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医学X光视频的数字转换设计
针对不同X光视频设备具有不同技术参数导致无法直接接驳VGA视频的现状,本文在研究建立非标准视频信号特征转换算法库的基础上,提出了一种控制非标准视频AD采样数据读写时序,实现高分辨X光视频对VCA视频的自适应转换设计方案,方便了X光影像的临床研究和教学.
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基于FPGA的数字X线图像的实时缩放模块
本文介绍了一个自行设计的数字化X射线影像实时处理系统中实现图像实时缩放的子系统.重点分析了缩放涉及的插值算法,设计并实现了基于FPGA的三次插值的模块,系统终实现了对高显示分辨率和帧率下的X线图像的实时缩放.
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基于FPGA的超声射频信号自适应滤波器
目的 医学超声的射频回波信号具有明显的时变特性,传统滤波器难以获得理想的滤波效果,本文提出一种基于现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)的实时自适应滤波器以解决这一问题.方法 根据双通道自适应滤波器原理,设计双脉冲激励以获得双通道输入,滤波器集成在一个Altera Cyclone II FPGA上,采用延时小均方误差(delayed least-mean-square,DLMS)控制算法以提高速度.结果 对超声体模和人体组织回波进行的仿真及硬件滤波实验表明,该滤波器具有明显的信号增强作用,对不同深度信号的处理效果没有明显的差别,并且可以达到50MS/s的数据吞吐量,满足实时处理要求.结论 FPGA速度快,体积小,耗电低,在超声扫描仪中应用广泛,本文提出的基于FPGA超声射频信号的自适应滤波方案滤波效果明显,具有很强的实用性.
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便携式超声背向散射骨密度仪设计
目的 设计基于背向散射信号来评判骨密度情况的便携式超声骨密度仪,为实现超声骨密度仪的低成本和便携性提供一种解决方案.方法 使用现场可编程门阵列(field programmable gate array, FPGA)作为主控以控制整个系统正常工作,配合信号调理、高速模数转换器(analog-to-digital converter, ADC)和USB传输电路,来实现高压脉冲控制模块、增益控制模块、信号采集、数据传输.后对系统噪声和采集到的背向散射信号进行测试,并用松质骨样本进行骨密度测量的测试.结果 系统整体尺寸为15 cm×10 cm×3 cm,数据传输速率可达60 MB/s,噪声水平低.结论 设计了一种USB接口的便携式背向散射超声骨密度仪,在USB接口供电时,可以有效地获取背向散射信号.
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骨密度测量系统中数据采集与传输关键技术的研究
目的 本文对超声骨密度测量系统中的高速数据采集和传输关键技术进行了研究,设计了数据采集系统.方法 该系统基于 Nios II软核,以现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)芯片EP2C8Q208C8为核心,选择ADC12C105芯片进行模数转换,然后经USB接口芯片CY7C68013A上传至PC机进行分析、存储.后对CY7C68013A的传输速度进行了测试.结果 实验结果证实本文所设计的系统采样率高,数据传输速度快.结论 该高速数据采集和传输系统是超声骨密度测量系统的研发基础.
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基于FPGA的实时数字血管减影系统
介绍了一种基于FPGA的实时数字血管减影系统.重点介绍了在数字血管减影过程中图像对数放大、减影、像素移位以及大充盈等特殊要求的实现.该系统工作稳定,可靠地实现了X光图像1024×1024大小每秒30帧的实时减影处理,并可期望短期内应用于临床.
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应用于超声成像的数据采集系统设计
数据采集系统在全数字医用超声成像设备中占有重要地位.本文介绍了应用于超声成像的数据采集系统的设计方案.系统采用AD9228芯片(Analog Devices Inc)作为模数转换芯片,使用现场可编程门阵列(FPGA)与静态随机存储器(SRAM)构成相关控制、缓存等数字电路模块,使用ISE组件Chipscope对采样结果进行测试.测试结果表明:系统采集样本正确;FPGA准确接收采样数据的输出,并完成串并联转换、缓存等处理;系统可以稳定地工作在40MHz的数据采集与存储速率下,符合医用超声成像系统的使用要求.
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超声骨密度仪高精度测量技术的研究
目的 对市售的韩国超声骨密度仪(型号为OsteoPro UBD 2002A)进行改进,设计以现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)作为控制芯片的高精度超声骨密度仪,克服其准确度不高及检测速率低等问题.方法 该系统以FPGA芯片XC3S250E-4为核心,采用MAX1449芯片进行模数转换,使用K6T4016V3 C-TF70进行数据存储,通过USB芯片FT232H进行数据传输.后对系统的传输速度和整体性能进行了测试.结果 实验结果证实该系统采样率高,数据传输速度快.结论 该高精度测量系统是超声骨密度仪性能提升的核心.
