基于FPGA的B超數(shù)字圖像實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)

醫(yī)學(xué)超聲診斷成像技術(shù)大多數(shù)采用超聲脈沖回波法,，即利用探頭產(chǎn)生超聲波進(jìn)入人體，由人體組織反射產(chǎn)生的回波經(jīng)換能器接收后轉(zhuǎn)換為電信號(hào),，經(jīng)過(guò)提取,、放大,、處理，再由數(shù)字掃描變換器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào),，最后由顯示器進(jìn)行顯示,。在基于FPGA+ARM 9硬件平臺(tái)的全數(shù)字化B超診斷儀中，前端探頭返回的回波電信號(hào)需由實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)進(jìn)行波束合成,、相關(guān)處理,、采集并傳輸至ARM嵌入式處理系統(tǒng)，視頻信號(hào)數(shù)據(jù)量大,，實(shí)時(shí)性要求高,，因此選用FPGA+SRAM構(gòu)成實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)，在速度和容量上都能滿足上述要求,。主要介紹B超成像系統(tǒng)中應(yīng)用FPGA進(jìn)行邏輯控制進(jìn)行超聲視頻圖像采集的原理和實(shí)現(xiàn),。

2 系統(tǒng)構(gòu)成工作原理

如圖1所示，采集系統(tǒng)首先由數(shù)字波束合成器對(duì)多通道超聲回波信號(hào)進(jìn)行波束合成,，數(shù)字波束合成器對(duì)不同通道信號(hào)進(jìn)行延時(shí),，使同一點(diǎn)的信號(hào)同相相加,，同時(shí)對(duì)多個(gè)通道的回波信號(hào)進(jìn)行空間域上的加窗,，類似匹配濾波，可以提高信號(hào)的信噪比,。然后對(duì)合成后的超聲視頻信號(hào)做一個(gè)幀相關(guān)的預(yù)處理,，即圖像幀與幀之間對(duì)應(yīng)象素灰度上的平滑處理。因?yàn)榀B加在圖像上的噪聲是非相關(guān)且具有零均值的隨機(jī)噪聲,，如果在相同條件下取若干幀的平均值來(lái)代替原圖,，則可減弱噪聲強(qiáng)度。在幀相關(guān)過(guò)程中,，F(xiàn)PGA要控制數(shù)據(jù)的讀取,、處理以及存儲(chǔ)。在為了滿足視頻顯示的實(shí)時(shí)性,，該采集系統(tǒng)采用雙幀存結(jié)構(gòu)的乒乓機(jī)制,，由FPGA實(shí)現(xiàn)讀寫互鎖控制。經(jīng)幀相關(guān)處理完后的視頻數(shù)據(jù)交替寫入幀存A和幀存B,，幀存讀控制器根據(jù)后端處理速度讀取幀存中的數(shù)據(jù),，送往DMA控制器，DMA控制器開啟DMA通道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,。FPGA實(shí)現(xiàn)讀寫控制時(shí),，為了避免同時(shí)對(duì)一個(gè)幀存進(jìn)行讀寫操作，需要設(shè)置讀寫互斥鎖進(jìn)行存儲(chǔ)器狀態(tài)切換,。