一种高重复频率激发电路下的高速超声内窥成像系统

光学相干层析-血管内超声联合（Optical coherence tomography intravascular ultrasound, OCT-IVUS）成像技术能同时弥补光学相干涉成像的低成像深度与超声成像的低分辨率,能够较为全面地进行血管内的易损斑块识别,但受血管内超声（Intravascular ultrasound, IVUS）技术超声激发重复频率限制,OCT-IVUS成像难以在高帧率成像的同时获得高成像线数,从而影响显示分辨率。为提升IVUS成像速度,同时不降低图像显示的分辨率,尝试应用高重频超声激发技术的方法解决这一难题。本文设计了一种50 kHz的高重频超声激发电路,并在此设计基础上研制了一种50 f/s的高速超声内窥成像系统;进而对系统性能进行测试。激发电路高压脉冲测试以及信噪比（Signal noise ratio, SNR）测试结果表明：激发电路可用于25 MHz超声换能器的激发,具有较高的SNR;应用此激发电路所研制的超声内窥成像系统能够在不降低显示分辨率的前提下提高成像速度,该系统技术能有效检出易损斑块,促进OCT-IVUS的临床应用,对心血管疾病的早期发现、诊断和预防具有一定价值。     

开放式的高分辨率超声成像系统

在医学和生物学研究当中,对活体组织进行无创性成像具有重要意义。高分辨率超声成像技术,可以对细微组 织实现高空间分辨率的成像,已被广泛应用于皮肤、眼睛、心血管和小动物成像等生物医学领域。目前领域内的相关研 究需要不同的成像系统参数,例如要求不同的探头性能、数据采集策略、信号处理以及图像重建、显示和保存方法。因 此需要一种灵活和开放的超声成像系统,能让用户根据各种研究需求实现个性化设置并能全面获取原始实验数据。文章 提出了一种实时的、便携式设计的开放式超声成像系统,可支持定制的高分辨率超声成像研究。系统基于高速现场可 编程逻辑门阵列(FPGA)实现灵活多样的超声成像。用户可以轻松地根据个性化应用需求来调整系统结构。测试结果表 明,本系统能实现 B 超成像、编码激励成像、多普勒成像、血管内成像、多模态组合成像等,为高分辨率生物医学应用 研究提供了非常灵活的成像工具。     

基于CUDA的超声脉冲多普勒成像

医学超声脉冲多普勒成像模式是在临床超声成像系统中获得人体血管中血流分布情况的一种重要的检测工具,与传统的B超,彩超成像模式不同,超声脉冲多普勒成像模式不仅可以通过频谱图显示表示流过取样容积的血流速度变化和测定某一位置的血流,而且相比较于连续波式多普勒模式它可以消除多普勒信号的混叠效应提高检测的空间分辨率。但是脉冲多普勒系统在处理时涉及大量的复杂运算,例如FFT（快速傅里叶变换）和卷积运算等,使其难于应用到临床实时系统中。为此研究并提出了一种基于统一计算设备架构（CUDA）平台的超声脉冲多普勒成像系统的并行处理算法。该算法包括了壁滤波、频谱估计、移频处理和频谱显示后处理等处理步骤的并行实现。数据实验结果表明,基于CUDA的超声脉冲多普勒成像处理结果与基于CPU的实现相比,不仅可以得到相同质量的频谱图,而且可以取得较大的加速效果,满足实时系统需求;数据测试显示,对于65 535×20的信号数据能够达到1秒处理2 770条谱线的计算性能,速度提高了约140倍。     

基于FPGA的数字超声内窥镜接收系统设计

根据数字超声成像的要求和超声信号的特点,设计了由高速采样电路和FPGA正交解调电路组成的数字超声内窥镜接收系统。采样电路由AD8138和AD9235实现,对放大后的超声回波信号直接进行模数转换;FPGA利用内部RAM、乘法器、IP核和宏模块构建数字正交解调电路,提取超声回波信号的幅度;获取的幅度信息经USB2.0接口电路送入计算机显示。对玻璃杯进行的静止扫描成像实验,验证了接收系统的小信号检测能力,可以检测到信噪比约为4dB的回波信号;对玻璃杯进行的旋转扫描成像实验,表明接收系统可用于数字超声内窥镜成像。     

