B型超声射频信号高速数据采集系统设计

　　前言

　　医学超声成像是利用超声波通过人体各组织时所反映的声学特征的差异来区分不同组织，并以图像的形式显示出脏器的界面和组织内部的细微结构。这种检查方式结合了超声物理学、现代电子技术和生物医学等多种技术，是继X线成像技术后，在医学中发展最迅速，应用最广泛的成像方法。特别是数字扫描转换器（DSC）和数字信号处理（DSP）的出现，把B型超声成像技术推向以计算机数字图像处理为主导的，功能强，自动化程度高，图像质量好的新水平。

　　在数字超声成像系统中，数字图像处理的方法直接影响着成像的质量。近几年来，为了提高超声图像的分辨率，改善图像的质量，以便于更好地提取有益于医疗诊断的信息，发展了多种图像处理的方法。根据处理模式的不同，主要分为两个方向：（1）一类对图像中的加性噪声进行抑制或对图像进行区域操作，以提高图像质量。（2）采用反卷积的方法。而在很多图像处理的算法上，采用的实验图像数据是经过一系列线性和非线性及检波后的图像数据，原始的超声射频信号已经失去了一定的信息。为了更好的评价一个算法的有效性，采用直接从B型超声系统的射频信号直接量化而来的原始数据是理想的选择。但是现阶段的大部分医

　　用超声成像系统所提供的图像数据都是通过检波等处理后的数据。因此就有必要设计数据采集卡，来取得直接从射频信号量化而来的图像数据。

　　1 系统设计

　　本实验设计的数据采集卡的实验对象：Belson200AB型超声诊断仪。它是便携式电子凸阵扫描B超，主频3.5MHz、2.5MHz～5MHz变频、80基元R60凸阵探头，探头宽度：3.84cm，探测深度：≥170mm，扫描范围：100mm×210mm，256灰阶，分辨率：横向≤2mm纵向≤1mm，扫描线：512线/帧，帧率：30帧/秒。

　　Belson200AB型超声诊断仪接收及显示部分的原理框图如图1所示。在该图中，B型超声波的射频回波信号通过前置发动、聚焦、微分放大、时间增益补偿、检波等一系列的处理，最后通过数字处理将超声波图像送监视器显示和存储及打印图像。根据原始数据的要求，数据采集卡的射频信号输入源来之图1中DF/TGC放大模块之前的射频信号。

　　

　　系统设计包含硬件部分和软件部分，其中硬件部分是基于计算机PCI（peripheral component interconnect）局部总线设计的，采用PCI9054作为PCI局部总线和FIFO数据总线和CPLD控制总线的桥接芯片，它符合PCIv2.2规范的32位33MHz总线主控接口控制器。ADC采用AD9283，8位分辨率和最高100M/s的转换速率，用到了2片FIFO作为数据缓冲器和LatticeCPLDispMACHLC4128V用于各个芯片之间的逻辑控制。软件系统用Windriver开发驱动程序和VC集成开发环境编写应用程序。