超声多普勒多点血流测量技术研究

摘要

无论是对于血管疾病的早期诊断、治疗方案的确定、疗效的评估，还是对于人体器官的生理、病理研究，血管中血流速度的测量都具有十分重要的意义。传统的血流测量技术通常只对血管内的平均血流速度进行测量，难以得到全面的血流速度分布信息。本文根据超声多普勒效应，设计和实现了一个基于现场可编程逻辑门阵列（FPGA， Field Programmable Gate Array）的超声多普勒多点血流测量系统，实现了血管内不同深度的多点血流速度测量，并得到了血流速度剖面。
　　本文主要完成了超声多普勒多点血流测量系统的硬件电路和 FPGA算法的设计和实现。硬件电路设计包括超声发射电路、前端接收放大电路、控制和信号处理模块、USB3.0接口数据传输电路的设计。FPGA算法设计包括FIR数字带通滤波器、基于希尔伯特变换的数字解调器、测量深度选通控制、超声回波信号频谱分析和 USB3.0接口读写控制算法设计。然后，本文基于Altera公司的Quartus II开发环境，使用VHDL语言编程实现了上述各算法。
　　本文搭建了血流测量实验平台并制作了模拟血管和血液模拟液，然后对设计完成的基于FPGA的超声多普勒多点血流测量系统进行了实验验证，并将该系统的测量结果与商用超声仪的测量结果进行了比较。比较结果表明，本文设计完成的基于FPGA的超声多普勒多点血流测量系统具有较高的测量精度，实现了多点血流测量功能。

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第一章 绪论

§1.1 引言

§1.2 超声血流测量技术的研究意义及发展历程

§1.3 本文工作重点及结构安排

第二章 超声多普勒基本原理

§2.1 超声波的产生原理

§2.2 超声多普勒血流测量原理

第三章 超声多普勒多点血流测量系统的设计

§3.1 系统整体结构

§3.2 超声发射电路的设计

§3.3 前端接收放大电路的设计

§3.4 控制和信号处理模块的设计

§3.5 数据传输电路的设计

第四章 FPGA算法的设计与实现

§4.1 整体算法设计

§4.2 数字带通滤波器的设计与实现

§4.3 解调算法的设计与实现

§4.4 测量深度选通控制的实现

§4.5 超声回波信号频谱分析算法的实现

§4.6 USB3.0接口读写控制的实现

第五章 实验验证及结果分析

§5.1 实验平台搭建和仿体制作方法

§5.2 模拟多点血流测量实例

§5.3 测速比对与实验数据处理

第六章 总结与展望

§6.1 本文工作总结

§6.2 工作展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果