基于FPGA超声诊断仪信号处理系统设计与实现

摘要

医用超声诊断系统以其无痛、无损、无电离辐射、实时动态和快速重复检查等诸多优点而名列医学成像诊断的首位。随着超声成像技术的不断发展，医用超声设备功能变得越来越丰富、系统集成度越来越高，而其体积却变得越来越小、便携性也变得越来越强；随着集成的逻辑资源越来越多、植入的功能模块（如DSP、嵌入式内核）性能的不断提高，FPGA正朝着单片系统实现的方向发展，其在超声设备上的应用也变得越来越广泛。本文便是超声成像系统（B型超声成像和彩色血流成像）基于FPGA实现的一次探讨和尝试。
　　本文的主要工作如下：
　　1、基于FPGA的B型超声成像系统的实现：B型超声成像系统主要包括动态滤波、包络检波、二次采样、对数压缩、坐标转换等模块。本文研究了这些模块基于FPGA实现的方式方法，并在此基础上构建了基于FPGA实现的B型超声成像系统。最后，通过把程序下载到硬件平台上，在显示终端上得到了B型超声图像。
　　2、基于FPGA的彩色血流成像系统的实现：彩色血流成像过程主要包括正交解调、杂波滤波、自相关估计及频率-彩色编码等。本文对这些模块基于FPGA的实现算法及具体过程进行了分析，并在此基础上完成了模块的实现和功能仿真。
　　3、超声诊断仪信号处理系统硬件平台的构建：主要包括硬件系统的设计、芯片的选型、电路板的焊接和调试工作。本文成功构建了一套超声信号处理硬件系统，该系统可以完成超声信号的处理和成像。
　　本次设计的结果充分验证了超声诊断仪信号处理系统基于单片FPGA实现的可行性。单片超声成像系统的实现可以大大降低超声设备的体积和成本，提高系统的便携性、稳定性，并且使系统的维护和升级也变得非常方便。

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第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 现代超声诊断技术国内外发展概况

1.3现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）在数字超声系统中的应用

1.4 本文主要工作内容

第二章 B型超声成像

2.1 动态滤波

2.2 包络检波

2.3 二次采样

2.4 对数压缩

2.5 坐标转换

2.6 基于FPGA的数字超声回波信号处理过程的仿真验证

2.7 B型超声图像在显示终端上的显示

第三章 彩色血流成像

3.1 多普勒成像技术

3.2 彩色血流成像原理

3.3 多普勒回波信号正交解调

3.4 基于FPGA杂波滤波器的实现

3.5 基于FPGA自相关运算的实现

第四章 超声诊断仪硬件平台

4.1 基于FPGA超声诊断仪信号处理系统硬件部分

4.2 Spartan6-XC6SLX45

4.3 FPGA配置方式

4.4 高速数模转换芯片ADV7123

第五章 结论

5.1 B模式及彩色血流成像工作总结

5.2 软硬件调试总结

5.3 本文的创新点及工作意义

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果