中国生物医学工程学报
中國生物醫學工程學報
중국생물의학공정학보
Chinese Journal of Biomedical Engineering
2015年
5期
581-588
,共8页
高频超声%图像处理%实验平台%FPGA
高頻超聲%圖像處理%實驗平檯%FPGA
고빈초성%도상처리%실험평태%FPGA
high frequency ultrasound%image processing%experimental platform%field programmable gate array (FPGA)
高频超声具有卓越的分辨能力,在临床和医学基础研究中都得到重要应用.新的图像和信号处理算法不断被提出来,用于提高其成像质量和获取新的信息.为了实验这些算法,需要一个通过编程来改变功能的实验平台,这个平台必须能进行高频超声扫描以采集图像,具备足够实验算法运行的硬件资源,而且能提供方便的调试手段.针对上述应用,提出一种基于FPGA的实验平台,用于研究10 ~ 50 MHz高频超声的图像和信号处理的实时算法.该平台具有与实验算法模块相独立的扫描控制器,可以保证在实验算法的调试过程中图像采集和显示均不受影响.系统以180 MHz的采样率采集射频信号,以大规模FPGA及其外围电路提供实验算法运行的空间,并预置可配置的带通滤波器、正交解调、降采样、基带信号幅度检测和对数压缩等处理模块.还开发一个RAM观测工具,专门用于读取处理过程中存入片外RAM的图像数据,以检验中间结果的正确性.采用10 MHz的超声探头,对志愿者眼球进行在体扫描实验,分别对平台的数据采集、带通滤波、幅度提取、对数压缩等模块进行验证.结果表明,带通滤波处理能有效滤除射频信号中的高频、低频噪声,在处理时钟选为50 MHz的条件下,对于每条探测深度为64 mm的扫描线,平台从数据采集至IQ降采样输出完毕,总时间为85.34 μs,而幅度检测和对数压缩算法在340 ns中就可以完成.该处理速度完全能够满足成像的实时性要求.
高頻超聲具有卓越的分辨能力,在臨床和醫學基礎研究中都得到重要應用.新的圖像和信號處理算法不斷被提齣來,用于提高其成像質量和穫取新的信息.為瞭實驗這些算法,需要一箇通過編程來改變功能的實驗平檯,這箇平檯必鬚能進行高頻超聲掃描以採集圖像,具備足夠實驗算法運行的硬件資源,而且能提供方便的調試手段.針對上述應用,提齣一種基于FPGA的實驗平檯,用于研究10 ~ 50 MHz高頻超聲的圖像和信號處理的實時算法.該平檯具有與實驗算法模塊相獨立的掃描控製器,可以保證在實驗算法的調試過程中圖像採集和顯示均不受影響.繫統以180 MHz的採樣率採集射頻信號,以大規模FPGA及其外圍電路提供實驗算法運行的空間,併預置可配置的帶通濾波器、正交解調、降採樣、基帶信號幅度檢測和對數壓縮等處理模塊.還開髮一箇RAM觀測工具,專門用于讀取處理過程中存入片外RAM的圖像數據,以檢驗中間結果的正確性.採用10 MHz的超聲探頭,對誌願者眼毬進行在體掃描實驗,分彆對平檯的數據採集、帶通濾波、幅度提取、對數壓縮等模塊進行驗證.結果錶明,帶通濾波處理能有效濾除射頻信號中的高頻、低頻譟聲,在處理時鐘選為50 MHz的條件下,對于每條探測深度為64 mm的掃描線,平檯從數據採集至IQ降採樣輸齣完畢,總時間為85.34 μs,而幅度檢測和對數壓縮算法在340 ns中就可以完成.該處理速度完全能夠滿足成像的實時性要求.
고빈초성구유탁월적분변능력,재림상화의학기출연구중도득도중요응용.신적도상화신호처리산법불단피제출래,용우제고기성상질량화획취신적신식.위료실험저사산법,수요일개통과편정래개변공능적실험평태,저개평태필수능진행고빈초성소묘이채집도상,구비족구실험산법운행적경건자원,이차능제공방편적조시수단.침대상술응용,제출일충기우FPGA적실험평태,용우연구10 ~ 50 MHz고빈초성적도상화신호처리적실시산법.해평태구유여실험산법모괴상독립적소묘공제기,가이보증재실험산법적조시과정중도상채집화현시균불수영향.계통이180 MHz적채양솔채집사빈신호,이대규모FPGA급기외위전로제공실험산법운행적공간,병예치가배치적대통려파기、정교해조、강채양、기대신호폭도검측화대수압축등처리모괴.환개발일개RAM관측공구,전문용우독취처리과정중존입편외RAM적도상수거,이검험중간결과적정학성.채용10 MHz적초성탐두,대지원자안구진행재체소묘실험,분별대평태적수거채집、대통려파、폭도제취、대수압축등모괴진행험증.결과표명,대통려파처리능유효려제사빈신호중적고빈、저빈조성,재처리시종선위50 MHz적조건하,대우매조탐측심도위64 mm적소묘선,평태종수거채집지IQ강채양수출완필,총시간위85.34 μs,이폭도검측화대수압축산법재340 ns중취가이완성.해처리속도완전능구만족성상적실시성요구.