本文關(guān)鍵詞：全數(shù)字超聲成像系統(tǒng)關(guān)鍵部分的優(yōu)化設(shè)計與實現(xiàn)

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【摘要】：超聲成像技術(shù)在醫(yī)學(xué)診斷中不僅具有無損、無創(chuàng)、無電離輻射、方法簡單、價格便宜等優(yōu)點,其優(yōu)越性還體現(xiàn)在診斷參數(shù)選擇的多樣性,以及其在整個系統(tǒng)實現(xiàn)過程中的靈活性。伴隨著超聲成像技術(shù)的不斷發(fā)展,超聲成像系統(tǒng)的全數(shù)字化技術(shù)自20世紀(jì)90年代推出以來,也得到了不斷發(fā)展和成熟。全數(shù)字超聲成像系統(tǒng)在使用數(shù)字電路實現(xiàn)時,其最基本的一個特點就是需要實時處理數(shù)據(jù)量極其龐大的超聲信息。隨著數(shù)字芯片和高速處理器,特別是高性能FPGA的快速發(fā)展,以及其在處理大數(shù)據(jù)能力和靈活性的日益顯露,龐大數(shù)據(jù)量超聲信息的實時處理的選擇越來越依賴于FPGA技術(shù)。FPGA已經(jīng)成為各種數(shù)字信號處理應(yīng)用算法的一個強(qiáng)大解決方案,因此本文超聲成像系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計主要針對的是FPGA實現(xiàn)過程中的優(yōu)化設(shè)計。 本文從全數(shù)字超聲成像系統(tǒng)亟待解決的兩個問題入手：一、提高超聲成像系統(tǒng)成像分辨率、對比度和幀頻；二、實現(xiàn)超聲成像系統(tǒng)的微型化和低功耗。在實驗室原有的以ARM, Linux系統(tǒng)作為實時控制,以DSP, FPGA實現(xiàn)算法的全數(shù)字超聲成像系統(tǒng)基礎(chǔ)上,提出了對波束形成器和動態(tài)濾波器優(yōu)化設(shè)計的解決方案,并最終在FPGA上實現(xiàn)了對它們的優(yōu)化設(shè)計。本文首先,在常見波束形成算法的基礎(chǔ)上提出了一種優(yōu)化后MV算法,并結(jié)合平面波發(fā)射方法實現(xiàn)了提高成像分辨率、對比度和幀頻的目的；其次,根據(jù)FPGA結(jié)構(gòu)和性能特點,在原有DA算法基礎(chǔ)上提出了一種優(yōu)化后DA算法,為超聲成像系統(tǒng)的微型化和低功耗提供了理論依據(jù)；最后,在原有全數(shù)字超聲成像系統(tǒng)基礎(chǔ)上,結(jié)合上文提出的優(yōu)化后算法,完成了對波束形成器和動態(tài)濾波器的FPGA優(yōu)化實現(xiàn)。
【關(guān)鍵詞】：全數(shù)字超聲成像系統(tǒng) 波束形成器 動態(tài)濾波器 FPGA
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：R310
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目錄7-10
• 1 緒論10-14
• 1.1 課題背景與意義10-11
• 1.2 超聲成像系統(tǒng)的發(fā)展趨勢11-12
• 1.3 本文內(nèi)容安排12-14
• 2 全數(shù)字超聲成像系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計與理論基礎(chǔ)14-23
• 2.1 超聲成像系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的理論基礎(chǔ)14-17
• 2.1.1 超聲波定義及有關(guān)物理量14-15
• 2.1.2 超聲波在生物組織中的傳播15-16
• 2.1.3 優(yōu)化設(shè)計的角度分析及理論基礎(chǔ)16-17
• 2.2 全數(shù)字超聲成像系統(tǒng)概述17-21
• 2.2.1 超聲成像系統(tǒng)構(gòu)成17-19
• 2.2.2 系統(tǒng)各部分功能簡介19-20
• 2.2.3 全數(shù)字超聲成像系統(tǒng)的關(guān)鍵部分20-21
• 2.3 全數(shù)字超聲成像系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計21-22
