数字超声成像原理和架构体系设计PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1超声成像的背景与意义 1

1.2超声成像方法的现状 1

1.3波束形成技术 4

参考文献 5

第2章 数字超声的基础理论与成像原理 6

2.1数字B型超声成像系统原理 6

2.2超声成像基础理论 7

2.2.1超声波产生与接收原理 7

2.2.2超声波信号的特性 7

2.2.3超声波的反射、折射和散射 9

2.2.4超声波的衰减 10

2.2.5超声波声场特性 11

2.3高速采样的AD转换 12

2.4时间增益控制 13

2.5超声成像质量的评价标准 14

2.5.1轴向分辨率 14

2.5.2横向分辨率 14

2.5.3对比度 14

2.5.4时间分辨率 15

2.5.5动态范围 15

参考文献 15

第3章 数字超声硬件系统的设计与研究 17

3.1数字B型超声系统的原理 17

3.2超声发射电路 18

3.3超声扫描线的生成 19

3.3.1超声扫查的原理 19

3.3.2间隔扫查方法 20

3.3.3收发交叉扫查方法 20

3.3.4收发间隔交叉扫查方法 22

3.3.5飞越扫查方法 22

3.4发射阵列开关 23

3.4.1发射阵列 23

3.4.2超声发射信号的整序网络 24

3.4.3超声发射信号的产生 28

3.5 TR接收电路 30

3.6时间增益控制电路 32

3.6.1时间增益控制原理 32

3.6.2时间增益控制电路的设计 33

3.7高速AD转换 36

3.8接收整序网络 37

参考文献 42

第4章 数字波束合成技术 43

4.1延时叠加波束形成 43

4.2聚焦技术 44

4.2.1聚焦技术的实现过程 45

4.2.2声场分布的计算 46

4.2.3凸阵探头的仿真 47

4.2.4超声图像的仿真 50

4.3动态聚焦的工程实现方法 51

4.4非均匀采样法动态聚焦 55

4.5均匀采样内插法动态聚焦 59

4.5.1聚焦延时参数实时修正的产生方法 59

4.5.2聚焦延时参数的压缩存储与实时生成方法 62

4.5.3逐点聚焦算法的FPGA实现 67

4.5.4改进聚焦算法的性能分析与讨论 69

4.6数字多波束逐点聚焦技术 70

4.7幅度变迹技术 74

4.7.1单一幅度变迹 74

4.7.2分段动态变迹技术的研究 77

4.7.3动态幅度变迹技术的实现方法 82

4.8动态孔径技术 83

4.8.1动态孔径的优点 84

4.8.2动态孔径的原理及实现算法 85

4.8.3仿真成像 87

4.9动态孔径与动态聚焦延时参数的融合设计 90

4.9.1聚焦延时的计算 90

4.9.2动态孔径控制方法 91

4.9.3融合动态孔径聚焦延时参数的压缩 91

4.9.4 Geabr（）实验数据集成像 95

参考文献 95

第5章 超声回波信号的处理技术 97

5.1动态滤波技术 97

5.1.1数字滤波器 98

5.1.2动态滤波器设计 99

5.1.3动态滤波器的FPGA实现 101

5.2包络检测技术 104

5.3对数压缩技术 108

参考文献 109

第6章 超声的数字图像处理技术 110

6.1数字扫描变换技术 110

6.1.1坐标变换 111

6.1.2线性插值 111

6.2图像的帧相关 112

参考文献 114

第7章 基于虚拟阵元的超声成像双聚焦波束合成 115

7.1基于虚拟阵元的双聚焦波束合成方法 115

7.2波束合成器BF1的延迟参数计算 117

7.3波束合成器BF2的延迟参数计算 118

7.4仿真结果及讨论 119

参考文献 122

第8章 自适应波束合成算法 123

8.1标准的最小方差波束合成算法 123

8.2稳健的自适应加权波束合成算法 124

8.2.1对角加载法 124

8.2.2空间平滑法 125

8.2.3特征空间法 127

8.2.4广义相干系数 128

8.3最小方差波束合成与基于最小方差相干系数融合的超声成像方法 129

8.4基于特征空间的前后向最小方差波束合成 130

8.5仿真结果及讨论 131

8.5.1传统延时叠加成像 131

8.5.2最小方差波束合成与基于最小方差相干系数融合的成像 134

8.5.3基于特征空间的前后向最小方差波束合成的成像 138

参考文献 142

第9章 Chirp码与自适应加权融合的鲁棒双聚焦超声波束合成 143

