超声多普勒多点血流测量技术研究

目录

摘要 .................................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................................... II 目录 ................................................................................................................................ III 第一章绪论 . (1)

§1.1引言 (1)

§1.2超声血流测量技术的研究意义及发展历程 (2)

§ 1.2.1 超声血流测量技术的研究意义 (2)

§ 1.2.2 医学超声多普勒的发展历史与现状 (2)

§ 1.2.3 本课题研究背景 (3)

§1.3本文工作重点及结构安排 (3)

§ 1.3.1 本文工作重点 (3)

§ 1.3.2 本文结构安排 (4)

第二章超声多普勒基本原理 (5)

§2.1超声波的产生原理 (5)

§ 2.1.1 压电效应 (5)

§ 2.1.2 超声换能器基本结构 (5)

§2.2超声多普勒血流测量原理 (6)

§ 2.2.1 常用超声成像模式 (6)

§ 2.2.2 超声多普勒血流测量原理 (8)

第三章超声多普勒多点血流测量系统的设计 (10)

§3.1系统整体结构 (10)

§3.2超声发射电路的设计 (10)

§3.3前端接收放大电路的设计 (12)

§3.4控制和信号处理模块的设计 (16)

§3.5数据传输电路的设计 (18)

第四章FPGA算法的设计与实现 (21)

§4.1整体算法设计 (21)

§4.2数字带通滤波器的设计与实现 (22)

§4.3解调算法的设计与实现 (24)

§4.4测量深度选通控制的实现 (26)

§ 4.4.1 多点采样值存储设计 (26)

§ 4.4.2 选通数据缓存设计 (27)

§4.5超声回波信号频谱分析算法的实现 (28)

§ 4.5.1 窗函数的设计 (28)

§ 4.5.2 快速傅里叶变换算法的实现 (30)

§ 4.5.3 取模运算的实现 (31)

§4.6USB3.0接口读写控制的实现 (36)

第五章实验验证及结果分析 (38)

§5.1实验平台搭建和仿体制作方法 (38)

§ 5.1.1 血流测量实验平台搭建 (38)

§ 5.1.2 模拟血管的制作 (38)

§ 5.1.3 血液模拟液的制作 (40)

§5.2模拟多点血流测量实例 (41)

§5.3测速比对与实验数据处理 (42)

§ 5.3.1 测速结果比对 (42)

§ 5.3.2 实验数据处理方法 (43)

§ 5.3.3 误差产生原因分析 (44)

第六章总结与展望 (46)

§6.1本文工作总结 (46)

§6.2工作展望 (47)

参考文献 (48)

致谢 (52)

作者在攻读硕士期间主要研究成果 (53)

第一章绪论

第一章绪论

§1.1 引言

2014年8月8日，《中国心血管病报告2013》发布。报告显示，心血管病死亡占城乡居民总死亡原因的首位，农村为38.7%，城市为41.1%[1]。随着中国经济的发展和人民生活水平的提高，国民饮食结构和环境因素发生了深刻的变化，尤其是人口老龄化及城镇化进程的加速，使中国心血管病的危险因素流行趋势更加明显，导致心血管病的发病人数持续增加。目前，中国心脑血管疾病患者估计有2.9亿，每年约有350万人死于心脑血管疾病，而且今后10年，中国心血管病患病人数仍将快速增长。心脑血管疾病已对人类生命健康构成极大威胁，如何提高心脑血管疾病的诊治和预防水平已成为迫切需要解决的重大医学和社会问题。

据研究，心脑血管疾病（如冠心病、心肌梗塞、高血压、脑卒中等）的共同病理基础都是血管病变，是由于血管功能及结构异常导致的血管病理性改变[2]。而血管病变的最直接反映就是血液流速等血流动力学参数的改变，因此血流动力学因素与心血管疾病的形成、发展和治疗存在密切联系，检测血液流速等血流动力学参数对了解病情发展、指导临床治疗具有重要意义[3]。

血流动力学参数测量手段分为有创和无创两类。有创血流测量，顾名思义，在测量过程中会给患者带来创伤，并有可能增加并发症。另外，有创测量手段不宜用于长期监测，且费用较贵。无创血流动力学参数测量能较准确地反映人体血流动力学变化，对人体不构成新的创伤，所需费用也较便宜，因此易于被患者接受[4]。超声多普勒测速和核磁共振测速是现代无创伤血流速度测量技术中最有发展潜力和最具代表性的两种方法。与超声多普勒测速法相比，目前磁共振成像法的主要缺陷是成像速度较慢且设备价格昂贵，因此远不如超声多普勒血流测量技术普及[5]。

但是来自前瞻产业研究院的《2014-2018年中国医疗器械行业市场前瞻与投资预测分析报告》指出，在我国医用器械领域，约90%的超声波仪器市场被外资企业垄断，其中美国通用(GE)、荷兰飞利浦(Philips)和德国西门子(Siemens)三家公司组成的所谓“GPS”阵容长期掌控着我国70%的高端医疗设备市场，而国产设备的份额连10%都不到[6]。2014年5月24日，国家主席习近平参观上海联影医疗科技有限公司时表示，要加快高端医疗设备国产化进程，降低成本，推动民族品牌企业不断发展[7]。在此背景下，积极研发国产医疗器械、研究并掌握核心的检测技术就显得迫切而意义重大，本论文正是基于这样的大背景选择超声多普勒多点血流测量技术为课题并展开研究工作的。