[发明专利]一种基于FPGA的超声全数据聚焦快速成像方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于FPGA的超声全数据聚焦快速成像方法及系统，该基于FPGA的超声全数据聚焦快速成像方法包括：采集由至少一个第一阵元的每一个阵元发射的第一超声波信号至像素点，及由像素点反射至少一个第二超声波信号至至少一个第二阵元，并将采集后的数据存储；根据第一超声波信号和至少一个第二超声波信号，确定像素点对应的至少一个传输时延；根据像素点的至少一个传输时延检索存储的像素点对应的数据；根据像素点对应的数据合成像素点对应的像素值；对像素点对应的像素值进行变换，确定像素值的解析信号，并在获取解析信号的包络后成像。基于本发明的成像方法，提高了成像并行化程度，加快了成像效率，同时显著改善了阵元数和像素数增加对效率的影响。

技术领域

本发明涉及超声检测领域，特别涉及一种基于FPGA的超声全数据聚焦快速成像方法及系统。

背景技术

超声全数据聚焦(TFM)成像是一种基于全矩阵捕捉(FMC)的高级相控阵检测方法，相比于常规相控阵成像方法，具有高分辨率、检测范围大等优势，具有着广阔的应用前景。

TFM是基于FMC的一种成像方法，如图1所示，TFM对检测区域网格化，根据阵元与像素的空间距离计算传输延时，检索相应的FMC数据，完成像素点的叠加合成。

任一像素点P(x,z)的值I由公式1给出。

h_ij为激发阵元为i时，j阵元的接收数据，并经过了Hilbert变换。x_i和x_j分别是阵元i和j的横轴坐标，c是声速，N是阵元个数。

长期以来，全数据聚焦只能在实验室中非实时实现，大量的数据处理和计算成为其走向应用的瓶颈。并行运算平台以其高效的并发执行能力，成为提高全聚焦成像效率的重要方法。

并行运算平台主要有GPU，多核CPU和FPGA等。基于GPU+CPU的TFM算法加速是近年来主要的实现方式，但没有考虑硬件采集和数据传输带来的影响，同时限于软件处理器的并行能力，TFM计算效率仍然不足，在阵元或像素增多时，成像效率会急剧下降。

FPGA为TFM的高效计算提供了良好并行平台。2013年有研究提出基于多片FPGA的TFM成像，在16阵元、60*60像素量下达到73Hz成像速率，但像素提高到128*128时，效率大幅下降至20Hz以下。原因就在于当前的FPGA设计方法并行化程度不足。如聚焦延时采用软件计算和下传存储的方式，致使FPGA需要花费多个周期才能读取延时值、计算出一个像素，限制了计算效率；同时像素点只能串行合成，在像素分辨率较高时，成像速率明显下降，难以满足以机械扫查为代表的TFM快速检测要求。

现有技术TFM成像，由于计算方法的并行化不足而导致的成像速率低下、受阵元和像素数量影响明显等问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提出了一种基于FPGA的超声全数据聚焦快速成像方法及系统，相比现有技术，有效提高了TFM成像效率，并显著改善阵元数和像素数增加对成像效率的影响，为以机械扫查为代表的高速TFM检测提供快速成像方案。

为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种基于FPGA的超声全数据聚焦快速成像方法，该基于FPGA的超声全数据聚焦快速成像具体包括：采集由至少一个第一阵元的每一个阵元发射的第一超声波信号至像素点，及由像素点反射至少一个第二超声波信号至至少一个第二阵元，并将采集后的数据存储；根据第一超声波信号和至少一个第二超声波信号，确定像素点对应的至少一个传输时延；根据像素点的至少一个传输时延检索存储的像素点对应的数据；根据像素点对应的数据合成像素点对应的像素值；对像素点对应的像素值进行变换，确定像素值的解析信号，并在获取解析信号的包络后成像。

优选地，并在采集后存储的步骤具体包括：将像素点对应的第一超声波信号和至少一个第二超声波信号存储在双端口内存。