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1、第21卷第2期中原工学院学报Vol.21No.22010年4月JOURNALOFZHONGYUANUNIVERSITYOFTECHNOLOGYApr.,2010文章编号:1671-6906(2010)02-0072-04基于FPGA的B超成像系统的设计谢佳峰,谭冠政(中南大学信息科学与工程学院,长沙410083)摘要:阐述了基于FPGA的B超成像系统的设计方案.该系统采用FPGA产生脉冲串,经过功率放大电路驱动超声波换能器,超声波经过探测后到达接收换能器,利用时间增益补偿电路对信号进行补偿,再用对数放大器TL441对回波信号进行检波放大,经过A/D转换到FPGA进行动态滤
2、波,最后由FPGA控制信号在显示屏上显示输出.关键词:B超成像系统;FPGA;滤波器中图分类号:TP29文献标识码:ADOI:10.3969/j.issn.1671-6906.2010.02.019便携式B型超声诊断仪具有无创伤、简便易行、对这些信息作提取、分析或显示就可察知生物组织的相对价廉等优势,在临床中越来越得到广泛的应内在特性.因此,我们可以利用超声波来传递生物内部[1-4]用.便携式B型超声诊断仪由人机交互系统、探信息,充当信使作用,从而达到无创伤诊断的目的.这[5]头、成像系统、显示系统构成.基本工作过程是:首先就是超声成像得以实现的物理学基础.
3、人机交互系统接收到用户通过键盘或鼠标发出的命令,然后成像系统根据命令控制探头发射超声波,并对2系统硬件设计回波信号处理、合成图像,最后通过显示系统完成图像的显示.由于目前信号的滤波都是在模拟部分完成,本如图1所示,整个系统以超声波发射和接收为核文提出在FPGA中用数字滤波器来代替.心进行设计,系统采用FPGA产生脉冲串,经过功率放大电路驱动超声波换能器,超声波经过生物组织到1理论分析达接收换能器,利用对数放大器TL441对回波衰减信号进行对数放大,最后由A/D采样进入FPGA对数弹性媒介中传播的应力、质点位移、质点速度等量据进行处理并合成图像进行显示输出.系统还配备了的变化称为
4、声波,它是一种机械波.一般人耳对声波的键盘、显示、数据存储等功能.听觉频率范围大约是20Hz至2MHz,习惯上我们把低于该频率范围的叫次声波,而高于该范围的叫超声波,医学临床诊断用的超声设备的频率范围是2MHz[5]~10MHz.当超声波传入生物组织器官时,由于这些生物组织器官具有不同密度、不同声速等理化特性,它们对外图1系统框图来的超声波能量将产生反射、透射或折射、散射、衰减2.1主控芯片和非线性参量等效应,运动组织还将产生多普勒效应.本系统采用Altera公司的Cyclone-II系列收稿日期:2010-03-05作者简介:谢佳峰(1983-),男,浙江宁波人,硕士生.
5、第2期谢佳峰等:基于FPGA的B超成像系统的设计73EP2C5Q208C8FPGA作为本系统的核心.B超成像2.4超声回波接收电路的对数放大器系统要求对超声波发射和接收的时序上需要精确地控超声波在生物组织中传播时,在不同组织界面均制,这不仅需要处理器的速度快,而且需要多个定时会发生反射,通常在同一组织中传播时,也会因为不均器;由接收单元返回的是电压信号,需要经过精确地匀性而发生反射或背向散射.理论和实践表明,反射和A/D采集转换成数字信号传递给FPGA进行处理.散射的变化范围可以达到50~60dB,而目前一般小Altera新款CycloneII系列是基于Cyclone系列型LC
6、D液晶数字显示屏是没有能力显示60dB的反推出的,具有更低的成本、更大的容量和更多特殊性射或散射信号的.因此,接收放大通道中要加入一个对能.新器件具有4608~68416个逻辑单元(LE),有一数放大器,用来把60dB的动态范围压缩到40dB内.组优化特性,其中包括多达150个嵌入1818乘法如图3所示,B超仪器中常用的TL441型对数放器、专用外部存储器接口电路、4kbit嵌入存储块、锁相大器,它是美国TI(TexasInstrumentInc)的产品,16环(PLL)和高速差分I/O能力.这种新器件比第一代脚双列直插式封装.TL441具有四级对数放大器,对Cyclone产品具
7、有2倍多的I/O管脚,且对可编程逻数线度为1dBV,每级的输入阻抗为500,工作频率辑、存储块和其他特性进行最优的组合.这样,整个系从直流到40MHz,左右两路并联后形成120dB的对统具有较低的风险和较快的面市时间.数放大器,并且有4个脚可用作线性度调整.2.2超声波发射电路超声波的发射电路是B超成像系统的关键部分,对超声图像质量有重要影响.具体发射电路如图2所示.图3回波接收电路的对数放大器2.5A/D采样电路B超信号接收电路有一款合适的A/D转换器十分重
