超聲數(shù)字波束合成方法的研究與優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、超聲成像技術(shù)已廣泛應(yīng)用于心血管、內(nèi)臟和泌尿系統(tǒng)等疾病的臨床醫(yī)學(xué)診斷。在超聲成像技術(shù)中,波束合成技術(shù)是整個(gè)系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié),它直接決定了醫(yī)學(xué)超聲成像的質(zhì)量好壞,其中逐點(diǎn)動(dòng)態(tài)聚焦、動(dòng)態(tài)孔徑和編碼激勵(lì)又是波束合成的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。它們在改善波束橫向分辨率、主瓣寬度、提高信噪比與探測深度等方面有著重要的作用。動(dòng)態(tài)聚焦過程中,隨著聚焦點(diǎn)間距逐漸減小,橫向分辨率逐漸提高,主瓣寬度逐漸改善;動(dòng)態(tài)孔徑控制技術(shù)能減小最大延遲時(shí)間、增加近場區(qū)的聚焦深度、減少死

2、區(qū);編碼激勵(lì)技術(shù)能在改善縱向分辨率的基礎(chǔ)上提高穿透力,對信噪比、探測深度、微弱信號檢測的靈敏度等方面有顯著效果。固然上述這三種方法能大幅度地提高超聲所成圖像的品質(zhì),但是這些方法的固有特性卻在一定程度上局限了它們在工程實(shí)際中的廣泛應(yīng)用,具體表現(xiàn)在:
　　①逐點(diǎn)動(dòng)態(tài)聚焦技術(shù),面臨聚焦延遲參數(shù)多、存儲容量巨大等問題,嚴(yán)重阻礙了高精度的逐點(diǎn)動(dòng)態(tài)聚焦在工程實(shí)際中的廣泛應(yīng)用。在順序掃描方式下,如果不進(jìn)行合理有效的動(dòng)態(tài)孔徑控制,可能造成相鄰掃描

3、線區(qū)域間將存在聚焦波束不能有效覆蓋的死區(qū),且可能增加圖像的偽影和噪聲。
　?、谠诰幋a信號的匹配濾波過程中,傳統(tǒng)的脈沖壓縮置于波束合成之后,這在一定程度上降低了運(yùn)算復(fù)雜度,然而在脈沖壓縮環(huán)節(jié)中,仍需要幾百階的濾波器才能獲得較高的信噪比,這對硬件系統(tǒng)的運(yùn)算要求很高,脈沖壓縮濾波器直接給數(shù)字波束合成系統(tǒng)引入了顯著的運(yùn)算負(fù)荷。
　　針對上述這兩個(gè)缺陷,本文進(jìn)行了如下的研究工作:
　　1)提出了一種融合動(dòng)態(tài)孔徑的聚焦延遲參數(shù)的壓

4、縮方法。該方法在相對聲程差的基礎(chǔ)上,結(jié)合動(dòng)態(tài)孔徑控制方法,通過存儲各陣元的相應(yīng)開啟位置和它對應(yīng)的初始數(shù)據(jù)及各陣元數(shù)據(jù)發(fā)生遞減的位置序號,來實(shí)現(xiàn)逐點(diǎn)動(dòng)態(tài)聚焦延遲參數(shù)的壓縮存儲。對于聚焦過程而言,在進(jìn)行動(dòng)態(tài)孔徑控制的同時(shí),對壓縮存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)解壓處理,生成各陣元所需的聚焦延遲參數(shù),從而實(shí)現(xiàn)高精度的逐點(diǎn)動(dòng)態(tài)聚焦。數(shù)據(jù)分析表明:該方法不僅實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)孔徑與逐點(diǎn)動(dòng)態(tài)聚焦的有機(jī)融合,改善了聚焦波束質(zhì)量,提高了圖像品質(zhì),同時(shí)大幅度提高了聚焦延遲參數(shù)

5、的壓縮效率,在一個(gè)小容量、低密度的FPGA上,也能實(shí)現(xiàn)高精度的逐點(diǎn)動(dòng)態(tài)聚焦。
　　2)提出了編碼激勵(lì)與降采樣有效融合的波束合成方法。針對現(xiàn)有硬件系統(tǒng)難以滿足多種編碼激勵(lì)信號在工程實(shí)際中的高效實(shí)時(shí)性等問題,本文提出了融合降采樣的復(fù)基帶脈沖壓縮(CBPCD)這一高效的脈沖壓縮方法。CBPCD算法首先對回波信號進(jìn)行頻譜搬移,將原信號解調(diào)為高頻和低頻分量,然后利用低通濾波提取低頻分量,并對其進(jìn)行降采樣處理獲得復(fù)基帶數(shù)據(jù),最后進(jìn)行脈沖壓縮得