基于平面波的超快超声成像系统研发

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1、硕士学位论文基于平面波的超快超声成像系统研发作者姓名：牟培田指导教师：邱维宝研究员中国科学院深圳先进技术研究院王丛知副研究员中国科学院深圳先进技术研究院学位类别：工程硕士学科专业：计算机技术培养单位：中国科学院深圳先进技术研究院2018年12月DevelopmentofultrafastultrasonicimagingsystembasedonplanewaveAthesissubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofEng

2、ineeringinComputerTechnologyByMuPeitianProfessorQiuWeibaoSupervisor:AssociateProfessorWangCongzhiShenzhenInstitutesofAdvancedTechnologyChineseAcademyofSciencesDec2018摘要摘要医学超声成像以其使用安全、成像速度快、价格便宜等优势在临床诊断中被广泛使用。同时，超声成像也伴随着电子技术和原理方法的发展而不断的推陈出新，为临床诊断提供更准确、更多样的辅助参考。然而，传统的超声成像通常采用线性扫描的方式，多次聚焦发射才能获得一幅完整的图

3、像，所以成像速度比较慢。虽然，每秒几十帧的传统超声影像，在人眼的感官上迟滞并不明显。但是，随着实时弹性成像、脑功能成像和超分辨成像等需求的出现，每秒都需要成百上千帧图像的重复叠加，这对成像速度提出了更高的要求。而基于平面波的超声成像，超声换能器各阵元同时受激励产生平面波，一次发射即可覆盖整个成像区域，一次接收就能获得一幅完整的图像，所以极大地提升了成像速度。本课题在深入学习了平面波成像技术原理的基础上，提出了一种基于平面波的超快超声成像系统方案。创新性的将超声成像帧频从每秒几十帧提高到了每秒一千帧以上，并且可以多角度发射平面波进行相干复合成像从而提高图像质量，通过工程研发将平面波成像原理落

4、地生根转化为平面波成像系统。本文的主要内容是系统的硬件电路设计和可编程逻辑开发，可实现128通道同时发射、128通道同时接收。采用FPGA（现场可编程门阵列）准确高效的进行逻辑控制，亦可实时接收上位机软件下发的指令和参数，对不同工作模式进行灵活的在线调整，并且对采集到的超声回波数据做了数字滤波等必要的前期处理，再上传给上位机软件做成像显示。本文在详细介绍了系统各部分功能模块的设计细节之外，也对系统进行了软硬件联合调试。在回波接收环节，信号增益-4dB至54dB可调，单通道模数转换速率可达65MSPS，转换分辨率12位；在超声激励环节，支持带角度偏转的平面波发射，激励频率1MHz至35MHz

5、可调，激励电压±64V；与上位机软件的数据传输采用USB3.0高速通信，实测速度达到300MByte/s以上。并通过对标准仿体的成像对系统进行了验证。实验结果表明，这套系统可以初步实现高帧频的超快超声成像的数据采集，为下一步平面波成像应用包括实时弹性成像、脑功能成像和I基于平面波的超快超声成像系统研发超分辨成像打下了坚实的基础。关键词：超声成像，平面波，高帧频，现场可编程门阵列IIAbstractAbstractMedicalultrasoundimagingiswidelyusedinclinicaldiagnosisbecauseofitsadvantagessuchasradiati

6、on-free,highspeedandlowcost.Atthesametime,withthedevelopmentofelectronictechnologyandtheinnovationofprincipleandmethod,ultrasoundimaginghasmadegreatprogress,whichcanprovidemoreaccurateandmoreauxiliaryreferenceforclinicaldiagnosis.However,thetraditionalultrasonicimagingusuallyadoptsthewayofelectron

7、icscanning,whichneedstobetransmittedmanytimestofocusonaframe,sotheimagingspeedisslow.Dozensofframespersecondarenotslowforthehumaneye,butwiththeemergenceofrealtimeelastographytechnology,functionalbrainimaging,supe