全数字B超回波信号处理方法研究

摘要

超声诊断技术是一种可重复利用，使用方法简单，诊断准确率高，无创或少创的现代医学影像诊断技术，在临床中得到了广泛的应用。近年来，随着电子学、计算机技术、材料学等相关技术的飞速发展，以B型显像为代表的超声诊断技术发展尤为迅速，全数字化B超成像技术成为发展的重点，超声回波信号处理子系统数字化设计是其中的难点之一。
　　 本课题在深入学习B超成像原理和分析实际B超系统结构的基础上，根据超声回波信号的特点和处理要求，对超声回波信号处理系统进行研究设计，为全数字B超系统的开发作准备。本文将正交检波技术运用于超声回波信号的包络检波，设计了可变FIR滤波器，用截止频率取代滤波器系数，减少了需要的存储空间，并且利用CORDIC算法，避开了较为复杂的卷积运算。在正交检波求包络幅度的过程中，使用CORDIC算法中的向量模式取代传统复杂的平方和开方运算。在进行动态范围变换时，使用简单的加减运算代替复杂的对数压缩过程，这样不仅易于模块的数字化实现，而且能够节省硬件资源。
　　 整个回波信号处理系统均由FPGA设计实现，通过编程，实现了回波信号处理系统的各个子模块，并给出了Modelsim仿真结果。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 超声诊断仪的发展历程

1.3 超声诊断仪分类与B型超声的优点

1.4 本课题的主要研究内容

第二章 全数字B超成像原理

2.1 超声成像原理

2.2 超声成像的理论基础

2.2.1 超声波在人体中的反射和折射

2.2.2 超声波在人体内的衰减

2.2.3 超声系统主要指标

2.2.4 超声诊断的优势与不足

2.3 全数字B超成像系统分析

2.3.1 脉冲波发射与波束的控制

2.3.2 脉冲波的接收与波束形成

2.3.3 信号处理与图像处理

2.3.4 扫描变换

2.4 超声同波信号处理流程

第三章 信号处理模块中的主要算法

3.1 CORDIC算法

3.1.1 CORDIC算法的原理

3.1.2 CORDIC算法的预处理与后处理

3.1.3 CORDIC算法的结构

3.2 并行CORDIC算法

3.2.1 并行CORDIC算法的原理

3.2.2 并行CORDIC算法的FPGA实现

3.2.3 仿真结果

3.3 FIR滤波器

3.3.1 FIR数字滤波器的结构

3.3.2 数字滤波器的设计

3.3.3 用窗函数法设计线性相位FIR滤波器

3.3.4 等纹波法设计与窗函数法设计比较

第四章 信号处理部分设计研究

4.1 动态滤波

4.1.1 波束形成后超声同波信号分析

4.1.2 动态滤波器系数设计

4.2 回波包络信号的提取

4.2.1 理论推导

4.2.2 载波信号

4.2.3 可变低通滤波器设计

4.2.4 包络幅值计算

4.2.5 正交包络检波仿真

4.3 动态范闱变换

4.3.1 动态范围变换设计研究

4.3.2 动态范围变换仿真

第五章 信号处理部分的FPGA设计与仿真

5.1 FPGA开发简介

5.2 动态滤波

5.2.1 动态滤波器设计

5.2.2 滤波电路验证

5.3 正交检波

5.3.1 正交检波分步设计与验证

5.3.2 正交检波整合

5.4 动态范围变换

5.5 本章总结

第六章 课题总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

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