用于血管内成像的 60 MHz 高频超声换能器设计及其成像实验

在血管内超声成像系统中,超声换能器是重要的部件之一,对成像性能起决定性作用。提高超声换能器的成像分辨率可以获得更多图像细节,有助于临床获取动脉粥样硬化斑块的细节信息。此外,超声换能器还需要具有足够的穿透深度,能够对斑块和血管进行完整评估。而成像分辨率和成像深度都与超声换能器的频率密切相关,且二者相互制约。该文综合考虑了冠脉成像对成像分辨率与成像深度的要求,优化设计并制备了一种 60 MHz 的微型高频换能器。仿体实验表明,基于该换能器的超声成像分辨率可显著提高,且成像深度满足冠脉成像的需求。大动物活体实验结果表明,与商业 40 MHz 换能器相比,该文所设计的换能器能更清楚地看到血管中膜内层边界和支架结构,可以为临床提供更精细的指导优化。     

基于血管内超声图像序列的相角配准与边缘检测

血管内超声成像可以显示血管内腔、管壁清楚的实时截面图像。实际采集的冠状动脉序列图像由于受脉动的影响而产生较大的重叠和错位,破坏毗邻图像的相关性,从而影响血管边缘检测、定量测量和3维重建的准确性。为进行精确的配准和边缘检测,采用一种新型的无需硬件设施的相角配准技术,经对序列图像的重采样得到相同相位下的连续图像,再基于快速主动轮廓算法模型提出一种适合血管内超声图像的自动边缘检测方法对重采样后的图像进行边缘检测。检测结果表明自动检测的内腔、血管面积与手动追踪非常吻合,具有较高的相关系数和较小的系统误差,可作为医生可靠而准确的诊断工具。     

血管内超声图像后处理综述

血管内超声显像是目前临床常用的诊断血管病变的介入影像手段,可在活体中观 察血管壁和管腔的形态,以及斑块的形态和成分。采用数字图像处理技术,对血管内超声图像 序列进行自动或半自动地处理和分析,对于血管病变的计算机辅助诊断和制定最佳诊疗方案具 有重要意义。本文就近年来血管内超声图像计算机后处理的研究现状进行综述,包括图像分割 和组织标定、运动伪影的抑制、血管的三维重建、血管形态和血流动力学参数的测量、组织定 征显像及与其他影像的融合等,评价了目前的研究情况,并对未来的研究提出了展望。     

CUDA平台下的超声弹性成像并行处理算法

超声弹性模式成像是新兴高端超声成像系统中出现的新型成像模式,与传统的黑白超,彩超成像模式不同,它能够为临床诊断提供组织器官的硬度信息.弹性成像模式可以帮助医生定性和定量地检测组织的弹性值变化,特别是对一些肿瘤疾病如乳腺癌等的早期检测有巨大的推动作用,因此,这一新型检测手段具有十分重大的临床应用价值.但是弹性成像系统在处理时涉及大量的复杂运算,使其难于在临床实时系统中得到应用,为此文章研究并提出一种基于CUDA(Compute Unified Device Architecture,统一计算设备架构)平台的超声弹性成像模式并行处理算法.算法包括了信号预处理,运动计算,应变估计和图像后处理与显示等处理步骤的并行实现.由弹性体模得到的数据实验表明,基于CUDA的超声弹性成像处理结果与基于CPU的实现相比,不仅可以得到相同质量的显示图像,而且可以取得较大的加速效果,满足实时系统需求,文章的数据测试显示对于256×512的信号数据能够达到63fps的帧率,速度提高了85倍.     

