超聲數(shù)字波束合成方法的研究與優(yōu)化設計.pdf

1、超聲成像技術已廣泛應用于心血管、內臟和泌尿系統(tǒng)等疾病的臨床醫(yī)學診斷。在超聲成像技術中,波束合成技術是整個系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié),它直接決定了醫(yī)學超聲成像的質量好壞,其中逐點動態(tài)聚焦、動態(tài)孔徑和編碼激勵又是波束合成的關鍵技術環(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。動態(tài)聚焦過程中,隨著聚焦點間距逐漸減小,橫向分辨率逐漸提高,主瓣寬度逐漸改善;動態(tài)孔徑控制技術能減小最大延遲時間、增加近場區(qū)的聚焦深度、減少死

2、區(qū);編碼激勵技術能在改善縱向分辨率的基礎上提高穿透力,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,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際中的廣泛應用,具體表現(xiàn)在:
　　①逐點動態(tài)聚焦技術,面臨聚焦延遲參數(shù)多、存儲容量巨大等問題,嚴重阻礙了高精度的逐點動態(tài)聚焦在工程實際中的廣泛應用。在順序掃描方式下,如果不進行合理有效的動態(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算復雜度,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)引入了顯著的運算負荷。
　　針對上述這兩個缺陷,本文進行了如下的研究工作:
　　1)提出了一種融合動態(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上,結合動態(tài)孔徑控制方法,通過存儲各陣元的相應開啟位置和它對應的初始數(shù)據(jù)及各陣元數(shù)據(jù)發(fā)生遞減的位置序號,來實現(xiàn)逐點動態(tài)聚焦延遲參數(shù)的壓縮存儲。對于聚焦過程而言,在進行動態(tài)孔徑控制的同時,對壓縮存儲的數(shù)據(jù)進行實時解壓處理,生成各陣元所需的聚焦延遲參數(shù),從而實現(xiàn)高精度的逐點動態(tài)聚焦。數(shù)據(jù)分析表明:該方法不僅實現(xiàn)了動態(tài)孔徑與逐點動態(tài)聚焦的有機融合,改善了聚焦波束質量,提高了圖像品質,同時大幅度提高了聚焦延遲參數(shù)

5、的壓縮效率,在一個小容量、低密度的FPGA上,也能實現(xiàn)高精度的逐點動態(tài)聚焦。
　　2)提出了編碼激勵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信號在工程實際中的高效實時性等問題,本文提出了融合降采樣的復基帶脈沖壓縮(CBPCD)這一高效的脈沖壓縮方法。CBPCD算法首先對回波信號進行頻譜搬移,將原信號解調為高頻和低頻分量,然后利用低通濾波提取低頻分量,并對其進行降采樣處理獲得復基帶數(shù)據(jù),最后進行脈沖壓縮得