基于FPGA的全数字眼科超声诊断仪信号处理设计与实现

摘要

超声诊断技术具有安全、无痛苦、无损害、方法简便、适应面广、直观、显像清晰、可重复检查、对软组织鉴别能力强、诊断准确性高、灵活以及价廉等优点，已经成为当代医学图像诊断中的首选技术。眼科超声诊断仪是超声诊断中的一种专科设备，它可以用来诊断视网膜脱落、眼内和眼眶肿瘤、玻璃体混浊、出血、眼底病变及眼内异物等疾病。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。这其中数字化眼科超声诊断仪是发展的重点。 本文从超声诊断仪原理及设计入手，着重描述了该系统的软硬件结构，同时对超声信号进行数字化处理的各个子模块进行了介绍，并结合各种数字信号处理方法的特点，对现成可编程门阵列的结构特点、编程原理及设计流程作了简单介绍。在此基础上，着重讨论了FIR滤波器的设计并得以在FPGA实现，应用于信号处理各子模块中。最后通过构建实验模型验证了系统各阶段信号处理的有效性。对正常人体眼球田眼眶进行检测，获得了很好的回波信号。本设计对眼科高频超声回波信号具有良好的实时处理能力，达到了设计要求，具有良好的应用前景。

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第一章 绪论

1.1课题来源及国内外发展现状

1.2数字信号处理的特点及发展概况

1.3本课题研究内容和本论文的结构

第二章 全数字眼科超声诊断仪的理论基础及系统设计方案

2.1医学超声成像的理论基础

2.1.1超声波的物理特性

2.1.2医用超声换能器

2.2全数字眼科超声诊断仪系统设计及总体框架

2.2.1环阵换能器

2.2.2前置放大与A/D

2.2.3 FPGA器件和现代EDA设计方法

第三章 超声回波数字信号处理的算法研究与实现

3.1基于FPGA的FIR数字滤波器的设计与实现

3.1.1数字滤波器的分类

3.1.2 FIR数字滤波器的设计原理

3.1.3 FIR数字滤波器的结构

3.1.4 FIR数字滤波器的硬件实现

3.1.5 FIR数字滤波器的软件编程

3.1.6 FIR滤波器设计几个关键技术问题

3.2超声回波数字信号处理方法与仿真实现

3.2.1内插

3.2.2波束形成与动态聚焦

3.2.3动态滤波

3.2.4 TGC

3.2.5包络检波和对数放大

3.3 FPGA设计及实现中的注意事项

3.3.1时钟问题

3.3.2关于建立和保持时间

3.3.3毛刺信号及其消除

第四章 超声回波数字信号处理的验证

4.1尼龙丝靶线超声回波实验

4.2仿组织超声体模回波实验

4.3正常眼部组织超声回波实验

第五章 总结和展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

研究生期间发表论文

致谢