生物医学光声成像技术及其临床应用进展

样品被短脉冲激光照射后会受激产生超声波,这种现象被称为光声效应。随着激光器技术及超声探测技术的进 步,基于此效应的光声成像技术已成为生物医学成像领域发展最快的技术之一。光声成像作为一种混合型的成像方式, 结合了光学成像的高对比度和光谱识别特性,以及超声成像大穿透深度下仍具备较高分辨率的特点。光声成像技术不仅 可对包括血红蛋白、脂肪在内的多种组织成分进行高特异性成像,还能灵敏的反映包括血氧含量、氧代谢率等生理特征 的变化,与超声技术的形态和结构成像具有很强的互补性,已在临床及生物医学研究领域体现出巨大的应用潜力。光声 成像技术的这些特性使其在恶性肿瘤、心血管疾病、微循环异常等疾病的成像诊断和治疗引导中具有重要的应用前景。 文章小结了本课题组在光声成像技术领域最近取得的一些新进展,包括利用解卷积技术进一步提高光声显微成像分辨 率;利用压缩感知技术降低数据采集量,提高光声层析成像的速度;利用自制的纳米探针,实现光声分子成像和光热治 疗。光声成像技术的这些进步使其在癌症、心脑血管疾病等方面的诊断和治疗更具有可行性,文章最后回顾了光声成像 技术在乳腺癌、前哨淋巴结及血管内成像等方面的临床应用和研究进展。     

启明星辰天阗千兆入侵检测系统问世

二十一世纪高速发展的现代科学诞生了计算机技术,自从网络体系取代单机应用以来,人们一直在为提高网络互联的速度而奋斗。从最早的K级传输速度的网络到10M\100M传输速度的网络,直到现在千兆级网络已成为现实,从文件交换到视频点播,从远程办公到网络会议,人们发现网络的应用价值随着传输速度的加快可以得到更为充分的体现,有谁能拒绝高速网络的诱惑呢?而计算机入侵和病毒以及其他安全事故一直     

TMS320C40实现电弧图像实时采集

提供了一种新型的电弧运动观测手段,利用高频CCD图像传感和DSP（TMS320C40）,设计出先进的电弧图像高速成像和RS－422A数据传输系统,将电弧光学图像认转化为便于计算机处理的数字化图像。以高速DS冢快速存储器为核心,设计并实现高速图像的数字缓冲接口系统,并采用DMA数据通信方式,以提高数据的传输速度,使采集系统主机能正确接收图像数字信号。利用该电弧图像采集系统对JQX－14FC型号的继电器进行了电弧图像采集。实验证明该系统具有较高的图像采集速度和图像分辨率,为更好地研究低压电器中电弧运动过程动态变化提供了新的分析方法和手段。     

基于FPGA的高速数据转存系统

SAR雷达前端数据采集系统速度与存储系统容量的日益提高,对数据转存系统的性能提出了更高的要求以Xilinx公司Virtex-5系列FPGA为硬件平台,基于PCI—E协议与Aurora协议提出了一种高速数据转存系统解决方案．在Aurora协议基础之上,自定义了一种可靠的帧格式;利用双口RAM对数据进行缓存,以乒乓方式操作,确保了在输入、输出数据传输速率不匹配情况下数据传输的稳定性与可靠性：转存系统与PC通过PCI-E总线进行通信,命令交互采用PIO模式,图像与列表数据传输采用DMA模式．经实际测试,该方案能够满足某型号SAR雷达系统对高速数据转存的要求．     

汽车控制系统中的双速CAN总线设计

针对汽车控制系统中各控制单元对系统响应时间要求不一致的实际情况,提出建立双速CAN总线网络以连接汽车的各控制单元的方法。在系统中,对实时性要求高的计算机控制单元采用高速CAN网络传输;其他采用低速CAN网络传输。结果表明,采用高、低速两条CAN总线网络的设计思路,既方便地实现了整个系统的数据共享,又有效地缓解了整个总线的通信负担,从而提高了控制的可靠性。     

