基于FPGA的全数字眼科超声诊断仪信号处理设计与实现

论文摘要

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。对正常人体眼球和眼眶进行检测,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。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 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