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(xì)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(jī)數(shù)字圖像處理為主導(dǎo)的,功能強(qiáng),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(jìn)行抑制或?qū)D像進(jìn)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(bǔ)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(jī)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fifo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。

　　1.1 硬件設(shè)計

　　圖2顯示了本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件部分的框圖:在該硬件框圖中,pci9054將兩片fifo連接到了pc機(jī)的pci局部總線上。

　　pci9054接口芯片的特點:符合pciv2.2規(guī)范的32位33mhz總線主控接口控制器可獲得高達(dá)132兆字節(jié)/秒的pci突發(fā)傳輸速度;具有兩個dma引擎,可編程目標(biāo)和起始器數(shù)據(jù)傳輸模式和pci信息傳輸功能;3.3v,5v容錯pci信號支持通用pci適配器設(shè)計;靈活的3.3v,5v容錯局域總線操作,高達(dá)50mhz;32位多路復(fù)用或非多路復(fù)用局域總線支持8位、16位以及32位外圍設(shè)備和存儲設(shè)備;工業(yè)溫度范圍操作等。

　　在本設(shè)計中采用pci9054c模式下的從目標(biāo)模式和dma模式。通過從目標(biāo)模式向cpld發(fā)出各種命令控制字來設(shè)定采樣率和采樣深度。通過dma模式,將采集存儲在fifo的數(shù)據(jù)通過pci9054的dma通道0傳輸?shù)接嬎銠C(jī)的內(nèi)存中。為了使adc采集的數(shù)據(jù)不被覆蓋,采用兩片fifo交替存儲數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)存儲和讀取時序如圖3所示。

　　圖中觸發(fā)脈沖由belson200ab超儀發(fā)出,是該儀器一組陣元發(fā)射超聲波和接受超聲波的觸發(fā)信號,周期為320μs。belson200ab超儀的80基元r60凸陣探頭被分成160組陣元,即一幅原始的b超圖像由160線數(shù)據(jù)組成。數(shù)據(jù)采集是對每一線采集一定量的數(shù)據(jù)(采集的數(shù)據(jù)量可以由cpld控制),在觸發(fā)脈沖的下降沿開始采樣數(shù)據(jù),同時鎖存該線在陣元組中的編號地址(該地址由belson200ab超儀產(chǎn)生,通過排線接入采集卡cpld的i/o口)。當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)量時,通知pc機(jī)將數(shù)據(jù)和地址從fifo讀入pc機(jī)內(nèi)存。兩片fifo交替工作的邏輯通過cpld實現(xiàn)。

　pci9054支持兩種方式的dma傳輸:塊(block)傳輸和散/聚(scatter/gather)傳輸�？靷鬏斚鄬唵�,圖4是其傳輸?shù)囊粋�示意圖。只要對pci9054的各個dma控制寄存器寫了相應(yīng)的值,如pci地址寄存器存保存本次dma在pc機(jī)端一片連續(xù)內(nèi)存塊的起始地址,而local地址寄存器則保存了local總線端的起始地址(這里是fifo存儲器