B型超聲射頻信號高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

　　前言

　　醫(yī)學(xué)超聲成像是利用超聲波通過人體各組織時所反映的聲學(xué)特征的差異來區(qū)分不同組織，并以圖像的形式顯示出臟器的界面和組織內(nèi)部的細微結(jié)構(gòu)。這種檢查方式結(jié)合了超聲物理學(xué)、現(xiàn)代電子技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)等多種技術(shù)，是繼X線成像技術(shù)后，在醫(yī)學(xué)中發(fā)展最迅速，應(yīng)用最廣泛的成像方法。特別是數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換器（DSC）和數(shù)字信號處理（DSP）的出現(xiàn)，把B型超聲成像技術(shù)推向以計算機數(shù)字圖像處理為主導(dǎo)的，功能強，自動化程度高，圖像質(zhì)量好的新水平。

　　在數(shù)字超聲成像系統(tǒng)中，數(shù)字圖像處理的方法直接影響著成像的質(zhì)量。近幾年來，為了提高超聲圖像的分辨率，改善圖像的質(zhì)量，以便于更好地提取有益于醫(yī)療診斷的信息，發(fā)展了多種圖像處理的方法。根據(jù)處理模式的不同，主要分為兩個方向：（1）一類對圖像中的加性噪聲進行抑制或?qū)D像進行區(qū)域操作，以提高圖像質(zhì)量。（2）采用反卷積的方法。而在很多圖像處理的算法上，采用的實驗圖像數(shù)據(jù)是經(jīng)過一系列線性和非線性及檢波后的圖像數(shù)據(jù)，原始的超聲射頻信號已經(jīng)失去了一定的信息。為了更好的評價一個算法的有效性，采用直接從B型超聲系統(tǒng)的射頻信號直接量化而來的原始數(shù)據(jù)是理想的選擇。但是現(xiàn)階段的大部分醫(yī)

　　用超聲成像系統(tǒng)所提供的圖像數(shù)據(jù)都是通過檢波等處理后的數(shù)據(jù)。因此就有必要設(shè)計數(shù)據(jù)采集卡，來取得直接從射頻信號量化而來的圖像數(shù)據(jù)。

　　1 系統(tǒng)設(shè)計

　　本實驗設(shè)計的數(shù)據(jù)采集卡的實驗對象：Belson200AB型超聲診斷儀。它是便攜式電子凸陣掃描B超，主頻3.5MHz、2.5MHz～5MHz變頻、80基元R60凸陣探頭，探頭寬度：3.84cm，探測深度：≥170mm，掃描范圍：100mm×210mm，256灰階，分辨率：橫向≤2mm縱向≤1mm，掃描線：512線/幀，幀率：30幀/秒。

　　Belson200AB型超聲診斷儀接收及顯示部分的原理框圖如圖1所示。在該圖中，B型超聲波的射頻回波信號通過前置發(fā)動、聚焦、微分放大、時間增益補償、檢波等一系列的處理，最后通過數(shù)字處理將超聲波圖像送監(jiān)視器顯示和存儲及打印圖像。根據(jù)原始數(shù)據(jù)的要求，數(shù)據(jù)采集卡的射頻信號輸入源來之圖1中DF/TGC放大模塊之前的射頻信號。

　　系統(tǒng)設(shè)計包含硬件部分和軟件部分，其中硬件部分是基于計算機PCI（peripheral component interconnect）局部總線設(shè)計的，采用PCI9054作為PCI局部總線和FIFO數(shù)據(jù)總線和CPLD控制總線的橋接芯片，它符合PCIv2.2規(guī)范的32位33MHz總線主控接口控制器。ADC采用AD9283，8位分辨率和最高100M/s的轉(zhuǎn)換速率，用到了2片F(xiàn)IFO作為數(shù)據(jù)緩沖器和LatticeCPLDispMACHLC4128V用于各個芯片之間的邏輯控制。軟件系統(tǒng)用Windriver開發(fā)驅(qū)動程序和VC集成開發(fā)環(huán)境編寫應(yīng)用程序。