[发明专利]一种多频率数字回波信号处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及医用超声内镜信号处理领域，具体涉及一种多频率数字回波信号处理方法。

背景技术

现在医学超声内镜成像诊断技术由于存在对人体无创、无电离辐射，能够近距离探测人体内部病变等特点，在人体消化道及其它部位的检测中占据重要的地位。医用超声内镜是一款融合多项高新技术的设备。

换能器(压电陶瓷晶体)在电信号的作用下产生的压电效应，引起晶体表面产生机械振动，使换能器发出超声波。由于超声波在两个不同介质界面处会出现透射与反射，使得一部分超声波沿着透射方向继续传播，而另有一部分超声波沿反射方向往回传播。返回的超声波被换能器接收并通过逆压电效应将机械振动信号转变为电信号传递到后端电路进行信号处理。

超声波在人体内大多数软组织中的传播速度一般认为是1540m/s，是超声波诊断设备计算病变组织大小的依据。换能器所产生和接收超声波的频率及强度与换能器固有频率有关，此外，超声波在人体软组织中传播时存在衰减和吸收，使得超声检测具有一定的深度限制，频率越高的超声波，在组织传播过程中的衰减越大，一般为0.7dB/(cm·MHz)。但超声频率越高，则成像分辨率就越高。同时，需要对接收到的数字超声回波信号做解调、变频、对数压缩以及显示亮度范围调整等处理。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种多频率数字回波信号处理方法，通过该方法可获得更有效的超声图像，实现了对超声探头中心频率的识别兼容多频率数字回波信号处理的技术问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种多频率数字回波信号处理方法，包括如下步骤：

步骤一：将超声探头插入到超声内镜系统的对应接口处，由超声探头通信装置识别对应的探头中心频率传递给上位机；

步骤二：上位机将探头中心频率F_k及探测深度信息R_j通过USB处理芯片传递到核心处理芯片FPGA中；

步骤三：以采样时钟频率f_s将超声数字回波信号上传到核心处理芯片FPGA中，得到超声回波序列y(n)(n＝[1,N])，N＝2R_j*f_s/c，c表示超声在组织中的波速；

步骤四：核心处理芯片FPGA的数控振荡器循环选取出探头中心频率为F_k对应的正余弦样本值A_kcos(S)，A_ksin(S)；

步骤五：利用核心处理芯片FPGA的乘法器将超声回波信号与步骤四取出的正余弦样本值A_kcos(S)，A_ksin(S)相乘得到两组混频后的数据，并将得到的两组数据分别通过FIR低通滤波器滤除倍频分量，保留两组低频基带信号I(n)、Q(n)(n＝[1,N])；

步骤六：低频基带信号I(n)、Q(n)(n＝[1,N])在核心处理芯片FPGA的内部FIFO中抽取处理以满足显示序列I(m)、Q(m)(m＝[1,M],M取正整数)并输出；

步骤七：利用核心处理芯片FPGA的平方器、加法器和开方器得到抽取之后的数据E(m)；

其中数据E(m)的位数为16位；

步骤八：对数据E(m)做对数变换和数据压缩后将数据流写入外部缓存器SRAM中缓存。

步骤四的实施步骤如下：

(1)利用公式(1)求出正余弦样本值A_kcos(S)，A_ksin(S)，并将正余弦样本值A_kcos(S)，A_ksin(S)转换为与回波数据位数一样补码形式并保存到对应的MIF文件；

(2)将(1)式所生成的MIF文件存入到核心处理芯片FPGA内建的ROM中；

(3)选出探头中心频率的F_k对应的样本值。

步骤六的实施步骤如下：

(1)利用公式(2)求出抽取因子T；

(2)对原始数据每隔(T-1)个时钟抽取一次，直至抽取M个为止。

步骤八的实施步骤如下：

(1)通过MATLAB仿真，构造公式(4)的S型曲线模型：

(2)将上述的S型曲线模型生成对应的MIF文件，并存入到核心处理芯片FPGA內建的ROM中。