本文關(guān)鍵詞：基于稀疏陣列的二維超聲成像系統(tǒng)研究與實現(xiàn)

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【摘要】：超聲成像以其安全、快捷、方便、無損傷等特點,廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)檢測和工業(yè)探傷中,為病灶的診斷和產(chǎn)品檢測提供了較大的便利。傳統(tǒng)的超聲成像系統(tǒng)大都采用多次掃描發(fā)射接收的模式,成像幀速率較低,同時為了提高成像質(zhì)量,需要增加探頭陣元數(shù)量,這樣增加了系統(tǒng)的成本。本文以減少簡化成像系統(tǒng)復(fù)雜性、降低系統(tǒng)成本同時提高系統(tǒng)成像幀速率為目的,實現(xiàn)二維稀疏陣列成像,同時設(shè)計稀疏超聲成像硬件系統(tǒng)。本文首先介紹了新型超聲成像系統(tǒng)的組成,從超聲換能器的陣列排布方式、發(fā)射信號的選取、通道分離的方法以及最終成像的方式等進行總結(jié),提出了基于Gold編碼調(diào)制線性調(diào)頻波和稀疏陣元陣列的BP偽影消除成像方法,同時也實現(xiàn)以FPGA為控制核心的16通道稀疏陣列超聲成像前端系統(tǒng)硬件電路。針對傳統(tǒng)系統(tǒng)的多次收發(fā)聚焦的成像速率較低的問題,本文中采用多個陣元同時發(fā)射正交信號,同時獨立接收陣元接收回波信號的方式進行發(fā)射接收,結(jié)合后續(xù)的通道分離技術(shù)即可通過一次收發(fā)時間完成成像所需數(shù)據(jù)。稀疏的換能器陣列采用8個發(fā)射陣元和8個接收陣元,通過陣列優(yōu)化可以虛擬出64個等間距的虛擬陣元陣列,即通過16個陣元的合理配置實現(xiàn)64個陣元的性能。通道分離技術(shù)需要發(fā)射信號具備良好的正交性,所以通過Gold碼與線性調(diào)頻波相結(jié)合信號具有良好的自相關(guān)和互相關(guān)特性。在分析傳統(tǒng)的B型掃描成像方式基礎(chǔ)上,本文提出了一種適合于稀疏陣元陣列的BP成像算法。BP成像算法在目標點較少的成像時可以有效呈現(xiàn)目標真實信息,而隨著成像的目標點增加時,利用該種算法就成像會出現(xiàn)較強的偽影。本文通過BP算法過程的分析,得出成像的偽影主要是由多目標點弧形疊加產(chǎn)生,同時不同目標點散射強度的差異也會增加偽影的產(chǎn)生。為了解決成像的偽影問題,本文通過對系統(tǒng)整體進行成像閾值判斷,結(jié)合成像的信道進行通道數(shù)的閾值判斷,利用兩次判斷來消除偽影對成像的影響,最后通過杰森的人體體膜模型進行成像仿真,說明該成像算法的有效性�；趯ο∈桕囋嚵谐上耜P(guān)鍵技術(shù)的研究,本文還對稀疏陣列成像系統(tǒng)硬件進行設(shè)計和介紹。稀疏陣列超聲成像前端系統(tǒng)由FPGA主控模塊、H橋功率放大模塊、LPF(Low Pass Filter)模塊、USB通信模塊、接收電路模塊、變壓器和水聲換能器構(gòu)成。同時對實際硬件系統(tǒng)信號進行發(fā)射測試,接收通道回波測試以及TGC模塊增益變化檢測等,為后續(xù)系統(tǒng)進行更為復(fù)雜的系統(tǒng)信號處理做準備。
【關(guān)鍵詞】：超聲成像 稀疏陣列 BP算法 偽影消除 硬件實現(xiàn)
【學(xué)位授予單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41;TB559
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 第一章 緒論8-15
• 1.1 研究背景及意義8-9
• 1.2 超聲成像國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-10
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀9
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀9-10
• 1.3 基于稀疏線性陣列的新型成像模式的提出10-13
• 1.3.1 傳統(tǒng)超聲陣列成像10-12
• 1.3.2 稀疏線性陣列成像模式的提出12-13
• 1.4 論文的安排13-15
• 1.4.1 論文的主要解決問題13
• 1.4.2 論文的內(nèi)容安排13-15
• 第二章 稀疏陣列和發(fā)射信號的優(yōu)化與設(shè)計15-26
• 2.1 基于虛擬陣元技術(shù)的稀疏線性陣列優(yōu)化15-17
• 2.1.1 虛擬陣元技術(shù)15-16
• 2.1.2 稀疏陣列的設(shè)計16-17
• 2.2 發(fā)射信號的優(yōu)化17-23
• 2.2.1 發(fā)射信號的指標17-18
• 2.2.2 Gold-LFM復(fù)合信號18-19
• 2.2.3 復(fù)合信號的互相關(guān)自相關(guān)特性19-23
• 2.3 通道分離技術(shù)23-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第三章 稀疏陣列成像算法研究26-44
• 3.1 聲束控制26-32
• 3.1.1 聲束聚焦原理及延時計算26-28
• 3.1.2 可變孔徑和幅度變跡28-30
• 3.1.3 自適應(yīng)加權(quán)波束形成30-32
• 3.2 稀疏陣元陣列成像方式32-35
• 3.2.1 傳統(tǒng)B型超成像方式32-33
• 3.2.2 稀疏陣元陣列成像方式33-35
• 3.3 稀疏陣列超聲成像偽影35-40
• 3.3.1 超聲成像偽影35-37
• 3.3.2 稀疏陣列超聲成像偽影的產(chǎn)生37-40
• 3.4 成像區(qū)域偽影判斷與消除40-43
• 3.5 本章小節(jié)43-44
• 第四章 稀疏陣元陣列硬件系統(tǒng)設(shè)計44-58
• 4.1 硬件系統(tǒng)整體設(shè)計44
• 4.2 FPGA主控模塊設(shè)計44-45
• 4.3 信號發(fā)射電路模塊設(shè)計45-49
• 4.3.1 脈沖寬度調(diào)制控制電路原理46-48
• 4.3.2 H橋功率放大電路48-49
• 4.4 信號接收電路模塊設(shè)計49-52
• 4.4.1 信號隔離級電路49-50
• 4.4.2 低噪放和TGC模塊設(shè)計50-52
• 4.5 USB通信模塊設(shè)計52-54
• 4.6 PCB電路板布置54-55
• 4.7 上位機軟件的設(shè)計55-57
• 4.8 本章小結(jié)57-58
• 第五章 稀疏陣列的仿真與實驗結(jié)果58-66
• 5.1 仿真結(jié)果58-61
• 5.1.1 FIELD Ⅱ的仿真環(huán)境和過程58-59
• 5.1.2 腎臟模型成像結(jié)果與分析59-61
• 5.2 硬件系統(tǒng)實驗結(jié)果61-65
• 5.2.1 單一通道收發(fā)實驗62-64
• 5.2.2 TGC控制實驗64-65
• 5.3 本章小結(jié)65-66
• 第六章 總結(jié)與展望66-68
• 6.1 全文總結(jié)66-67
• 6.2 未來工作展望67-68
• 參考文獻68-72
• 致謝72-73
• 作者介紹73
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文73
• 攻讀碩士學(xué)位期間參與項目情況73

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本文編號：873459