超声扫描仪中的数字波束形成技术研究

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医学超声成像具有安全、无创、诊断及时、相对便携等优点,与CT(计算机体层摄影术)、MRI(核磁共振成像)一起被公认为现代医学三大影像技术。波束形成器是整个超声成像系统的核心部分,主要负责发射脉冲与接收回波。发射脉冲的长度决定了图像的轴向分辨力,超声波束的宽度决定了图像的侧向分辨力,因此波束形成器的性能直接决定着成像质量的好坏。 传统的波束形成器采用模拟延迟线和选择器来实现延时,其缺点是聚焦偏转控制电路非常复杂、庞大,且模拟器件的固有特性,如插入损耗、阻抗不匹配、噪声大、稳定性差等,也会大大降低实际系统的性能。本文设计的延时-相加数字波束形成器采用数字方式实现了动态聚焦所需的可变延时,更加精确、快速;且在接收过程中采用动态变迹技术,压低了旁瓣,提高了图像的对比分辨力:动态孔径则保证整幅图像的侧向分辨力比较均匀;此外,数字化技术还使得多波束形成成为可能,而多波束形成是提高帧速率的最有效可行的方法。 计算机仿真结果表明,延时-相加数字波束形成技术明显改善了图像的质量,大大提高了超声扫描系统的整体性能。 本文还给出了数字波束形成器的两套硬件实现方案。均匀采样法原理简单,易于实现,但对A/D采样率及存储器容量的要求较高;非均匀采样法延时精度高,存储器容量小,但采样时钟的控制较复杂。具体的方案论证和FPGA实现有待下一阶段继续进行。
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