便携式功率M模式经颅多普勒超声测量系统的设计.pdf

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1、学校代码：10286分类号：TM13密级：公开UDC：615.4学号：151659便携式功率M模式经颅多普勒超声测量系统的设计研究生姓名：李已晴导师姓名：赵兴群教授申请学位类别工学硕士学位授予单位东南大学一级学科名称生物医学工程论文答辩日期2018年6月6日二级学科名称学位授予日期2018年6月日答辩委员会主席万遂人教授评阅人万遂人教授蒋红兵研究员级高工2018年6月6日硕士学位论文便携式功率M模式经颅多普勒超声测量系统的设计专业名称：生物医学工程研究生姓名：李已晴导师姓名：赵兴群教授导师姓名DESIGNONPO

2、RTABLEPOWERM-MODETRANSCRANIALDOPPLERULTRASONICMEASUREMENTSYSTEMAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYLIYi-qingSupervisedbyProfessorZHAOXing-qunSchoolofBiologicalScience&MedicalEngineeringSoutheastUniversityMay2018东南大学

3、学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司、万方数据电子出版社、北京万方数据股份有限公司有权保

4、留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名：导师签名：日期：摘要摘要脑血管疾病以其高死亡率和高致残率严重威胁着人类生命健康，加之近年来病发率不断攀升并伴有年轻化趋势，脑血管疾病的早期预警与诊断成为学术界亟待解决的课题之一。经颅多普勒超声测量设

5、备以其无辐射、无创伤、费用低且实时性良好等特点，在颅内血流动力学研究和临床检测中都得到了广泛的应用。但目前使用的传统型经颅多普勒超声测量设备存在着对超声窗和大脑血管定位困难以及难以捕捉微栓子运动轨迹等缺点。为了克服以上弊端，本文设计了一种便携式功率M模式经颅多普勒超声测量系统，它通过功率M模式成像技术（PMD）监测超声波束发射方向上全部检测深度的血流状态分布信息，能够轻松定位超声窗和血管；该系统采用双通道高速AD采样和双FIFO乒乓工作模式来确保良好的实时性和数据的连续性，并以模拟与数字相结合的方式降低了对高速采

6、样频率的需求，减小了数据后处理运算量；此外还简化了信号复杂度，提高了系统运行效率和集成度。系统的硬件模拟电路部分实现了超声波发射与接收、回波降噪与放大、信号解调与相位调整等功能；数字电路部分以FPGA为核心进行状态机设计，产生系统各个功能模块的工作时钟和控制时序。本文以高速USB作为硬件电路和上位机之间数据和信息交互的桥梁，USB设计包括以CYPRESS微处理芯片为基础的固件程序开发和上位机应用开发，两方相互配合，将采样数据以块传输模式上行发送至上位机，而参数消息和控制命令通过控制传输方式下行发送至FPGA控制中

7、心。软件部分采用多线程工作机制来提高系统工作效率，对采样数据进行滤波降噪处理并生成PMD图谱；采用短时傅里叶变换、对数处理和伪彩色变换计算选通深度采样信号的功率谱并生成声谱图，为临床医生提供更为详细准确的血流形态学和动力学参考依据。本系统通过硬件电路设计、USB固件驱动开发以及PC数据后处理等模块共同实现，小型便携、实时性良好，并配备有多种工作模式探头，能够满足不同的检测需求，对脑血管疾病的预防与诊断有重要作用。关键词：经颅多普勒超声测量；PMD成像技术；双FIFO；短时傅里叶变换IAbstractAbstrac

8、tThehighmortalityanddisabilityofcerebrovasculardiseasesthreatenthehealthofhuman,andtheincidencerateincreasessharplywiththeaverageagegettingmuchyounger,whichmakestheearlywarninganddiagnosi