基于FPGA的彩色多普勒超声信号处理

发布时间：2017-05-20 14:04

  本文关键词：基于FPGA的彩色多普勒超声信号处理，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着医用超声成像技术的不断进步，对成像的质量和速度提出了越来越高的要求。彩色超声多普勒信号处理具有数据量大、精度要求高以及实时性等特点，现阶段，随着半导体技术的发展，很多的半导体厂商也相继推出了高性能的信号处理平台以满足超声成像设备对成像质量和速度的要求，尤其是现场可编程逻辑门阵列（FPGA）中的并行处理技术的出现，大大提高了彩色超声多普勒信号的处理能力。 本论文正是针对上述问题，选用华西医院临床采集的颈部超声射频数据，以现场可编程逻辑门阵列（FPGA）技术在彩色超声多普勒信号处理中的应用为主要研究对象，在深入分析当今彩色多普勒信号处理的技术原理的基础上，对信号处理过程进行了详尽的讨论和研究： 1. FPGA硬件处理系统的设计。彩色多普勒超声信号处理系统是一个高速实时的信号处理系统，其特点是前端数据量大、处理实时性要求高，是整个成像系统设计的基础。 2.彩色多普勒射频信号的解调。利用正交解调对彩色多普勒信号进行提取，混频之后数据率仍然处在很高的频段，并通过抽取降低数据的采样率，该部分的算法要求很高的实时性。 3.壁滤波器的设计。为了消除从稳定的或慢速运动组织所反射的大幅度回波信号，利用壁滤波器对低频信号进行抑制。而壁滤波器的选型、参数的设置以及频率响应将影响后期成像质量的高低。 4.血流信息估计。首先利用解调之后的两路正交的数据完成多普勒信号复包络的功率谱计算，然后利用自相关技术对彩色血流的信息进行估计，并设置和调整阈值。 5.利用计算机对FPGA处理后的数据进行显示与验证。通过对比分析，验证了硬件逻辑处理的正确性，，为后续工程实践打下基础。
【关键词】：彩色血流 信号处理 FPGA
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TN911.7;R318.6
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-12
• 1.1 超声技术的发展10-11
• 1.2 本文主要工作11-12
• 第二章 彩色多普勒超声信号处理算法及 FPGA 逻辑实现12-42
• 2.1 超声多普勒效应原理12-14
• 2.2 多普勒射频信号的存储与读取14-17
• 2.2.1 SPI 接口14-15
• 2.2.2 SD 卡初始化及读操作15-17
• 2.2.2.1 SD 卡存储结构15
• 2.2.2.2 初始化及读操作15-17
• 2.3 正交解调原理及 FPGA 逻辑实现17-20
• 2.3.1 正交解调原理分析17-18
• 2.3.2 正交解调的 FPGA 逻辑实现18-20
• 2.4 抽取降频原理及 FPGA 逻辑实现20-23
• 2.4.1 半带 FIR 滤波器原理20-21
• 2.4.2 半带滤波器设计与 FPGA 逻辑实现21-23
• 2.5 数据重排原理及 FPGA 逻辑实现23-25
• 2.6 壁滤波器原理与 FPGA 逻辑实现25-35
• 2.6.1 IIR 滤波器原理及其响应26-27
• 2.6.2 壁滤波器初始化方法27-30
• 2.6.3 壁滤波器选型30-31
• 2.6.4 MATLAB 算法仿真31-33
• 2.6.5 FPGA 逻辑实现33-35
• 2.7 自相关运算原理及 FPGA 逻辑实现35-38
• 2.7.1 自相关原理35-36
• 2.7.2 FPGA 逻辑实现36-38
• 2.8 功率计算原理与 FPGA 逻辑实现38-39
• 2.9 血流速度估计原理与 FPGA 逻辑实现39-40
• 2.10 信号处理总体结构40-41
• 2.11 程序设计流程41-42
• 第三章 超声信号处理核心 XILINX SPARTAN-6 LX45 分析与设计42-49
• 3.1 SPARTAN-6 系列 FPGA 设计42-49
• 3.1.1 FPGA 开发流程42-44
• 3.1.2 SPARTAN-6 LX45 时钟与复位44-45
• 3.1.3 SPARTAN-6 LX45 块 RAM 资源45-46
• 3.1.4 SPARTAN-6 LX45 DSP48A1 SLICE46
• 3.1.5 SPARTAN-6 LX45 的时序约束46-49
• 第四章 XILINX SPARTAN-6 LX45 外围硬件设计49-56
• 4.1 JTAG 接口和配置49-51
• 4.2 SD 卡接口51
• 4.3 VGA 显示接口51-53
• 4.4 电源管理53-54
• 4.5 电路板设计结果54-56
• 第五章 仿真与测试结果56-65
• 5.1 模块仿真与测试结果56-60
• 5.2 硬件处理结果60-64
• 5.3 系统实物64-65
• 第六章 结论65-67
• 6.1 工作总结65-66
• 6.2 下一步工作的展望66-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-70
• 攻硕期间取得的研究成果70-71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 左东广,魏瑞轩;SPI接口技术及应用[J];工业控制计算机;2001年02期

2 刘益成,林其伟;半带滤波器原理与设计──一种抽取因子为2的FIR滤波器[J];石油仪器;1995年01期

3 付亚光;武剑辉;栾强厚;王正发;;基于FPGA的彩超信号处理中的壁滤波器设计与实现[J];现代生物医学进展;2013年04期

4 王沛东;沈毅;王艳;;超声成像中投影初始化壁滤波器的设计及实现[J];生物医学工程学杂志;2008年02期

5 陈思平;医学超声影像产业现状和发展[J];应用声学;2005年04期

  本文关键词：基于FPGA的彩色多普勒超声信号处理，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：381823