彩色超声成像系统设计理论及实现

• 作 者: 吴文焘
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 超声成像系统 波束形成器 时延参数 回波信号

医学超声成像作为现代医学诊断中的重要手段,已得到广泛的临床应用。本文基于声学理论,融合信号处理和电子技术,设计实现了一个16-64阵元的实时超声成像系统,并在此基础上深入探讨了超声相控阵成像的理论及关键技术。　　
首先从非均匀介质波动方程出发,利用积分变换得到散射声场与入射声场的关系,然后利用波动数值解、积分解以及空间波数变换等算法计算入射声场,从而实现散射声场的计算。　　
为了设计超声成像系统,首先使用超声声场计算理论研究了不同模式下的超声成像仿真,并对包括B模式、彩色血流成像(C模式)以及血流Doppler(D模式)在内的多种成像模式进行了算法验证。在超声成像仿真验证之后,本文克服超声成像系统通道多、频率高等难点,采用FPGA+DSP+网络的架构,完成了实时成像系统的硬件及软件设计,搭建了一套16-64阵元超声成像系统。　　
在系统设计中,波束形成器是进一步提高超声成像系统精度和成像性能的核心。本文详细分析了延时精度对系统的影响,并完成了时延参数生成以及基于分数延时滤波器的高精度延时系统的设计。　　
目前商用超声成像设备采用的是常规波束形成,本文提出了自适应波束形成与广义相干加权相结合的超声成像算法,仿真结果表明新方法能够提高更好的分辨率以及对比度,成像结果在人体组织声速不均匀的条件下具有更强的鲁棒性。　　
针对超声成像回波信号后处理的问题,本文提出了一种基于级联积分梳状滤波器的FPGA实现策略,并应用到本文搭建的系统中。这种实现策略有效地利用了电路系统资源,大大减轻了后端处理器的负担。