• 2.3.1 提高超聲成像分辨率、對比度和幀頻21
• 2.3.2 實現(xiàn)超聲成像系統(tǒng)微型化和低功耗21-22
• 2.4 本章小節(jié)22-23
• 3 波束形成器的優(yōu)化設(shè)計23-43
• 3.1 波束形成概述23-31
• 3.1.1 波束形成原理23-24
• 3.1.2 波束形成器實現(xiàn)方式24-25
• 3.1.3 波束控制方法25-31
• 3.2 常見波束形成算法及分析31-33
• 3.2.1 延時疊加波束形成算法及分析31-32
• 3.2.2 自適應(yīng)波束形成算法及分析32-33
• 3.3 自適應(yīng)波束形成MV算法的優(yōu)化33-36
• 3.3.1 MV算法34
• 3.3.2 子帶波束合成法實現(xiàn)34-35
• 3.3.3 前后向空間平滑法實現(xiàn)35-36
• 3.4 波束形成實現(xiàn)算法間的比較分析36-41
• 3.4.1 仿真準(zhǔn)備36-38
• 3.4.2 仿真結(jié)果與比較分析38-41
• 3.4.3 結(jié)論41
• 3.5 本章小結(jié)41-43
• 4 動態(tài)濾波器的優(yōu)化設(shè)計43-54
• 4.1 動態(tài)濾波概述43-44
• 4.2 動態(tài)濾波器中濾波器的分析與確定44-46
• 4.2.1 濾波器類型的分析與確定44
• 4.2.2 濾波器實現(xiàn)方式的分析與確定44
• 4.2.3 FIR濾波器實現(xiàn)方法及分析44-46
• 4.3 濾波器DA算法的優(yōu)化46-48
• 4.3.1 傳統(tǒng)DA46-47
• 4.3.2 優(yōu)化后DA47-48
• 4.4 濾波器實現(xiàn)算法間的比較分析48-51
• 4.4.1 仿真準(zhǔn)備48-49
• 4.4.2 仿真結(jié)果與比較分析49-51
• 4.4.3 結(jié)論51
• 4.5 優(yōu)化后DA算法在動態(tài)濾波器設(shè)計中的應(yīng)用51-53
• 4.5.1 動態(tài)生成濾波器LUT方法52
• 4.5.2 結(jié)論52-53
• 4.6 本章小結(jié)53-54
• 5 波束形成器和動態(tài)濾波器的FPGA優(yōu)化實現(xiàn)54-67
• 5.1 FPGA概述54-57
• 5.1.1 可編程邏輯設(shè)計指導(dǎo)思想54-56
• 5.1.2 采用FPGA進(jìn)行優(yōu)化實現(xiàn)的優(yōu)勢56-57
• 5.2 波束形成器的FPGA優(yōu)化實現(xiàn)與分析57-63
• 5.2.1 原有波束形成器的FPGA實現(xiàn)58-60
• 5.2.2 波束形成器的優(yōu)化實現(xiàn)與分析60-63
• 5.3 動態(tài)濾波器的FPGA優(yōu)化實現(xiàn)與分析63-66
• 5.3.1 原有動態(tài)濾波器的FPGA實現(xiàn)63-64
• 5.3.2 動態(tài)濾波器的優(yōu)化實現(xiàn)與分析64-66
• 5.4 本章小結(jié)66-67
• 6 總結(jié)與展望67-69
• 6.1 總結(jié)67-68
• 6.2 展望68-69
• 參考文獻(xiàn)69-73
• 作者簡歷73

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 齊雁;譚冠政;范必雙;;基于FPGA的醫(yī)學(xué)超聲成像數(shù)字波束合成器設(shè)計[J];計算機(jī)測量與控制;2010年04期

2 杜旭,王夏泉;ASIC中的異步時序設(shè)計[J];微電子學(xué);2004年05期

3 李德來;舒貞權(quán);;醫(yī)學(xué)超聲成像前沿技術(shù)述評[J];中國醫(yī)療器械信息;2011年06期

4 馬家辰;沈毅;蘇寶庫;;超聲聲束形成技術(shù)的對比分析[J];中國醫(yī)療器械雜志;2005年06期

5 張海瀾;林偉軍;王秀明;;醫(yī)學(xué)超聲成像波束形成技術(shù)的演變[J];中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù);2010年07期

6 吳文燾;蒲杰;呂q，

本文編號：536716