论文部分内容阅读
科学技术的发展推动着医疗行业的不断进步。医用超声内镜是将传统内窥镜与超声技术相结合,利用超声成像技术安全、无创、精准的特点,及时检查出患者体内的病变情况,做到早发现、早治疗。常见超声内镜系统包括单阵元超声内镜系统和相控阵超声内镜系统。与传统单阵元超声系统相比,相控阵超声系统成像分辨率更高、图像质量更好,目前被国内各大医院所广泛应用。相控阵超声内镜系统的研究难点如下:换能器阵元数的增多能改善超声图像的质量,但是运算的数据量也随之变大,致使超声内镜系统在硬件架构上的复杂度增加,开发难度变大;目前较为常用的超声成像算法为合成孔径算法,但是其具有旁瓣噪声严重,成像速度慢等不足。针对以上问题,本文设计了一套医用64阵元实时相控阵超声内镜成像系统,包括发射模块、接收模块、传输模块和超声成像算法四部分。通过使用仿真数据及实际超声回波数据进行成像实验,表明搭建的系统具有可行性,提出的算法具有实时性和高效性。本文的主要工作如下:1、调研国内外相控阵超声成像系统设计方案,设计了64阵元医用相控阵超声内镜系统方案。2、完成了医用相控阵超声内镜发射模块设计,通过FPGA编程,实现高压脉冲产生、换能器激励、阵元选通、高精度信号延时等功能。3、完成了医用相控阵超声内镜接收模块设计,使用AD9272搭建预处理模块,实现高压限幅、信号放大、增益控制、带通滤波、模数转换等功能。4、完成了医用相控阵超声内镜传输模块设计,通过PCIe3.0总线,将回波数据高速上传到主机。5、提出了基于相干系数的合成孔径算法(Coherence-Based Synthetic Aperture Beamforming,CFSA),通过引入相干系数,提高了合成孔径算法对旁瓣噪声的抑制效果,改善了回波图像的质量。6、利用CUDA对CFSA算法进行并行化处理,通过使用GPU对算法进行加速,使算法满足医用超声内镜系统实时性的要求。7、在完成各子模块的基础上,搭建64阵元医用相控阵超声内镜系统。通过对铁丝和猪皮样本进行成像,验证了系统的可行性。