基于FPGA的眼科超声数字化成像中上变频的设计与实现

摘要

超声诊断技术具有安全、无创、操作方便、可重复检查、对软组织鉴别力强、诊断准确性高等优点，已经成为临床医学图像诊断中的首选技术。近年来，随着数字信号处理、硬件软件设计能力以及材料学等方面的快速发展，眼科超声诊断仪在多方面都有了长足的进步，其中数字化眼科超声诊断仪是发展的重点。同腹部等普通的低频超声诊断仪相比，数字化高频眼科超声诊断仪中探头频率高达10MHz或以上，因此在对高频超声回波信号进行数字化过程中，模数转换的采样率与精度直接影响到最终诊断图像的清晰度与准确性。高采样率、高精度A/D转换器件成本高昂，在来源上也可能受到限制。目前业界在高频眼科超声波形数字化方面主要是通过使用高采样率的A/D转换器件来实现的，并没有其他更好的可替代的解决方案。因此研制高速上变频算法，在使用低采样率、低精度、低成本、易购买的A/D转换器件的条件下，能够获得高精度、低采样误差的高频超声回波数据，这将对高频超声数字信号处理的发展起到了重要的促进作用。
　　 本课题首先对多抽样率数字信号处理、可编程逻辑器件的结构特点、编程原理及设计流程作了简单介绍，并且在此基础上结合眼科高频超声信号处理的特点，基于FPGA设计了高效FIR内插滤波器实现上变频算法，并对所设计的内插滤波器进行了仿真和验证。实验结果表明该信号处理系统的性能达到了设计要求。本研究提出了一种解决目前业界在高频眼科超声数字化成像中所存在问题的新方法，将多抽样率数字信号处理技术中的上变频技术成功运用到眼科超声诊断仪中，提高了超声数字信号处理的速度和质量，降低了对A/D器件的高要求，具有良好的应用前景与理论研究意义。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 多抽样率数字信号处理技术的国内外发展现状

1.2 数字化超声诊断仪中变频技术的应用与实现方式

1.3 课题研究内容和本文的结构

第二章 数字变频技术的理论基础及设计原理

2.1 多抽样率数字信号处理

2.1.1 整数倍内插和抽取

2.1.2 有理数倍抽样率变换

2.1.3 多抽样率系统的恒等变换

2.1.4 多抽样率系统的多相结构

2.1.5 多抽样率系统的多级实现

2.2 高效数字滤波器

2.2.1 FIR数字滤波器设计原理

2.2.2 FIR数字滤波器设计的算法结构

2.2.3 两种特殊的FIR数字滤波器原理

2.3 基于FPGA的EDA设计方法

第三章 高频眼科超声信号变频模块设计与实现

3.1 高频眼科超声中内插滤波器的参数要求

3.2 高效FIR内插滤波器的设计

3.2.1 FIR内插滤波器的通用设计

3.2.2 HBF内插滤波器的设计

3.2.3 CIC内插滤波器的设计与改进

3.2.4 内插滤波器的FPGA设计与实现

3.2 数字抽取滤波器的设计与实现

第四章 设计的硬件测试与验证

4.1 设计的仿真与验证

4.2 眼科超声实验平台的搭建与设计的验证

第五章 总结和展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

研究生期间参与项目与发表论文情况

致谢

附录：综述

参考文献