相控阵超声内镜信号接收系统的研究

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1、相控阵超声内镜信号接收系统的研究ResearchofSignalReceptionSystemofPhasedArrayUltrasonicEndoscope学科专业：光学工程作者姓名：卞光宇指导教师：汪毅讲师天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一七年十月摘要超声内镜成像技术因自身无损、无痛、无电离辐射的特点，在人体消化道及其它部位的病变诊断中具有重要作用。超声内镜可分为环扫超声内镜和相控阵超声内镜。与传统的单阵元环扫超声内镜相比，相控阵超声内镜的优点在于：1.利用电子控制声束扫描和聚焦，避免机械运

2、动引入的系统噪声；2.成像的焦点位置和焦区深度灵活可控；3.阵元数目增加，能有效提高超声内镜的成像分辨率。目前，相控阵超声内镜的研究难点主要有：相控阵系统的数据计算量和存储量大，成像速度难以满足实时性的要求；换能器阵元数量增加，导致信号接收系统在硬件架构上的复杂度增加，开发难度较大。针对上述问题，本文设计了基于集成模拟前端AD9272的相控阵超声内镜信号接收系统，完成了模拟预处理电路、信号接收电路以及FPGA控制程序的设计，并通过实验验证了系统工作的稳定性。此外，还提出了一种相控阵超声内镜成像算法，

3、提高了成像信噪比和分辨率。本论文的主要工作包括：1.制定了基于集成模拟前端AD9272的相控阵超声内镜信号接收系统方案。实现了相控阵超声内镜中多通道信号的同步处理、缓存和传输，满足了成像实时性的要求。2.设计了模拟预处理电路和信号接收电路，包括FPGA及其周边电路、电源模块、SPI控制模块、DDR2缓存模块、通信模块等；编写FPGA控制程序，完成了DDR2的读写控制和系统各模块的时序控制，实现了超声回波数据的缓存和传输功能。3.搭建相控阵超声内镜系统实验平台，完成了信号处理及缓存传输测试实验，验证了

4、系统设计的可行性和正确性。4.提出基于编码激励的内镜超声相控阵成像算法，并用Matlab算法仿真验证了算法提高相控阵超声内镜成像信噪比和分辨率的可行性。关键词：相控阵，超声内镜，FPGA，信号接收，编码激励IABSTRACTTheendoscopeultrasoundsystem(EUS)imagingtechnologyformedicaldiagnosisplaysanimportantroleinthedetectionofhumanbodyandotherpartsofthedigestiv

5、etractbecauseofitsnon-destructive,painlessanduniqueabilitytoprobethemechanicalpropertiesoftissue.Therearetwocommonlyusedultrasoundendoscopysystems,ringscanendoscopicimagingsystemandphasedarrayultrasoundendoscopicimagingsystemrespectively.Comparedwithri

6、ngscanendoscopicimagingsystem,phasedarrayultrasoundendoscopicimagingsystemhasthreeadvantages.First,useelectronbeamfocusingandscanningwithoutthecaseofrotatingthetransducertoachievetissuescan.Second,achievetheultrasonicbeamspatialsynthesiseveninthelowdri

7、vingvoltageandgetastrongsoundfieldstrengthofthescanningsignal.Third,controlthefocussize,focusdepthandbeamdeflectiondirectionflexibly.Atpresent,maindifficultiesintheresearchofphasedarrayultrasoundendoscopicimagingsystemisthelargeamountofdatacomputationa

8、ndthelargeamountofdatastorage,whichmakesitdifficulttomeetthereal-timerequirement.Whenthenumberofelementsoftransducerincreases,thecomplexityofhardwarearchitectureofsignalreceivingsystemincreasestherewith.Accordingtoproblemsabove,asignalr