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《基于FPGA的B超成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、第21卷第2期中原工學(xué)院學(xué)報(bào)Vol.21No.22010年4月JOURNALOFZHONGYUANUNIVERSITYOFTECHNOLOGYApr.,2010文章編號(hào):1671-6906(2010)02-0072-04基于FPGA的B超成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)謝佳峰,譚冠政(中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院,長沙410083)摘要:闡述了基于FPGA的B超成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案.該系統(tǒng)采用FPGA產(chǎn)生脈沖串,經(jīng)過功率放大電路驅(qū)動(dòng)超聲波換能器,超聲波經(jīng)過探測(cè)后到達(dá)接收換能器,利用時(shí)間增益補(bǔ)償電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償,再用對(duì)數(shù)放大器TL441對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行檢波放大,經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換到FPGA進(jìn)行動(dòng)態(tài)濾
2、波,最后由FPGA控制信號(hào)在顯示屏上顯示輸出.關(guān)鍵詞:B超成像系統(tǒng);FPGA;濾波器中圖分類號(hào):TP29文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:ADOI:10.3969/j.issn.1671-6906.2010.02.019便攜式B型超聲診斷儀具有無創(chuàng)傷、簡便易行、對(duì)這些信息作提取、分析或顯示就可察知生物組織的相對(duì)價(jià)廉等優(yōu)勢(shì),在臨床中越來越得到廣泛的應(yīng)內(nèi)在特性.因此,我們可以利用超聲波來傳遞生物內(nèi)部[1-4]用.便攜式B型超聲診斷儀由人機(jī)交互系統(tǒng)、探信息,充當(dāng)信使作用,從而達(dá)到無創(chuàng)傷診斷的目的.這[5]頭、成像系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)構(gòu)成.基本工作過程是:首先就是超聲成像得以實(shí)現(xiàn)的物理學(xué)基礎(chǔ).
3、人機(jī)交互系統(tǒng)接收到用戶通過鍵盤或鼠標(biāo)發(fā)出的命令,然后成像系統(tǒng)根據(jù)命令控制探頭發(fā)射超聲波,并對(duì)2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)回波信號(hào)處理、合成圖像,最后通過顯示系統(tǒng)完成圖像的顯示.由于目前信號(hào)的濾波都是在模擬部分完成,本如圖1所示,整個(gè)系統(tǒng)以超聲波發(fā)射和接收為核文提出在FPGA中用數(shù)字濾波器來代替.心進(jìn)行設(shè)計(jì),系統(tǒng)采用FPGA產(chǎn)生脈沖串,經(jīng)過功率放大電路驅(qū)動(dòng)超聲波換能器,超聲波經(jīng)過生物組織到1理論分析達(dá)接收換能器,利用對(duì)數(shù)放大器TL441對(duì)回波衰減信號(hào)進(jìn)行對(duì)數(shù)放大,最后由A/D采樣進(jìn)入FPGA對(duì)數(shù)彈性媒介中傳播的應(yīng)力、質(zhì)點(diǎn)位移、質(zhì)點(diǎn)速度等量據(jù)進(jìn)行處理并合成圖像進(jìn)行顯示輸出.系統(tǒng)還配備了的變化稱為
4、聲波,它是一種機(jī)械波.一般人耳對(duì)聲波的鍵盤、顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能.聽覺頻率范圍大約是20Hz至2MHz,習(xí)慣上我們把低于該頻率范圍的叫次聲波,而高于該范圍的叫超聲波,醫(yī)學(xué)臨床診斷用的超聲設(shè)備的頻率范圍是2MHz[5]~10MHz.當(dāng)超聲波傳入生物組織器官時(shí),由于這些生物組織器官具有不同密度、不同聲速等理化特性,它們對(duì)外圖1系統(tǒng)框圖來的超聲波能量將產(chǎn)生反射、透射或折射、散射、衰減2.1主控芯片和非線性參量等效應(yīng),運(yùn)動(dòng)組織還將產(chǎn)生多普勒效應(yīng).本系統(tǒng)采用Altera公司的Cyclone-II系列收稿日期:2010-03-05作者簡介:謝佳峰(1983-),男,浙江寧波人,碩士生.
5、第2期謝佳峰等:基于FPGA的B超成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)73EP2C5Q208C8FPGA作為本系統(tǒng)的核心.B超成像2.4超聲回波接收電路的對(duì)數(shù)放大器系統(tǒng)要求對(duì)超聲波發(fā)射和接收的時(shí)序上需要精確地控超聲波在生物組織中傳播時(shí),在不同組織界面均制,這不僅需要處理器的速度快,而且需要多個(gè)定時(shí)會(huì)發(fā)生反射,通常在同一組織中傳播時(shí),也會(huì)因?yàn)椴痪?由接收單元返回的是電壓信號(hào),需要經(jīng)過精確地勻性而發(fā)生反射或背向散射.理論和實(shí)踐表明,反射和A/D采集轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳遞給FPGA進(jìn)行處理.散射的變化范圍可以達(dá)到50~60dB,而目前一般小Altera新款CycloneII系列是基于Cyclone系列型LC
6、D液晶數(shù)字顯示屏是沒有能力顯示60dB的反推出的,具有更低的成本、更大的容量和更多特殊性射或散射信號(hào)的.因此,接收放大通道中要加入一個(gè)對(duì)能.新器件具有4608~68416個(gè)邏輯單元(LE),有一數(shù)放大器,用來把60dB的動(dòng)態(tài)范圍壓縮到40dB內(nèi).組優(yōu)化特性,其中包括多達(dá)150個(gè)嵌入1818乘法如圖3所示,B超儀器中常用的TL441型對(duì)數(shù)放器、專用外部存儲(chǔ)器接口電路、4kbit嵌入存儲(chǔ)塊、鎖相大器,它是美國TI(TexasInstrumentInc)的產(chǎn)品,16環(huán)(PLL)和高速差分I/O能力.這種新器件比第一代腳雙列直插式封裝.TL441具有四級(jí)對(duì)數(shù)放大器,對(duì)Cyclone產(chǎn)品具
7、有2倍多的I/O管腳,且對(duì)可編程邏數(shù)線度為1dBV,每級(jí)的輸入阻抗為500,工作頻率輯、存儲(chǔ)塊和其他特性進(jìn)行最優(yōu)的組合.這樣,整個(gè)系從直流到40MHz,左右兩路并聯(lián)后形成120dB的對(duì)統(tǒng)具有較低的風(fēng)險(xiǎn)和較快的面市時(shí)間.數(shù)放大器,并且有4個(gè)腳可用作線性度調(diào)整.2.2超聲波發(fā)射電路超聲波的發(fā)射電路是B超成像系統(tǒng)的關(guān)鍵部分,對(duì)超聲圖像質(zhì)量有重要影響.具體發(fā)射電路如圖2所示.圖3回波接收電路的對(duì)數(shù)放大器2.5A/D采樣電路B超信號(hào)接收電路有一款合適的A/D轉(zhuǎn)換器十分重
