基于FPGA的數(shù)字波束形成系統(tǒng)的研究.pdf

1、醫(yī)學超聲成像具有安全、無創(chuàng)、診斷及時、相對便攜等優(yōu)點，在臨床中得到廣泛應用。與X-CT(X線計算機體層攝影術(shù))、MRI(核磁共振成像)、ECT(放射性核素成像)一起被公認為現(xiàn)代醫(yī)學四大影像技術(shù)。隨著現(xiàn)代半導體技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字化成為超聲系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。 在數(shù)字化超聲系統(tǒng)中，波束形成器是整個超聲成像系統(tǒng)的核心部分，主要負責發(fā)射脈沖與接收回波。發(fā)射脈沖的長度決定了圖像的軸向分辨力，超聲波束的寬度決定了圖像的橫向分辨

2、力，因此波束形成器的性能直接決定著成像質(zhì)量的好壞。傳統(tǒng)的波束形成器采用模擬延遲線和選擇器來實現(xiàn)延時，其缺點是聚焦偏轉(zhuǎn)控制電路非常復雜、龐大，且模擬器件的固有特性，如插入損耗、阻抗不匹配、噪聲大、穩(wěn)定性差等，也會大大降低實際系統(tǒng)的性能。 本文首先在前期B超成像理論基礎(chǔ)和仿真的前提下，結(jié)合目前廣泛應用的FPGA技術(shù)，對數(shù)字化B超的前端系統(tǒng)的實現(xiàn)進行了初步分析，設(shè)計了前端系統(tǒng)的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)。接著對波束形成的原理進行分析和研究，分析常見的兩

3、種波束形成器的結(jié)構(gòu)：非均勻采樣波束形成器和均勻采樣波束形成器。設(shè)計基于FPGA的數(shù)字波束形成器的均勻采樣的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，保證最大采樣速率的前提下，大大減少對存儲容量的需求，簡化系統(tǒng)且易于實現(xiàn)。完成數(shù)字化前端的其他關(guān)鍵模塊：動態(tài)濾波器、數(shù)字化正交檢波器、NCO、對數(shù)壓縮等的原理分析和FPGA實現(xiàn)方法的詳細闡述。在Quartus II軟件上的仿真結(jié)果表明，采用FPGA進行數(shù)字化B超的設(shè)計不僅可以降低系統(tǒng)的成本與復雜度，而且提高了系統(tǒng)的精度。