目的研制基于FPGA(field programming gate array,可编程逻辑门陈列)的全数字眼科超声回波信号处理系统.方法信号处理技术主要采用内插、动态滤波、TGC、包络检波和对数放大.在FPGA中采用以原理图设计为顶层模块.硬件描述语言VHDL作为底层模块的设计方法.结果通过构建实验模型验证了系统各阶段信号处理的有效性.对正常人体眼球和眼眶进行检测,获得了很好的回波信号.结论本设计对眼科高频超声回波信号具有良好的实时处理能力,达到了设计要求,具有良好的应用前景.

眼组织回波频谱是设计眼科超声接收滤波器的基本参数.眼是一个不均匀的器官,所以无法用软组织平均声衰减系数对其回波频谱作出准确的估计.从声学的角度研究了人眼结构,用10 MHz单元超声换能器对人眼在体扫描,观察了回波频谱的变化规律,并在此基础上讨论了眼组织特性的影响.结果表明,球内回波的中心频率的变化很小,但是从眼底开始3～5 mm后的回波中心频率随着深度快速下降,平均斜率约为-0.16 MHz/mm.在探头通带范围内消除探头和电路的影响后观察组织的频谱特性,发现晶状体后囊频谱比较平坦而眼底组织的频谱有随频率升高的趋势.前者特性接近于高反射率的平面靶,而后者接近于瑞利散射子的特性.

跟科高频超声数字化成像中使用内插滤波器可等效地提高采样率以节约资源.在研究分析了有限脉冲响应(FIR)内插滤波器的两种常见结构以及半带滤波器、级联积分梳状(CIC)滤波器两种特殊结构等四种内插滤波器的基础上,设计了四种高效结构.通过Verilog硬件描述语言描述以上四种高效结构,并在现场可编程门阵列(FPGA)中实现,最后通过实验仿真验证各内插变频算法的有效性.以有限脉冲响应(FIR)内插滤波器的两种常见结构以及半带滤波器为基础改进的高效结构均能达到变频的效果,同时可节约资源且效率更高.而CIC滤波器高效结构在效率和资源节约方面虽更具优势,但未能达到眼科超声变频信号处理所要求的性能,尚不适用.

糖尿病视网膜病变是患者致盲的主要原因,属于糖尿病微血管的并发症,若未及时干预,对患者生理、心理均可造成一定影响,而目前临床常用的诊断方式为彩色多普勒超声显像技术,其可对患者视网膜中央动、静脉的血流动力学进行检测,从而反映患者实际病情.为了证实此类诊断技术的有效性,我院在2016年6月至2017年6月收治选取60例PDR患者、60例NPDR患者、60例健康志愿者为此次研究对象,对所有受检者进行超声检查,评价其检查方式的有效性,具体见下文描述.

目的 眼科高频超声数字化成像中使用内插滤波器可等效地提高采样率以节约资源.方法 在研究分析了级联积分梳状(CIC)滤波器的基础上,结合运用余弦(COSINE)滤波器和内插二阶多项式(ISOP)滤波器对其进行改进.结果 通过硬件描述语言描述改进后的高效结构,并在现场可编程门阵列(FPGA)中实现,最后通过实验仿真验证该内插变频算法的有效性.结论 改进后的CIC滤波器基本保留了效率和资源节约方面的优势,同时也改善了其通带宽度和阻带衰减特性,能够适用于10 MHz的高频眼科超声信号处理的要求.

目的 设计满足全数字眼科超声系统高速高性能信号处理需要的数字滤波器.方法 用加入流水线级的并行乘累加方式和基于分割表的并行分布式算法设计基于现场可编程门阵列(FPGA)的32阶高速FIR低通滤波器,并在Quartus Ⅱ开发平台及Modelsim仿真平台上进行仿真验证.结果 2种方式设计的FIR滤波器经仿真验证,均满足设计要求.结论 通过对设计结果的分析比较,基于分割表的并行分布式算法设计的滤波器能在灵活配置资源占用的情况下,实现高速数据处理,为全数字眼科超声系统中滤波器的实现方法提供了选择的依据.

目的 利用三维重建技术,建立眼科三维图像库诊断系统,提供传统眼B超无法显现的眼球后部及眼眶的冠状切面图像,以期提高眼疾病的诊断水平.方法 通过设计和建立探头控制技术,将B超的二维图像数字化处理后,采集到计算机中,利用最新的三维重建技术,建立三维模型,形成诊断报告.结果 采用旋转体切法获得眼球的二维图像数据,经图像转换后可通过三维体绘制技术重建为三维眼球图像.结论 利用现有二维B超探头,本系统可以合成眼科B超三维图像,对于特定的眼科疾病,提供了较二维图像更清晰的诊断依据.