基于FPGA的高频超声血液流速检测技术的研究及系统实现

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1、AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterStudyonFPGA—-basedHigh··frequencyUltrasoundBloodFlowDetectionTechnologyandSystemImplementationByYangYangpuSupervisor：Prof．ZhangYuboZhangControlEngineering————SchoolofElectricalEngineeringMay'2014学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师

2、的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：才嘞卸蓬日期：川斗年。阳o／日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制

3、手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：桃普日期：z。竹年oi月Df日摘要血液的动力学参数与血管的生理功能具有直接的联系，血液流速和血流量的无创可视化实时监测对心血管疾病的早期诊断、血行障碍的判定以及治疗方案的评估具有实际的临床价值，在生物医学领域具有极大的需求。超声多普勒血液流速检测系统具有无创、方便有效、实时显示、价格低廉等优势，己被广泛应用于测量人体的血液动力学参数。本文在深入学习血管内血液流动特征和超声脉冲多普勒血流测量原

4、理基础上，针对脉冲多普勒高频超声(大于20MHz)成像系统，提出了一种新的回波信号正交解调方案。并以AlteraCyclonellI系列EP3C40F484C8型现场可编程门阵列(FPGA)芯片为控制核心实现全数字化信号处理方案的脉冲多普勒血液流速测量系统。系统的硬件结构按照实际功能可划分为超声发射激励电路、差分放大和高速A／D转换模拟前端电路、回波信号采集与处理的数字信号处理电路、计算机与FPGA间数据传输模块，以及用于频谱显示的人机交互控制模块。数字电路的实现方案使系统电路集成化、小型化、低噪声，稳定性和可靠性得到提高。系统软件主要包括FPGA内部通过VH

5、DL语言实现的换能器激励模块、回波信号的正交解调和频谱分析等信号处理模块和USB3．0数据传输模块。脉冲多普勒频谱频移信号将传输至计算机端由VC实现的用户交互界面进行血流速度的频谱波形图进行显示。系统的算法均采用模块化结构设计，易于算法的升级和系统的扩展，可以满足1i同的需求。FPGA的高速并行数字信号处理特点，也使系统的实时性得到提高。本文搭建了基于超声多普勒血流速度物理模型的实验平台，对系统的各个部分进行联合调试，并对其正确性进行试验验证。实验结果表明研究设计的基于FPGA的高频脉冲多普勒超声血液流速测量系统可以完成对血管内不同深度的血流进行实时检测，得到

6、得到了流速的抛物线剖面图。同时高频超声拥有更高的空间分辨率使系统对慢速血流和微循环血管的检测也具有良好的性能，对评估小动物心血管功能和后续科学研究具有重要意义。关键词：脉冲多普勒数字正交解调FPGA高频超声血液流速Abstract’I’hekineticparametersofthebloodwereconfirmedthathaddirectlinkWiththephysiologicalfunctionofthebloodvesseles．Noninvasivevisualizationofreal-timemonitoringofbloodflowwas

7、usedtotheearlydiagnosis，blooddisorderscardio—vasculardiseasedeterminationandevaluationoftreatmentprogramswhichhadpracticalclinicalvalueinthemedicalfieldofbiologicalandgreatdemand．Dopplerbloodflowdetectionsystemwithnon—invasive，convenientandeffective，real—timedisplayandlowcostadvanta

8、ges，hadbeenwidelyus