基于PCI Express总线的高帧频CMOS相机图像采集系统设计

基于PCI Express总线设计了一种高帧频CMOS相机图像采集系统。选用帧频250帧/s的LUPA-300作为高帧频图像传感器,通过FPGA实现对图像传感器的参数配置与图像数据处理,采用PCI Express总线作为图像数据传输总线,大大提高了传输速度。实验结果表明该系统结构简单、成像清晰稳定、拍摄速度快,可应用于高速目标的拍摄。     

高速数据录取系统的研究

提出了两种高速数据录取系统的实现方案。实验结果证明,基于ＰＣＩ总线的数据录取系统平均数据传输率达到６０ＭＢ／ｓ,基于磁盘阵列机的系统采用脱机方式进行高速大容量的数据录取,持续数据传输率达到７０ＭＢ／ｓ,存储容量最大可达到１８４ＧＢ。     

基于通用计算机的实时数字信号处理仿真系统

软件实现对信号的实时处理是基于通用的计算机信号处理仿真系统的一个重要发展方向。该文在通用计算机系统中通过对实时信号处理中块处理技术的应用，使用双缓冲满足数据的实时传输，利用多线程实现多任务的并行处理，给出了基于通用的计算机实现实时信号处理仿真系统的设计思想，并对块处理、双缓冲以及多线程在实现过程中的关键点进行了深入的剖析。该系统在处理诸如基带信号、下变频信号等速率满足要求的场合下，可使用通用计算机替代DSP系统。该仿真系统具有允许用户扩充或修改信号处理算法的特性。最后给出了对语音信号进行实时DSB实时调制的仿真实例。     

用于高精度三维计算机视觉的图象系统标定和误差补偿

为了对计算机视觉系统进行标定,并削弱由系统模型与真实系统间差异所产生的误差,在详细分析计算机数字成象过程的基础上,提出了一种综合数字成象过程中内部的及外部的,已知的及未知的等各种因素的图象系统标定方法,其标定的具体对象包括光学成象过程中的线性几何投影参数及非线性畸变参数、光电转换过程中的参数和图象信号的D／A及A／D转换过程中的参数等;同时提出了基于该标定方法的三维计算机视觉系统采集三维数据的误差补偿方法及其参数的确定过程。上述方法已经成功地应用于三维计算机视觉系统,并取得了很好的三维精度。     

YH-7000VG型惯导与弹载计算机的数据通信设计

为了实现弹载计算机和惯导的高速数据通信,对数据通信的工程化电路进行了设计.对YH-7000VG型惯导的性能进行了分析,并根据仿真系统的需要进行了波特率设置.介绍了RS-232串行口电平驱动电路以及弹载计算机的软件设计,实现了弹载计算机的各项功能.试验表明,弹载计算机完成了空间运动参数的数据采集与处理,满足超声速导弹半实物仿真系统的需要.     

高速计算机开发系统仿真器的研制

本文介绍了一个高速计算机软硬件开发系统仿真器的设计,仿真器是地对高速计算机的总线式仿真器,它接收来自宿主机的命令并解释执行,监视和控制目标机的运行,是对不具有开发手段的高速计算机进行软硬件调试的必要备工具。     

基于ZigBee网络的TPMS测试管理系统设计

针对目前TPMS(Tire Pressure Monitoring System,轮胎压力监测系统)的性能测试和数据管理问题,提出了一种新型测试管理系统设计方案;该系统在拓扑结构上由控制中心节点和轮胎节点构成,基于ZigBee无线网络实现节点间的联合组网;采用RS-485总线接口技术实现控制中心节点上位机和下位机之间的高速数据互联;中心管理软件基于JSP和SQL Server 2005数据库编程实现,二者通过JDBC连接;实验分析表明,该系统的数据传送效率高、联合组网能力强,方案科学合理、应用前景广阔。