超声多普勒内窥成像信号处理系统的研究

【摘要】：超声诊断技术具有无痛、无损、无离子辐射和可重复检查等一系列优点,因此被广泛的应用于临床医学。多普勒超声诊断又称D型超声诊断,是利用多普勒效应,对心血管系统以及各脏器内正在流动的血液进行检测,从而获得血流方向、血流速度分布以及血流状态等一些重要的血流信息,临床上广泛用于评价外周动脉和静脉的动力学特征并辅助诊断血管疾病。 医用超声多普勒内窥镜系统是以超声内窥镜为基础,将超声波在疾病诊断上的优势和多普勒效应对运动物体的高敏感度结合起来对疾病进行诊断。本文针对超声内窥成像提出了全数字化的信号处理方案,对内窥小探头获得的微弱信号进行处理,利用现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)实现信号的解调和频谱分析;搭建基于多普勒物理模型的实验平台,在实验室已有的基础上,将多普勒系统各部分连接起来,进行系统的联调实验,实现了超声多普勒内窥成像系统,并对其正确性进行了验证。 本论文的主要工作包括: (1)获取多普勒回波信号:搭建以蠕动泵为核心的模拟血流实验台,蠕动泵将模拟血液从贮血器中抽出,通过模拟血管及流量计后再回到贮血器,完成整个流动的循环,通过探头对模拟血管中的血液进行探测获得多普勒回波; (2)确定信号处理方案:分析多普勒回波信号的特点,研究提取多普勒频移信息的方法,确定基于FPGA的数字化回波信号处理方案; (3)完成基于FPGA的程序设计:在Quartus II环境下,编写Verilog程序,实现对整个信号处理的时序控制和模块设计,编程实现解调、滤波、距离选通以及DTFT频谱分析等功能; (4)系统的联调实验:连接多普勒成像系统中各实验装置,主要包括物理模型血流实验台、数据接收与处理电路、波形监测与结果显示三个部分。进行不同条件下的联调实验,完成整个系统的连接和调试,验证系统以及信号处理方法的正确性。