基于FPGA的血管内声辐射力脉冲成像系统设计

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超声弹性成像技术作为一种检测组织弹性的手段而常用于疾病的诊断和研究。目前,一些超声弹性成像技术已广泛应用于医学临床,但其中的血管内声辐射力脉冲成像技术由于缺少同时具备低频高压发射通道和高频收发通道的成像系统而导致其临床应用受限。为此,本文设计了一种基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的血管内声辐射力脉冲成像系统,主要工作包括以下三个部分:(1)分析了声辐射力与激励信号的关系,讨论了激励信号的参数选择以提供系统设计依据。提出并验证了一种基于傅里叶变换的声辐射力脉冲成像位移估计算法,解决了时域互相关法难以计算组织中多个散射点位移的问题。(2)设计了一种同时具备低频高压发射通道和高频收发通道的超声弹性成像系统,满足了血管内声辐射力脉冲成像技术的应用需求。系统硬件部分包括高低频脉冲发射器、无源T/R开关、高带宽增益可调式放大器、高采样率模数转换器以及集成的板上电源。为提高系统的高频特性,进行了信号完整性设计。系统程序部分包括FPGA端的脉冲发射模块、数据采集模块、数据存储模块、数据缓冲模块、串口收发模块,和上位机端的成像控制程序、数据显示与处理程序。(3)测试了设计的血管内声辐射力脉冲成像系统,测试结果表明:低频脉冲发射器能够产生频率为5.26MHz、峰峰电压为160V、脉冲数为1200个的方波脉冲串,高频脉冲发射器能够产生中心频率为42.75MHz、-3d B带宽为15.5MHz~70MHz的脉冲,回波接收通道最大增益大于34d B且-6d B带宽为90MHz。系统实现了低频高压长脉冲串的发射和对组织仿体位移的检测,证明了系统用于血管内声辐射力脉冲成像的可行性。
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