超声回波信号采集与传输设计

“电子科技大学” 2013

张小军

【摘要】: 自从1980年代中期医学超声成像技术成为四大现代医学成像技术之一以来，其发展势头迅猛超声图像采集器，地位日益重要. 作为B模式超声成像诊断技术的代表，它具有无创，实时，低成本等诸多优点，已成为各级医院临床必不可少的常规诊断技术之一，在人们的日常生活中的作用越来越重要. 同时，全数字医学超声成像技术取代了传统的模拟成像技术，成为发展的主流，朝着功能全面的高端发展. 基于B模式超声成像理论，本课题研究了全数字化B模式超声成像前端信号采集与处理系统的工作原理和实现. 它采用了XILINX和TI等公司的一系列高度集成的高性能信号调理和处理功能. 该设备给出了一个128元素，48个独立通道的B模式超声成像诊断信号采集与传输系统的设计方案，并完成了相应的电路设计和验证工作. 对于诸如B型超声成像设备的多元素，多通道同步数据采集系统，通道之间收集的数据的不一致将导致对回波信号特性的影响，并最终影响成像分辨率. 针对这一问题，本文首先对多通道同步采集模块进行了深入的研究. 通过精心设计采样时钟电路，使用8通道高度集成的超声模拟前端，可以显着改善采样同步以及多通道幅度和相位一致性的问题. 集成前端的选择大大降低了噪声对系统检测灵敏度的影响，并增强了系统检测远场回波信号的能力. 对于多通道信号采集和处理系统，数据传输带宽限制了系统规模和实现复杂性. 本文基于Xilinx的Virtex6系列FPGAXC6LX240T，基于FPGASelectIO逻辑资源，设计了专用的LVDS反序列化接口逻辑电路，以实现48通道，12bit采样精度的高速超声波脉冲回波信号数据的接收和本地存储，系统实现了当时的数据处理带宽已达到3.6GB / S. 为了进一步满足超声回波前端数据分析以及波束形成，信号滤波，解调，图像处理等信号信息验证的需求，并考虑了后续新兴算法研究中，基于FPGA-PCI-Express的PCI-Express硬核端点模块设计了Express X8接口逻辑电路，并完成了一些硬核端点模块的开发. 为了满足系统可靠工作的要求，Hyperlynx被用于模拟PCB的关键走线，从而确保了高速信号传输的信号完整性，并考虑了整机的电磁兼容性. 仿真结果和实测结果表明，该系统已满足预定的功能要求.

[学位授予单位]: 电子科技大学

[学位]: 硕士

[学位奖]: 2013

[分类号]: TH776

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