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第1章 绪论1

1.1超声成像的背景与意义1

1.2超声成像方法的现状1

1.3波束形成技术4

参考文献5

第2章 数字超声的基础理论与成像原理6

2.1数字B型超声成像系统原理6

2.2超声成像基础理论7

2.2.1超声波产生与接收原理7

2.2.2超声波信号的特性7

2.2.3超声波的反射、折射和散射9

2.2.4超声波的衰减10

2.2.5超声波声场特性11

2.3高速采样的AD转换12

2.4时间增益控制13

2.5超声成像质量的评价标准14

2.5.1轴向分辨率14

2.5.2横向分辨率14

2.5.3对比度14

2.5.4时间分辨率15

2.5.5动态范围15

参考文献15

第3章 数字超声硬件系统的设计与研究17

3.1数字B型超声系统的原理17

3.2超声发射电路18

3.3超声扫描线的生成19

3.3.1超声扫查的原理19

3.3.2间隔扫查方法20

3.3.3收发交叉扫查方法20

3.3.4收发间隔交叉扫查方法22

3.3.5飞越扫查方法22

3.4发射阵列开关23

3.4.1发射阵列23

3.4.2超声发射信号的整序网络24

3.4.3超声发射信号的产生28

3.5 TR接收电路30

3.6时间增益控制电路32

3.6.1时间增益控制原理32

3.6.2时间增益控制电路的设计33

3.7高速AD转换36

3.8接收整序网络37

参考文献42

第4章 数字波束合成技术43

4.1延时叠加波束形成43

4.2聚焦技术44

4.2.1聚焦技术的实现过程45

4.2.2声场分布的计算46

4.2.3凸阵探头的仿真47

4.2.4超声图像的仿真50

4.3动态聚焦的工程实现方法51

4.4非均匀采样法动态聚焦55

4.5均匀采样内插法动态聚焦59

4.5.1聚焦延时参数实时修正的产生方法59

4.5.2聚焦延时参数的压缩存储与实时生成方法62

4.5.3逐点聚焦算法的FPGA实现67

4.5.4改进聚焦算法的性能分析与讨论69

4.6数字多波束逐点聚焦技术70

4.7幅度变迹技术74

4.7.1单一幅度变迹74

4.7.2分段动态变迹技术的研究77

4.7.3动态幅度变迹技术的实现方法82

4.8动态孔径技术83

4.8.1动态孔径的优点84

4.8.2动态孔径的原理及实现算法85

4.8.3仿真成像87

4.9动态孔径与动态聚焦延时参数的融合设计90

4.9.1聚焦延时的计算90

4.9.2动态孔径控制方法91

4.9.3融合动态孔径聚焦延时参数的压缩91

4.9.4 Geabr（）实验数据集成像95

参考文献95

第5章 超声回波信号的处理技术97

5.1动态滤波技术97

5.1.1数字滤波器98

5.1.2动态滤波器设计99

5.1.3动态滤波器的FPGA实现101

5.2包络检测技术104

5.3对数压缩技术108

参考文献109

第6章 超声的数字图像处理技术110

6.1数字扫描变换技术110

6.1.1坐标变换111

6.1.2线性插值111

6.2图像的帧相关112

参考文献114

第7章 基于虚拟阵元的超声成像双聚焦波束合成115

7.1基于虚拟阵元的双聚焦波束合成方法115

7.2波束合成器BF1的延迟参数计算117

7.3波束合成器BF2的延迟参数计算118

7.4仿真结果及讨论119

参考文献122

第8章 自适应波束合成算法123

8.1标准的最小方差波束合成算法123

8.2稳健的自适应加权波束合成算法124

8.2.1对角加载法124

8.2.2空间平滑法125

8.2.3特征空间法127

8.2.4广义相干系数128

8.3最小方差波束合成与基于最小方差相干系数融合的超声成像方法129

8.4基于特征空间的前后向最小方差波束合成130

8.5仿真结果及讨论131

8.5.1传统延时叠加成像131

8.5.2最小方差波束合成与基于最小方差相干系数融合的成像134

8.5.3基于特征空间的前后向最小方差波束合成的成像138

参考文献142

第9章 Chirp码与自适应加权融合的鲁棒双聚焦超声波束合成143

9.1 Chirp编码信号143

