医用小型全数字B超发射接收电路设计与研究

论文摘要

随着计算机科学、电子技术的迅速发展,国外中高档超声诊断设备都向全数字化方向发展,但在国内对此类设备的研究水平还相对落后,大部分产品还主要依赖于进口。此外,近年来,在医院外进行的超声波检查越来越多,使超声仪器不断向小型化、便携式方向发展,体积小巧、性价比高的超声诊断设备亦成为产品市场上的热点。本设计根据超声原理,利用3.5MHz凸阵探头及新型高集成度芯片AD9271,研制以FPGA控制的全数字超声发射接收电路。论文中介绍了超声成像的基本原理,论述了整个系统的硬件电路设计及软件控制。硬件方面详细描述了超声波的发射、接收,探头阵元的选通,收发信号的隔离,回波信号的放大、滤波、A/D转换等电路;软件方面叙述了FPGA对超声发射脉冲、探头阵元选通及AD9271的控制方法。最后经实验验证,该发射与接收装置可以获得较好的图像质量。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究目的和意义
• 1.3 国内外医学超声诊断技术发展概况
• 1.3.1 医学超声诊断技术发展历史
• 1.3.2 医学超声诊断技术发展近况
• 1.3.2.1 换能器技术
• 1.3.2.2 组织谐波成像技术
• 1.3.2.3 三维成像技术
• 1.3.2.4 彩色多普勒成像技术
• 1.3.2.5 超声弹性成像技术
• 1.4 主要研究内容及论文结构
• 1.4.1 课题研究工作的主要内容
• 1.4.2 论文的章节安排
• 第二章 超声基本理论
• 2.1 医学超声成像基本原理
• 2.1.1 超声医学诊断的物理基础
• 2.1.1.1 超声波的主要特征参数
• 2.1.1.2 超声波在生物组织中的传播特性
• 2.1.1.3 超声波的声场特性
• 2.1.2 超声成像原理
• 2.2 医用超声探头
• 2.2.1 压电效应及超声探头
• 2.2.2 压电换能器的特性
• 2.3 全数字超声系统原理
• 第三章 全数字超声前端硬件电路设计
• 3.1 前端系统整体构成
• 3.2 超声发射电路
• 3.2.1 电子开关器件及场效应管驱动电路
• 3.2.1.1 电子开关器件
• 3.2.1.2 场效应管驱动电路
• 3.2.2 超声激发基本电路
• 3.2.3 调谐匹配电路
• 3.2.4 发射脉冲结果
• 3.3 阵元选通电路
• 3.4 收发隔离电路
• 3.5 回波信号通路
• 第四章 前端系统的软件设计
• 4.1 FPGA的简单介绍
• 4.1.1 FPGA原理与资源
• 4.1.2 FPGA开发流程
• 4.2 FPGA芯片的选用
• 4.3 发射聚焦、动态孔径的控制实现
• 4.3.1 发射聚焦、动态孔径原理
• 4.3.2 超声发射相关参数及延迟时间计算
• 4.3.2.1 发射脉冲宽度及发射脉冲周期
• 4.3.2.2 发射延迟时间计算
• 4.3.3 程序设计实现
• 4.4 阵元片选控制
• 4.4.1 波束扫描方式
• 4.4.2 阵元片选的软件实现
• 4.4.3 片内ROM实现
• 4.5 AD9271控制
• 4.6 验证结果
• 参考文献
• 研究生期间发表论文
• 致谢