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医学超声成像系统的常规脉冲发射方式,存在信噪比低、无法解决轴向分辨率和探测深度之间的矛盾、帧频较低等问题。广泛应用于雷达通信领域的编码信号可以提高信噪比,更好的解决轴向分辨率和探测深度之间的矛盾以及提高帧频。本文的目的是解决编码信号在医学超声成像中面对的如超声成像性能要求、实现复杂度等问题,将编码发射激励技术用于便携式彩超中,提高成像质量。
本文首先简要回顾了超声编码应用中信号分析的基本概念和原理;针对超声医学成像性能要求和使用环境等因素的影响,提出了评价编解码性能的客观指标及编码信号用于超声医学成像面临的具体问题。
然后,研究了医用超声成像系统中信号的调制方式、信号波形及相关解码滤波器设计等;讨论了超声成像系统中的实际问题对编码信号主要性能指标的影响;针对成像性能和实现复杂度的要求,提出了一种最优二相码编解码实现方案,在一定条件下,能有效提高信噪比,同时具有较低的硬件实现复杂度,并且能够满足超声成像的性能要求,这也是本文的主要创新点。随后针对实际环境,对设计的编解码方案的主要性能指标、实现中量化误差效应的影响等进行了讨论和仿真成像评估,并与其它编解码实现方式的性能进行了对比。仿真结果表明本文设计的编解码方案能够克服实际环境及量化误差的影响,获得较为理想的成像质量,满足超声成像要求。
之后,针对便携式彩超系统应用需求及其对体积、功耗、成本、性能等方面的限制,设计并实现了能够应用本文提出的编码方案的便携式彩超前端收发电路,并对其性能进行了初步的实验测试和评估,测试结果表明设计电路基本达到设计要求,能够稳定可靠的发射编码信号。
最后,在设计的便携式彩超前端收发电路的基础上,搭建了编码发射实验验证系统平台,对所设计的编解码方案及电路性能进行了实验验证,并与常规发射方式进行了对比。实验结果表明,本文设计的编码发射方案能够有效提高成像质量;设计的前端收发电路能够满足提出的编码方案要求,并且稳定可靠工作。