9.2匹配滤波器与脉冲压缩144

9.3基于Chirp码与自适应加权的鲁棒超声双聚焦波束合成146

9.4仿真结果及讨论147

参考文献151

第10章 数字超声系统设计中的若干问题与解决方法152

10.1控制策略与性价比的问题152

10.1.1分时复用的四波束控制策略153

10.1.2数据码流的降频处理问题156

10.2超声硬件系统设计的噪声问题159

10.2.1超声硬件拓扑结构布局问题159

10.2.2超声电路的元器件参数选择问题160

10.2.3超声电路中的电源波动引入噪声问题162

10.2.4超声电路中信号传输阻抗匹配问题163

10.2.5超声电路中的信号串扰问题167

10.2.6超声回波信号的屏蔽问题169

10.2.7超声电路中的信号隔离与共地问题172

10.3高速AD转换器的时钟设计176

10.3.1AD转换器时钟的抖动问题177

10.3.2抑制AD转换器时钟的抖动179

10.3.3多路AD转换器同步时钟的设计180

10.4高速LVDS串行接口182

10.4.1 AFE5805的LVDS数据连接183

10.4.2 LVDS数据线的匹配设计184

10.4.3 LVDS数据的串行接收185

10.4.4 LVDS数据的测试与分析187

参考文献188

第11章 超声弹性成像基本原理和成像关键方程189

11.1弹性成像的形成背景190

11.1.1超声弹性成像的原理和方法190

11.1.2弹性图与声像图的区别191

11.1.3与超声弹性图质量有关的重要参数及理论方面的进展191

11.1.4算法方面的进展193

11.2弹性波与物质相互作用及超声弹性成像的物理基础195

11.2.1弹性波在生物组织中传播的物理方程197

11.2.2波动方程的导出198

11.2.3非齐次波动方程的Fredholm解202

11.2.4声波与生物组织相互作用203

参考文献206

第12章 声波与声子晶体207

12.1背景207

12.2声子晶体207

12.2.1声子晶体的带隙形成机制208

12.2.2声子晶体的研究方法209

12.2.3声子晶体的缺陷态210

12.2.4声子晶体的应用211

12.3转移矩阵方法与一维声子晶体的带结构212

12.3.1运动方程212

12.3.2转移矩阵方法213

12.4折射率呈余弦变化的一维光子晶体带结构216

12.4.1弹性波波动方程216

12.4.2电磁波动方程218

参考文献219

第13章 弹性波在介质中的传播成像及NCB法正则参数的选择221

13.1弹性波221

13.2 Fredholm方程的离散化221

13.3逆散射成像中的正则化方法223

13.3.1 Tikhonov方法223

13.3.2截断奇异值方法224

13.3.3L-曲线法225

13.4 Burg谱估计与K-S检验225

13.5求正则参数的归一化累积频谱Burg法228

参考文献231

第14章 NCB正则化Lanczos超声反卷积大规模逆成像232

14.1超声解卷面临的问题232

14.2Lanczos-NCB混合法解卷233

14.2.1卷积问题的离散化233

14.2.2 Lanczos混合法求解大规模逆问题235

14.2.3正则NCB方法235

14.3算法实现与模拟236

参考文献237

第15章 基于光流的超声心动图心肌运动与变形分析238

15.1光流的基本概念239

15.1.1光流239

15.1.2运动场与光流240

15.1.3光流的梯度约束方程241

15.1.4孔径问题242

15.2光流法243

15.3不同模型光滑项选择248

15.4中值公式250

15.4.1以TV模型为基础的中值公式计算250

15.4.2图像离散的中值公式计算252

15.5经典Horn-Schunck鲁棒性ρ函数光流估计255

15.6离散中值滤波高阶TV模型的计算256

15.6.1 ρ函数光流估计的全变差中值滤波离散方程256

15.6.2阶梯效应的消除257

15.6.3改进的ρ函数光流估计与中值公式的计算259

15.6.4对高阶项模型的改进方式261

15.7实验结论与数值计算262

参考文献269