9.1 Chirp编码信号 143

9.2匹配滤波器与脉冲压缩 144

9.3基于Chirp码与自适应加权的鲁棒超声双聚焦波束合成 146

9.4仿真结果及讨论 147

参考文献 151

第10章 数字超声系统设计中的若干问题与解决方法 152

10.1控制策略与性价比的问题 152

10.1.1分时复用的四波束控制策略 153

10.1.2数据码流的降频处理问题 156

10.2超声硬件系统设计的噪声问题 159

10.2.1超声硬件拓扑结构布局问题 159

10.2.2超声电路的元器件参数选择问题 160

10.2.3超声电路中的电源波动引入噪声问题 162

10.2.4超声电路中信号传输阻抗匹配问题 163

10.2.5超声电路中的信号串扰问题 167

10.2.6超声回波信号的屏蔽问题 169

10.2.7超声电路中的信号隔离与共地问题 172

10.3高速AD转换器的时钟设计 176

10.3.1AD转换器时钟的抖动问题 177

10.3.2抑制AD转换器时钟的抖动 179

10.3.3多路AD转换器同步时钟的设计 180

10.4高速LVDS串行接口 182

10.4.1 AFE5805的LVDS数据连接 183

10.4.2 LVDS数据线的匹配设计 184

10.4.3 LVDS数据的串行接收 185

10.4.4 LVDS数据的测试与分析 187

参考文献 188

第11章 超声弹性成像基本原理和成像关键方程 189

11.1弹性成像的形成背景 190

11.1.1超声弹性成像的原理和方法 190

11.1.2弹性图与声像图的区别 191

11.1.3与超声弹性图质量有关的重要参数及理论方面的进展 191

11.1.4算法方面的进展 193

11.2弹性波与物质相互作用及超声弹性成像的物理基础 195

11.2.1弹性波在生物组织中传播的物理方程 197

11.2.2波动方程的导出 198

11.2.3非齐次波动方程的Fredholm解 202

11.2.4声波与生物组织相互作用 203

参考文献 206

第12章 声波与声子晶体 207

12.1背景 207

12.2声子晶体 207

12.2.1声子晶体的带隙形成机制 208

12.2.2声子晶体的研究方法 209

12.2.3声子晶体的缺陷态 210

12.2.4声子晶体的应用 211

12.3转移矩阵方法与一维声子晶体的带结构 212

12.3.1运动方程 212

12.3.2转移矩阵方法 213

12.4折射率呈余弦变化的一维光子晶体带结构 216

12.4.1弹性波波动方程 216

12.4.2电磁波动方程 218

参考文献 219

第13章 弹性波在介质中的传播成像及NCB法正则参数的选择 221

13.1弹性波 221

13.2 Fredholm方程的离散化 221

13.3逆散射成像中的正则化方法 223

13.3.1 Tikhonov方法 223

13.3.2截断奇异值方法 224

13.3.3L-曲线法 225

13.4 Burg谱估计与K-S检验 225

13.5求正则参数的归一化累积频谱Burg法 228

参考文献 231

第14章 NCB正则化Lanczos超声反卷积大规模逆成像 232

14.1超声解卷面临的问题 232

14.2Lanczos-NCB混合法解卷 233

14.2.1卷积问题的离散化 233

14.2.2 Lanczos混合法求解大规模逆问题 235

14.2.3正则NCB方法 235

14.3算法实现与模拟 236

参考文献 237

第15章 基于光流的超声心动图心肌运动与变形分析 238

15.1光流的基本概念 239

15.1.1光流 239

15.1.2运动场与光流 240

15.1.3光流的梯度约束方程 241

15.1.4孔径问题 242

15.2光流法 243

15.3不同模型光滑项选择 248

15.4中值公式 250

15.4.1以TV模型为基础的中值公式计算 250

15.4.2图像离散的中值公式计算 252

15.5经典Horn-Schunck鲁棒性ρ函数光流估计 255

15.6离散中值滤波高阶TV模型的计算 256

15.6.1 ρ函数光流估计的全变差中值滤波离散方程 256

15.6.2阶梯效应的消除 257

15.6.3改进的ρ函数光流估计与中值公式的计算 259

15.6.4对高阶项模型的改进方式 261

15.7实验结论与数值计算 262

参考文献 269