基于FPGA的數字波束形成系統(tǒng)的研究.pdf

1、醫(yī)學超聲成像具有安全、無創(chuàng)、診斷及時、相對便攜等優(yōu)點，在臨床中得到廣泛應用。與X-CT(X線計算機體層攝影術)、MRI(核磁共振成像)、ECT(放射性核素成像)一起被公認為現代醫(yī)學四大影像技術。隨著現代半導體技術和計算機技術的飛速發(fā)展，數字化成為超聲系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。 在數字化超聲系統(tǒng)中，波束形成器是整個超聲成像系統(tǒng)的核心部分，主要負責發(fā)射脈沖與接收回波。發(fā)射脈沖的長度決定了圖像的軸向分辨力，超聲波束的寬度決定了圖像的橫向分辨

2、力，因此波束形成器的性能直接決定著成像質量的好壞。傳統(tǒng)的波束形成器采用模擬延遲線和選擇器來實現延時，其缺點是聚焦偏轉控制電路非常復雜、龐大，且模擬器件的固有特性，如插入損耗、阻抗不匹配、噪聲大、穩(wěn)定性差等，也會大大降低實際系統(tǒng)的性能。 本文首先在前期B超成像理論基礎和仿真的前提下，結合目前廣泛應用的FPGA技術，對數字化B超的前端系統(tǒng)的實現進行了初步分析，設計了前端系統(tǒng)的實現結構。接著對波束形成的原理進行分析和研究，分析常見的兩

3、種波束形成器的結構：非均勻采樣波束形成器和均勻采樣波束形成器。設計基于FPGA的數字波束形成器的均勻采樣的實現結構，保證最大采樣速率的前提下，大大減少對存儲容量的需求，簡化系統(tǒng)且易于實現。完成數字化前端的其他關鍵模塊：動態(tài)濾波器、數字化正交檢波器、NCO、對數壓縮等的原理分析和FPGA實現方法的詳細闡述。在Quartus II軟件上的仿真結果表明，采用FPGA進行數字化B超的設計不僅可以降低系統(tǒng)的成本與復雜度，而且提高了系統(tǒng)的精度。