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基于FPGA的实时X线医学图像处理系统
X线图像的实时处理要求系统具有强大的运算能力和数据吞吐能力.本研究介绍了一套基于FPGA的图像处理系统,可以对输入的X线图像进行多种实时处理,包括回归滤波、数字减影、基于7×7模板的图像增强以及基于双三次插值的图像缩放等,并生成多种接口的显示图像.该系统可以应用于透视和血管减影造影等多种场合.由于采用高度集成的FPGA器件,整个系统功能强大,结构小巧紧凑.实验结果表明,系统工作稳定,可以初步满足临床应用要求.
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医用电子内窥镜图像采集与视频显示系统的设计与实现
0 引言信息社会的一个显著特征是微电子技术、计算机技术向其它传统学科领域的融合、渗透，伴随着这一特点而诞生的是一大批光、机、电算一体化的高新技术仪器设备。医用电子内窥镜正是众多集光学、机械、电子、计算机技术于一体的仪器中具有代表性的一种医疗仪器。与CT、B超图像成像原理不同，医用电子内窥镜图像采集与视频显示系统的任务是用CCD(电荷耦合器件摄取人体器官内部的彩色图像，经视频处理后，在电视监视器上显示高分辨率的图像，因此该系统实际上是一套彩色摄像系统。但与普通的摄像系统不同的是，电子消化道镜的镜身外径大约在Φ10mm左右，电子支气管镜则更细，在这样一个细管中，要安放照明光纤、信号电缆、窥头弯曲牵引钢丝、活检孔和充气/充水孔，特别是在窥头部分，要放置物镜、CCD芯片等，从这种意义上来说，该系统又是一套微型摄像系统。
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基于CAN总线的多排螺旋CT控制系统设计
目的 针对目前技术条件下的多排螺旋计算机断层成像(computerized tomography,CT)设计一种快速稳定的控制器局域网络(controller area network,CAN)总线通讯控制系统.方法 在根据系统需求设计CAN网络后,首先设计CAN硬件接收电路,然后制定CAN网络通讯协议,后采用基于现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)和CAN的知识产权逻辑核实现扫描流程的软件设计.结果 螺旋扫描实验表明,系统各节点在扫描过程中能够快速稳定地进行通信.结论 该系统能够实现对多排螺旋CT扫描流程的控制,并且具有很好的可靠性、实时性和扩展性.
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无线内窥镜的驱动系统设计
介绍了医用电子内窥镜的结构原理以及驱动系统的设计与实现,并主要论述了驱动的方案及其功能,及以FPGA(现场可编程门阵列)为核心的驱动速度及运动方向控制.该微型驱动系统经实验验证,其直线移动速度可在0～10mm/s范围内调节,可平稳灵活地前进、后退及转弯.可编程逻辑器件在步进电机控制中将发挥其可靠性、灵活性等独特的作用.
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基于FPGA的超声手术仪的研制
介绍了超声手术仪的基本工作原理,然后根据超声手术仪硬件电路的特点,提出了一种基于FPGA实现超声手术仪硬件电路设计的方法,着重阐述了利用FPGA实现超声手术仪输人输出接口电路的方法,这种设计方法在保证超声手术仪的工作可靠性和整体治疗性能的前提下提高系统的集成度.
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FPGA在生理信号抗50Hz干扰中的应用
论及FPGA在生理信号抗50Hz干扰中的应用,并给出了其在心电信号去50Hz干扰的实例.由于使用了FPGA,系统除了保持硬件器件速度快的优势,同时也具有软件系统的灵活性,以及并行采集处理多种生理参数的能力.
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定点数自适应消噪器用于体感诱发电位检测
目的:为了改善脊髓术中监护的准确性和实时性,一种可移植于FPGA的定点数算法自适应噪声消除器被应用于改善体感诱发电位的信噪比.方法:仿真浮点数算法、定点数算法自适应消噪器对离线SEP信号处理的效果.比较两种滤渡器在不同收敛系数下失真指数的趋势.结果:定点数算法在收敛系数较小的范围内失真指数较浮点数算法略大.随着收敛系数的增大,二者差异逐渐缩小.结论:通过合理优化收敛系数,定点数自适应消噪器能够逼近浮点数自适应消噪器,满足SEP检测的要求.
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基于FPGA的非标准视频转换算法
目的:针对X线设备非标准视频信号无法接驳通用VGA视频接口的现状,提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的视频转换算法.方法:在分析了FPGA器件特点及非标准医学视频信号特性的基础上,通过对先进先出存储器(FIFO)中非标准视频A/D采样数据读写时序的控制,使得在每行的有效信号时间段内,输出800个数字采样数据(输出分辨率为800×600、刷新频率60Hz),由输出模块将这800个数字数据与行、场同步信号一起组合成标准的VGA信号.结果:采用VHDL语言在一般的FPGA器件上能够实现非标医学视频信号到标准视频信号的转换算法.结论:实验结果表明,该算法运算速度快,转换效果清晰流畅.
