医用超声内窥镜探头驱动控制系统的设计

摘要

本文根据医用内窥镜超声成像系统的要求完成了三个部分电路的设计与实现；同时，根据对医用内窥镜超声成像的清晰度、分辨率和保真度的要求进行分析，并提出了新的提高超声图像质量的数字化方法。 超声波的发射是由压电换能器完成的。激发电路的功能即是产生瞬时高压脉冲，激励超声换能器发射超声波。激发电路包括同步控制脉冲产生电路、激发主电路和换能器的调谐匹配电路，这三部分电路控制超声换能器按照一定的频率高效的发射超声波。 回波处理电路用于检测由人体组织反射的超声信息，对转换成的电信号进行解调输出。回波处理电路包括放大电路、增益补偿电路、检波、滤波及 A/D转换电路。解调出的信号进行A/D转换，输出图像的扫描线数字信号，经FIFO缓存后，数字信号由PCI图像采集卡进入计算机内存。 现场可编程逻辑阵列(FPGA)作为核心控制模块完成对数据传输和相关电路及芯片的控制，主要实现了对超声波激发、A/D转换以及成像部分同步控制。根据各部分电路在系统中的功能，详细地介绍了FPGA产生外部电路控制逻辑和数字信号处理的方法，并给出了相关的实验波形图和硬件系统的整体调试结果。 系统的各电路性能均得到实验验证，达到了医用超声内窥镜探头驱动控制系统的各项指标要求，并实现了显示512×512大小的超声扫描图像的要求。最后，分析了系统的噪声来源，总结了系统的特点，并提出了改善超声成像质量的措施和方法。

目录

文摘

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第一章绪论

§1.1内窥镜超声成像概述

§1.1.1内窥镜发展及其分类

§1.1.2内窥镜超声成像系统的构成

§1.1.3超声内窥镜成像系统的关键技术

§1.2内窥镜超声成像系统的研制意义及发展趋势

§1.2.1内窥镜超声成像系统研制的意义

§1.2.2国内外研究动态及发展趋势

§1.2.3论文的研究内容及目的

第二章超声成像系统结构及成像原理

§2.1内窥镜超声成像系统结构

§2.2超声成像原理

§2.2.1超声医学诊断的物理基础

§2.2.2超声成像原理

§2.3超声换能器的特性和结构

§2.3.1换能器的原理基础

§2.3.2换能器的电激励

§2.3.3换能器的等效电路

§2.3.4换能器的谐振特性

§2.4本章小结

第三章超声波收发电路的设计

§3.1内窥镜超声成像系统性能指标

§3.2超声激发电路结构

§3.2.1超声激发电路基本结构

§3.2.2同步控制信号产生和场效应管的驱动电路

§3.2.3换能器调谐匹配电路及隔离级

§3.3超声波接收电路的设计

§3.3.1超声信号的接收预放电路

§3.3.2时间增益补偿电路

§3.3.3检波与滤波电路

§3.3.4 A/D转换—AD9057

§3.4实验结果及分析

第四章基于FPGA器件的同步控制系统

§4.1 EDA和FPGA开发环境

§4.1.1 EDA概述

§4.1.2 FPGA的软件开发环境和设计流程

§4.2传输控制模块FPGA的整体设计

§4.2.1 FPGA器件——Cyclone EP1C3T100C8

§4.2.2 FPGA中的信号分类及连线

§4.2.3 FPGA在超声探头驱动控制系统中的功能

§4.3版图设计及实验结果

§4.3.1 PCB版图设计

§4.3.2实验结果分析

第五章结论与展望

§5.1本文主要科研成果总结

§5.2对进一步研究的展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表及录用的学术论文和参与的项目

致谢