超声成像实验系统及成像算法研究

论文摘要

在疾病的诊断和治疗过程中,超声成像设备能够实时、无创、高效地帮助患者检测出病理所在。超声技术不断发展,更高集成度、功能多样化以及成像优化的超声设备越来越多地进入医疗市场。为提高超声成像质量,超声成像算法的研究在不断进行。由于缺乏对超声成像设备预波束形成数据的获取,新的超声成像算法的研究也受到阻碍。为满足这一要求,本文开发了一个32通道的超声成像实验系统,本系统能够采集预波束形成的数据并存储。本系统主要包括四个部分:1)超声探头,含有发射超声波和接收超声回波的通道阵元;2)4个超声数据采集板,每个采集板负责接收8个通道的超声成像数据,并存储在板上存储器中;3)1个超声控制板,负责与4个超声数据采集板和超声操作软件的通信,同时负责从采集板中接收数据并发送到超声操作软件中;4)超声操作软件,负责发送指令和超声数据的接收与存储。本系统中,超声数据采集板以Xilinx的Spartan-6系列FPGA芯片为控制核心,以MAX2082芯片作为超声收发器,以DDR3作为存储器,超声控制板以Xilinx的Spartan-3E系列FPGA芯片为控制核心,以CY7C68013A芯片作为USB2.0芯片来与超声操作软件通信。在超声成像方法中,传统的相干平面波复合（Coherent plane wave compounding,CPWC）方法虽然可以从不同角度发射平面波而得到质量较好的合成成像结果,但是忽略了成像数据的相干性。为此我们提出了一种基于子阵列过零点系数（Subarray zero-cross,SZF）的相干平面波复合成像,能有效提高成像质量。通过仿真和实验的验证及与相干系数（Coherence factor,CF）和广义相干系数方法（Generalized coherence factor,GCF）的对比,该算法在图像对比度和分辨率上有较好表现,对超声临床应用有一定价值。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 超声技术背景
•   1.2 超声成像系统研究现状
•   1.3 超声算法研究现状
•   1.4 本文的研究内容
• 第二章 超声成像实验系统结构
•   2.1 超声成像实验系统的整体结构
•   2.2 超声成像实验系统的功能模块
•   2.3 超声成像实验系统的整体方案
•   2.4 本章小结
• 第三章 实验系统的超声收发部分
•   3.1 实验系统的超声收发部分电路设计
•     3.1.1 FPGA电路设计
•     3.1.2 超声收发器电路设计
•     3.1.3 存储器电路设计
•     3.1.4 系统超声收发部分电路设计总结
•   3.2 实验系统超声收发部分逻辑模块设计
•     3.2.1 超声收发逻辑模块
•     3.2.2 LVDS逻辑模块
•     3.2.3 DDR3 存储逻辑模块
•     3.2.4 通信控制模块
•   3.3 本章小结
• 第四章 超声成像实验系统控制部分与超声操作软件设计
•   4.1 超声成像实验系统控制部分电路设计
•     4.1.1 FPGA电路设计
•     4.1.2 USB电路设计
•     4.1.3 系统控制部分电路设计总结
•   4.2 超声成像实验系统控制部分逻辑模块设计
•     4.2.1 USB读写逻辑模块
•     4.2.2 FIFO缓存逻辑模块
•     4.2.3 通信控制模块
•   4.3 超声成像实验系统控制部分通信协议
•     4.3.1 USB通信协议
•     4.3.2 超声收发部分与系统控制部分间通信协议
•     4.3.3 系统控制部分与超声操作软件间通信协议
•   4.4 超声操作软件设计
•   4.5 系统测试结果
•   4.6 本章小结
• 第五章 子阵列过零点系数加权的相干平面波复合方法
•   5.1 相干平面波复合
•   5.2 相干系数加权和广义相干系数加权的相干平面波复合
•   5.3 子阵列过零点系数加权的相干平面波复合
•   5.4 子阵列过零点系数的仿真结果
•     5.4.1 点目标的仿真结果
•     5.4.2 囊肿目标的仿真
•   5.5 子阵列过零点系数的实验结果
•     5.5.1 点目标的实验结果
•     5.5.2 囊肿目标的实验结果
•     5.5.3 人体的实验结果
•   5.6 讨论与总结
•   5.7 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 全文总结
•   6.2 研究展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王浩

导师: 郑驰超

关键词: 超声成像,数据采集,自适应加权,子阵列过零点系数

来源: 合肥工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,医药卫生科技

专业: 物理学,工业通用技术及设备,仪器仪表工业,生物医学工程

单位: 合肥工业大学

分类号: TB559;TH77

总页数: 74

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