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基于FPGA的高频超声皮肤三维扫描控制及数据采集系统设计
目的:研制一套基于现场可编程门阵列(field-programmable gate array,FPGA)的高频超声皮肤三维扫描控制及数据采集系统,用于控制皮肤等浅表器官的高频超声三维扫描和高频超声二维图像序列的获取,并实现高频超声三维成像.方法:该系统由上位机模块、下位机模块及高频超声三维探头组成,通过精密扫描及采样控制进行数据采集.针对二维超声图像等时间间隔采样的不足,设计了等空间间隔采样方法,提高二维超声图像的质量.系统采集的高频超声图像序列通过USB接口上传至上位机进行实时显示和缓存,并基于可视化工具包VTK(visualization toolkit)对采集到的皮肤高频超声图像序列进行三维重建.结果:该系统可以得到待测部位的三维超声图像及任意角度切面图像.通过对自制超声体模三维重建结果的测量,验证了该系统的准确性;通过上臂皮肤体数据的切面可以清晰地观察到皮肤下血管的形态和走向.结论:该系统准确地实现了皮肤的三维数据采集,为皮肤等浅表器官疾病的临床诊断奠定了实验基础.
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基于FPGA与千兆网的多通道高精度脑电采集与传输系统设计
目的:针对现有脑电采集系统受限于传输速率低而导致的采集通道数少、采样频率及有效位低等问题,设计一种多通道高性能脑电信号采集与传输系统.方法:该系统在传统“右腿”驱动放大链路中,加入基于RC零极点补偿技术的前馈电路,提高整体链路的环路稳定性;基于高速现场可编程门阵列芯片(field programmable gate array,FPGA)与4片DDR3,设计了2条实时并行处理的“乒乓”交替数据吞吐机制,以提升系统可承载的实时采集通道数.结果:该系统增加了前端模拟链路的相位裕度、增益、稳定性及工频抑制能力,实现了吞吐率达千兆比特的数据整合与高效传输,大幅提高了系统所能承载的通道数量、采样频率及有效位.终系统实现性能指标为:链路共模抑制比130 dB,有效位24 bit,单通道采样频率500 kHz,传输速率3.125 Gbit/s.结论:该系统可承载256通道大规模采集,尤其可为在非开颅情况下脑部病灶的精确定位诊断提供一套解决方案,为生物学及脑机接口等前沿研究提供有力支撑.
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一种基于FPGA的高频超声灰阶血流成像系统设计
目的:研制一套基于现场可编程门阵列(field-programmable gate array,FPGA)的高频超声灰阶血流成像系统,实现浅表器官血流和组织的同时实时成像.方法:该系统主要由超声换能器、超声发射接收模块、上位机成像软件和外围设备组成.超声换能器采用20～50 MHz单阵元聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)换能器;超声发射接收模块采用高速模数转换器(analog to digital converter,ADC)直接将射频回波信号提前数字化,再由FPGA对数字信号进行多次发射叠加、滤波、检波、对数放大及二次采样等处理,并由USB接口传输至上位机进行实时显示.结果:使用该系统对人手背部静脉距表皮1 mm的血管进行超声扫描检查,可得到各种发射频率对应的血流结果图像.结论:该系统实现了浅表器官血流的实时成像,方案结构简洁清晰,为高频超声灰阶血流成像奠定了实验基础.
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径向基函数自适应减法器提取诱发电位的性能评价
目的:针对体感诱发电位(somatosensory evoked potentials,SEP)的特征,基于现场可编程门阵列(field pro grammable gate array,FPGA)硬件平台设计径向基函数自适应减法器,实现体感诱发电位的快速提取.方法:通过对各模块的硬件算法设计,利用Simulink仿真工具对5例接受脊柱侧弯手术患者的原始SEP信号进行仿真实验,以工频干扰、EEG脑电为噪声,对径向基函数自适应减法器提取SEP的性能进行评价.结果:不同输入信噪比条件下,径向基函数自适应减法器比单一自适应减法器输出信号的信噪比高;输入信噪比为-15 dB时,单一的自适应噪声减法器(adaptive noise canceller,ANC)输出相对于模板信号的失真比径向基函数自适应减法器(ANC-RBF)小,但输入信噪比为-25、-30 dB时,ANC输出相对于模板信号的失真比ANC-RBF大;ANC-RBF提取的SEP波形比较平滑.结论:径向基函数自适应减法器比单一自适应减法器对术中体感诱发电位具有更好的去噪效果,不仅提取信号的失真度较小,而且信号波形更为平滑,使SEP信号的潜伏期和幅值更易识别.
