陣列優(yōu)化可以虛擬出64個(gè)等間距的虛擬陣元陣列,即通過(guò)16個(gè)陣元的合理配置實(shí)現(xiàn)64個(gè)陣元的性能。通道分離技術(shù)需要發(fā)射信號(hào)具備良好的正交性,所以通過(guò)Gold碼與線性調(diào)頻波相結(jié)合信號(hào)具有良好的自相關(guān)和互相關(guān)特性。在分析傳統(tǒng)的B型掃描成像方式基礎(chǔ)上,本文提出了一種適合于稀疏陣元陣列的BP成像算法。BP成像算法在目標(biāo)點(diǎn)較少的成像時(shí)可以有效呈現(xiàn)目標(biāo)真實(shí)信息,而隨著成像的目標(biāo)點(diǎn)增加時(shí),利用該種算法就成像會(huì)出現(xiàn)較強(qiáng)的偽影。本文通過(guò)BP算法過(guò)程的分析,得出成像的偽影主要是由多目標(biāo)點(diǎn)弧形疊加產(chǎn)生,同時(shí)不同目標(biāo)點(diǎn)散射強(qiáng)度的差異也會(huì)增加偽影的產(chǎn)生。為了解決成像的偽影問(wèn)題,本文通過(guò)對(duì)系統(tǒng)整體進(jìn)行成像閾值判斷,結(jié)合成像的信道進(jìn)行通道數(shù)的閾值判斷,利用兩次判斷來(lái)消除偽影對(duì)成像的影響,最后通過(guò)杰森的人體體膜模型進(jìn)行成像仿真,說(shuō)明該成像算法的有效性�；趯�(duì)稀疏陣元陣列成像關(guān)鍵技術(shù)的研究,本文還對(duì)稀疏陣列成像系統(tǒng)硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)和介紹。稀疏陣列超聲成像前端系統(tǒng)由FPGA主控模塊、H橋功率放大模塊、LPF(Low Pass Filter)模塊、USB通信模塊、接收電路模塊、變壓器和水聲換能器構(gòu)成。同時(shí)對(duì)實(shí)際硬件系統(tǒng)信號(hào)進(jìn)行發(fā)射測(cè)試,接收通道回波測(cè)試以及TGC模塊增益變化檢測(cè)等,為后續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行更為復(fù)雜的系統(tǒng)信號(hào)處理做準(zhǔn)備。
【關(guān)鍵詞】：超聲成像 稀疏陣列 BP算法 偽影消除 硬件實(shí)現(xiàn)
【學(xué)位授予單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP391.41;TB559
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 第一章 緒論8-15
• 1.1 研究背景及意義8-9
• 1.2 超聲成像國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-10
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀9
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀9-10
• 1.3 基于稀疏線性陣列的新型成像模式的提出10-13
• 1.3.1 傳統(tǒng)超聲陣列成像10-12
• 1.3.2 稀疏線性陣列成像模式的提出12-13
• 1.4 論文的安排13-15
• 1.4.1 論文的主要解決問(wèn)題13
• 1.4.2 論文的內(nèi)容安排13-15
• 第二章 稀疏陣列和發(fā)射信號(hào)的優(yōu)化與設(shè)計(jì)15-26
• 2.1 基于虛擬陣元技術(shù)的稀疏線性陣列優(yōu)化15-17
• 2.1.1 虛擬陣元技術(shù)15-16
• 2.1.2 稀疏陣列的設(shè)計(jì)16-17
• 2.2 發(fā)射信號(hào)的優(yōu)化17-23
• 2.2.1 發(fā)射信號(hào)的指標(biāo)17-18
• 2.2.2 Gold-LFM復(fù)合信號(hào)18-19
• 2.2.3 復(fù)合信號(hào)的互相關(guān)自相關(guān)特性19-23
• 2.3 通道分離技術(shù)23-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第三章 稀疏陣列成像算法研究26-44
• 3.1 聲束控制26-32
• 3.1.1 聲束聚焦原理及延時(shí)計(jì)算26-28
• 3.1.2 可變孔徑和幅度變跡28-30
• 3.1.3 自適應(yīng)加權(quán)波束形成30-32
• 3.2 稀疏陣元陣列成像方式32-35
• 3.2.1 傳統(tǒng)B型超成像方式32-33
• 3.2.2 稀疏陣元陣列成像方式33-35
• 3.3 稀疏陣列超聲成像偽影35-40
• 3.3.1 超聲成像偽影35-37
• 3.3.2 稀疏陣列超聲成像偽影的產(chǎn)生37-40
• 3.4 成像區(qū)域偽影判斷與消除40-43
• 3.5 本章小節(jié)43-44
• 第四章 稀疏陣元陣列硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)44-58
• 4.1 硬件系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)44
• 4.2 FPGA主控模塊設(shè)計(jì)44-45
• 4.3 信號(hào)發(fā)射電路模塊設(shè)計(jì)45-49
• 4.3.1 脈沖寬度調(diào)制控制電路原理46-48
• 4.3.2 H橋功率放大電路48-49
• 4.4 信號(hào)接收電路模塊設(shè)計(jì)49-52
• 4.4.1 信號(hào)隔離級(jí)電路49-50
• 4.4.2 低噪放和TGC模塊設(shè)計(jì)50-52
• 4.5 USB通信模塊設(shè)計(jì)52-54
• 4.6 PCB電路板布置54-55
• 4.7 上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)55-57
• 4.8 本章小結(jié)57-58
• 第五章 稀疏陣列的仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果58-66
• 5.1 仿真結(jié)果58-61
• 5.1.1 FIELD Ⅱ的仿真環(huán)境和過(guò)程58-59
• 5.1.2 腎臟模型成像結(jié)果與分析59-61
• 5.2 硬件系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果61-65
• 5.2.1 單一通道收發(fā)實(shí)驗(yàn)62-64
• 5.2.2 TGC控制實(shí)驗(yàn)64-65
• 5.3 本章小結(jié)65-66
• 第六章 總結(jié)與展望66-68
• 6.1 全文總結(jié)66-67
• 6.2 未來(lái)工作展望67-68
• 參考文獻(xiàn)68-72
• 致謝72-73
• 作者介紹73
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文73
• 攻讀碩士學(xué)位期間參與項(xiàng)目情況73

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本文編號(hào)：873459