Anlogic FPGA在超声影像的应用

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超声成像的研究最早可追溯到20世纪30年代，随着电子技术、计算机及其信号处理的发展，因超声成像的便携、安全等特性，基于超声的影像设备得到了广泛的应用。近些年，随着半导体技术的发展及其器件集成度大幅度提升(SoC Device)，出现了有线、无线等形态的掌上、便携式超声影像设备(eg PoC器械)。
超声成像的扫描方式，常见的有A、B、C等模式的扫描。其中：
A扫：波形显示，将超声信号的幅度与传播时间的关系以直角坐标的形式显示。横坐标代表声波的传播时间，纵坐标代表信号幅度。
B扫：图像显示，是工件的一个二维截面图。横坐标代表探头在工件表面的一条直线扫查距离，纵坐标代表声传播时间（距离）。显示被检工件任一纵截面上缺陷的分布及缺陷的深度。
C扫：图像显示，是工件的一个平面投影图。图的二维坐标对应探头的扫查位置，工件中缺陷的形状和深度以亮度或颜色表示。
下面将以B扫方式，介绍基于Anlogic FPGA在超声成像中的应用。

系统可分为模拟前端、超声成像系统及其超声显示系统，可根据产品形态进行增减。
其中：
Probe：超声传感器，当前大部分工艺是基于压电陶瓷，根据成像的要求和复杂度，其传感器的个数可从64~256不等，经过相关工艺，形成一探头面阵；根据其应用场景，可将探头分为腹部探头(凸阵，Convex)、浅表探头(线阵，Linear)、心脏探头(微凸，MicroConvex)等形态

【注】：探头图片来自必应搜索，若有侵权，请告知

Mux：高压切换模块，根据超声成像算法需求，由软件(FPGA逻辑电路)控制；
Ultrasound Pulser：超声脉冲驱动器，通过高压脉冲（电信号）驱动Probe；
ADC：超声探头受激励后，电信号转声信号，遇到障碍物，声信号再转电信号，由于发送链路与接收回波信号，前端属于同一链路，因此在控制时需要，做复用处理；将接收到的回波信号进行信号调理并转换成数字信号；
LVDS/RGB接口显示屏：根据产品形态，可将FPGA处理成像后的图像数据，通过LVDS接口或者RGB接口显示；
系统可分为：RX Chain、Tx Chain、Configuration Module及其协处理模块（根据需求）。
其中RX Chain包括：RF Unit、Befoming、Signal Processor、Image Processor等基本模块

RF Unit，通过LVDS IO将接收从ADC 过来的串行数据，转换成并行数据，位宽根据需要支持8/10/12/14bit，涉及到的IP或者Macro；Anlogic提供了IDDR、FIFO、ERAM等基本模块；
Beforming，将接收来自RF Unit的数据，并通过孔径合成、动态聚焦（也可用分段聚焦）方法实现信号叠加，确保各路信号进行有效叠加，此模块设计较为复杂；Anlogic提供了FIFO、ERAM、Multiplier等基本模块，其动态生成的延时精度，可根据需求设定；
Signal Processor，对波束合成后的数据，进行加工，包括解调、滤波、求模等处理；Anlogic提供了FIR、ERAM、Multiplier等基本模块；
Image Processor，接收来自Signal Processor数据，将对信号进行对数变化，需注意其变换质量，比如亮度；以及后续的图像重建，包括线阵图像及其凸阵图像转换；转换后的图像数据，可通过RGB接口或者LVDS接口显示；Anlogic提供了ERAM、Multiplier、LVDS Display等基本模块；

其中Configuration Module 提供了系统时钟、相关器件的时钟及其配置接口比如SPI；Anlogic提供了ODDR、PLL等基本模块；

其中TX Chain包含TX 发射聚焦参数及其发射脉冲控制器件，提供了系统时钟、相关器件的时钟及其配置接口比如SPI；Anlogic提供了ODDR、ERAM、Multiplier等基本模块；

 图像数据可根据产品形态进行设定：
便携式超声设备：可将图像经由LVDS/RGB接口，直接显示至屏幕，同时也可选择Anlogic SoC器件（SF1或EF2），提供包括中断、电量检测、开关机及其启动配置等功能；
掌上超声设备：可将图像经由USB接口/WIFI接口，将数据传输到PC终端、安卓终端或者iOS终端进行成像显示；为PoC提供了方便，如术后床旁诊断、穿刺引导等；
大超声设备：通过物理通道数扩展，比如128/256通道，图像经由PCIe接口，传输至PC端，后端图像处理可由GPU实现，实现高质量成像，为临床诊断，提供更可靠的依据；
根据上述分析，在数字超声成像系统中，开发FPGA过程中，涉及到最多的IP为：IDDR/ODDR/ERAM/Multiplier/PLL，经过上述分析，安路FPGA可满足其开发需求。
参考资料：
学习超声检测成像 - 知乎超声成像的研究最早可追溯到20世纪30年代，著名的原苏联科学家萨卡洛夫S·J∙Sokolov于1935年完成了液面成像装置，在超声成像研究方面为声学界做出了重大贡献。在40 年代出现的脉冲回波探伤仪器成为超声波检测技术…

https://zhuanlan.zhihu.com/p/148698108




来源：https://blog.csdn.net/wangkuijun/article/details/123147402
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