基于軟件無線電的編碼激勵超聲血流檢測系統(tǒng)的研究.pdf

1、醫(yī)學(xué)超聲檢測系統(tǒng)具有無損、價廉、實時的優(yōu)點,被廣泛運用于人體血流動力學(xué)參數(shù)測量領(lǐng)域,對生理研究和疾病診斷都具有重要價值。近年來,隨著工程電子、信號處理、半導(dǎo)體集成電路等現(xiàn)代高新技術(shù)的迅速發(fā)展,提高血流測速分辨力、改善回波信噪比、增強系統(tǒng)的靈活性,實現(xiàn)系統(tǒng)的智能化和小型化成為醫(yī)學(xué)超聲檢測領(lǐng)域的研究熱點。
　　論文深入研究了超聲血流檢測中涉及到的若干關(guān)鍵性問題,提出了一套完整的系統(tǒng)解決方案。采用軟件無線電思想和編碼激勵技術(shù)來改進傳統(tǒng)超

2、聲系統(tǒng)的硬件平臺,并配以高性能的流速估計方法,用以實現(xiàn)血流速度剖面的定量測量。論文的創(chuàng)新性工作包括了硬件平臺和軟件算法兩個部分的內(nèi)容,主要概括如下:
　　1)將軟件無線電思想引入到系統(tǒng)平臺構(gòu)建中,將高速模數(shù)轉(zhuǎn)換推進到超聲接收電路的最前端,直接對未經(jīng)解調(diào)的超聲射頻回波信號進行采樣量化,使得大部分的系統(tǒng)功能完全由軟件實現(xiàn)。同時,采用了現(xiàn)代集成電路技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)的最新成果,提出了一個穩(wěn)定的、通用的全數(shù)字化硬件平臺設(shè)計方案,實現(xiàn)了

3、超聲信號的發(fā)射、接收、采樣量化和后續(xù)處理。
　　2)將編碼激勵技術(shù)引入到超聲發(fā)射信號的改進中,對適用于血流檢測的編碼特性進行了深入剖析,從編碼優(yōu)選的角度出發(fā),提出一種ZCWC碼序列組,該組序列具有區(qū)域最理想的非周期自相關(guān)性和互相關(guān)性,在零相關(guān)窗內(nèi)可以完全消除旁瓣。論文給出了ZCWC碼序列組的構(gòu)造方法并分析了采用該碼測量血流速度剖面的原理,通過單反射面回波實驗、混合編碼回波分離實驗和模擬血流測量實驗驗證了該碼的優(yōu)良特性。
　　

4、3)依據(jù)超聲血流散射回波信號的形成機理,提出一種更精確的分布式速度回波信號模型來描述散射子運動的時延效應(yīng),首次引入了分布參數(shù)的概念來反映測量單元內(nèi)流速的分布狀況。
　　4)針對傳統(tǒng)窄帶流速估計方法會受到中心頻率偏移和短脈沖頻譜展寬導(dǎo)致精度下降的缺點,提出了一種基于頻譜特征匹配的2-DFST算法。直接對攜帶著原始運動信息的超聲射頻回波序列進行二維傅立葉變換,利用發(fā)射信號生成動態(tài)特征模板,采用簡化的相關(guān)系數(shù)作為相似性度量準則進行跟蹤匹

5、配,由匹配成功后的特征點坐標得到寬帶回波信號的中心頻率和多普勒頻移的估計,計算出流速測量值。
　　5、針對高軸向分辨率的實時系統(tǒng)需要利用小樣本進行有效快速的估計的特點,提出了一種基于分布式速度回波信號模型的TVJE算法,將傳統(tǒng)的單一速度估計問題擴展成中心速度和分布參數(shù)的二維聯(lián)合估計。根據(jù)表征速度擴展程度的分布參數(shù)估計值動態(tài)調(diào)整采樣容積的大小,利用擴充后的樣本點估計出最終的流速剖面。實際應(yīng)用中,血流散射回波信號的隨機擾動對測量結(jié)果的

6、影響超過算法本身性能的影響,尤其是在樣本數(shù)較少的情況下。TVJE法首次提出分布參數(shù)作為估計的置信度準則,從另一個角度提供了提高流速估計質(zhì)量的新思路。該方法可有效改善估計算法在空間非平穩(wěn)信號環(huán)境下的表現(xiàn),提高了利用小樣本測量流速剖面的精確度和穩(wěn)健度。
　　完成了硬件平臺的搭建和軟件算法的調(diào)試后,采用該系統(tǒng)進行了模擬血流測量實驗研究。實驗結(jié)果表明系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)仿血液的速度剖面的定量測量,實驗結(jié)果與理論分析基本一致,尤其在小樣本數(shù)據(jù)時能獲