基于FPGA的超声流速剖面测量系统设计.pdf

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1、第36卷第5期压电与声光VoI．36NO．52014年10月PIEZOE1ECTRICS＆AC0USTOOPT1CS()ct．2Ol4文章编号：10042474(2014)050810—04基于FPGA的超声流速剖面测量系统设计叶宗英。，邱维宝。，池利阳。，牟培田。，邹玉华(1．桂林电子科技大学电子工程与自动化学院，广西桂林541004；2．中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所，广东深圳518055)摘要：血流速度的检测对于临床医学具有重要意义。该文提出了一种基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的脉冲多普勒血流速度剖面测量系统。该系统使用

2、LiNbO。压电换能器作为探头，利用FPGA控制超声脉冲的收发；设计出基于希尔伯特变换的数字正交解调器取代传统混频器对回波信号进行解调，并在FPGA中实现快速傅里叶变换完成了频谱分析。经实验验证，系统能测出血管仿体内的速度剖面，测量误差小于7。关键词：现场可编程逻辑门阵列(FPGA)；LiNbO压电换能器；超声；脉冲多普勒；速度剖面中图分类号：TN912；TP274文献标识码：ADesignofUltrasonicFlowVelocityProfileMeasurementSystemBasedonFPGAYEZongying～，QIUWeibao，CH

3、ILiyang～，MUPeitian。，ZOUYuhua(1．SchoolofElectronicEngineeringandAutomation，GuilinUniversityofElectronicTechnology，Guilin541004，China；2．InstituteofBiomedicalandHealthEngineering，ShenzhenInstitutesofAdvancedTechnology，ChineseAcademyofSciences，Shenzhen518055，China)Abstract：Bloodflowv

4、elocitydetectionisimportantforclinicalmedicine．AnFPGA—basedsystemofultrasonicpulsedwaveDopplerwasproposedtomeasurebloodflowvelocityprofile．ALiNb()3piezoelectrictransducerwasusedastheprobetOproduceandreceiveultrasonicpulses．TheultrasonicpulserecurrencefrequencywascontrolledbyFPGA．

5、TheconventionalanalogmixerwaseliminatedbythedigitalquadraturedemodulatorbasedonHilberttransformfortheechosignaldemodulation．ThespectrumanalysiswasrealizedinFPGAthroughthefastFouriertransform．Theexperimentverifiedthattheproposedsystemcanmeasurethevelocityprofileinbloodvesselwithth

6、edeviationoflessthan7．Keywords：FPGA；LiNbO3piezoelectrictransducer；ultrasonic；pulsedwaveDoppler；velocityprofile0引言1测量原理大量临床研究表明，人体主要血管的血流动力超声多普勒血流检测技术是利用多普勒效应来学参数能直接反映人体的生理功能，可作为辅助临检测运动物体的速度，脉冲多普勒采用收发一体的床诊断的重要测量指标l1]。传统的多普勒血流测量压电式换能器，脉冲多普勒血流检测原理图如图l系统采用模拟电路来实现对回波信号的检测，然后所示。用计算机实现频

7、谱分析和显示[2]，测量效果也仅限于获取血流方向和血管内平均流速估计。模拟超声信号处理通道对器件要求很高，外界电磁干扰和环境的变化易造成元器件工作状态的改变，电路性能管不高且稳定性差。本文提出了一个基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的全数字化多点选通脉冲多普图1脉冲多普勒血流测量原理图勒测量系统，它能准确估计血管内的流速分布情况，当发射频率为的超声波遇到流动的血液，会呈现出血流速度剖面。产生回波信号。根据多普勒效应，血液中运动的红收稿日期：2ol4一O62O基金项目：国家自然科学基金青年基金资助项gt(61302038)作者简介：叶宗英(1989一)，

8、男，河南信阳人，硕士生，主要从事超声血流检测方面的研究。邱维宝(1982一)，男