B超原理圖簡介(1)
1,、能量的轉(zhuǎn)換
本B超采用64個探頭,,每個基元由數(shù)片壓電晶片并聯(lián)構(gòu)成,。發(fā)射電路輸出電脈沖,,經(jīng)接口電路加至壓電晶片,,壓電晶片將電脈沖轉(zhuǎn)換成聲脈沖,,射入人體。
人體各種組織具有不同的聲特性,,對投射聲脈沖產(chǎn)生幅度不同的反射回波,,再返回到探頭的工作面,由壓電晶片將聲波轉(zhuǎn)換成電信號,,送至接收電路放大,、顯示,從而構(gòu)成超聲掃描的顯示圖像,。
2,、超聲掃描波束的形成
本B超采用12個基元產(chǎn)生一個發(fā)射波束,如1# ~ 12# 基元發(fā)射,,采用11個基元接收,,構(gòu)成一個接收波束,如1# ~ 11#基元,。發(fā)射擊和接收波束組合構(gòu)成了一個超聲波掃描波束,,兩個超聲掃描波束中心距相差0.5個基元間距。
64基元線陣采用上述方式,,基元轉(zhuǎn)換按1# ~12#轉(zhuǎn)換為2# ~ 13#......53# ~ 64#順序轉(zhuǎn)換,,從而獲得106個超聲掃描波束。這樣的掃描方式謂為:標(biāo)準(zhǔn)掃描方式,,所獲得的掃描寬度為85mm ,。本B超在掃描寬度中心部分,采用標(biāo)準(zhǔn)掃描方式,而在其兩側(cè)采用擴(kuò)張掃描方式,,兩側(cè)波束所用的基元數(shù)向外遞減1,,本B超C*1最多獲得128個超聲掃描波束。掃描寬度增大到102cm,。
3,、電子聚集
為了獲得較好的橫向分辯力,B超通常均采用電子聚集,。對發(fā)射而言,,波束中心基元激勵脈沖遲后于兩側(cè)基元的激勵脈沖,從而形成一個聚集的發(fā)射波束,,同樣對接收而言,,中心基元信號經(jīng)過延遲線,相對于兩側(cè)基元回波信號有一定的延遲量,,形成一個接收聚集波束,。
每一個波束的聚集都存在著一定的焦區(qū)寬度,它的大小即是橫向分辯力的量度,;還存在著焦柱長度,,占據(jù)深度方向上一段距離,例如本B超焦點(diǎn)M,,焦柱長度為23mm,。由此可見采用單焦點(diǎn)的進(jìn)口B超其圖象清晰度高的只在焦點(diǎn)附近。
本B超采用四個焦點(diǎn),,具有不同的焦距,。每個超聲掃描波束一個發(fā)射焦點(diǎn),一個接收焦點(diǎn),,兩者采用不同的焦距,,各有一個焦柱長度構(gòu)成的超聲掃描波束焦柱長度相對加長。四個焦點(diǎn)是采用四個超聲波掃描束完成的,,按其焦區(qū)位置各取一段,,拼成一個復(fù)合超聲波掃描束,從而獲得整個觀察濃度上的清晰圖象,。
本B超的電子聚集電路分設(shè)在發(fā)射(TC)和接收(RV)板上,,兩者均由CPU(8085A)進(jìn)行控制。
4,、動態(tài)濾波和對數(shù)壓縮
超聲波換能器發(fā)射的信號是一個很窄的脈沖,,具有很寬的頻譜,超聲波在人體傳播中,,高頻衰減大于低頻衰減,,從而造成回波中心頻率下移,。為此本B超為了獲得較大的觀察深度,采用動態(tài)濾波器,,隨著超聲波束掃描,。回波信號出現(xiàn)的深度增大,,自動地改變放大器中的濾波器的中心頻率和帶寬,,以獲得最佳的接收效果。
動態(tài)濾波器頻率特性是由CPU提供控制信號DDF,,再由模擬電路板 D/A變換器轉(zhuǎn)換為 模擬控制信號DF,,這樣實(shí)現(xiàn)了CPU對動態(tài)濾波器控制,從而實(shí)現(xiàn)了探頭頻率改變時,,由CPU來改變動態(tài)濾波器頻率特性控制的變動,。
經(jīng)放大和動態(tài)濾波后,接收信號送至對數(shù)放大器,,壓縮信號動態(tài)范圍。這是因?yàn)锽超回波信號動態(tài)范圍在100 ~ 120db ,,經(jīng)過時控增益補(bǔ)償 (TGC)補(bǔ)償了傳播衰減之后,,信號動態(tài)范圍仍有40~60db,這是由人體中目標(biāo)反射本領(lǐng)差異所造成的,,B超采用亮度顯示,,顯示的圖象反差很大,從而造成強(qiáng)信號或弱信號兩端的信息損失,。為此本B超采用對數(shù)放大器對信號動態(tài)范圍進(jìn)行壓縮,,一定的機(jī)型,不同的檢查器官,,都會要求不同的壓縮比,。通常是在使用時調(diào)節(jié)TGC,控制壓縮前的動態(tài)范圍,,充分利用對數(shù)壓縮環(huán)節(jié),。
壓縮后的回波信號送入檢波放大器,檢波器取出信號包絡(luò),,送入視頻信號放大,。由于B超通常所遙的探頭一般帶寬不寬,回波信號前后沒不夠陡峭,,表現(xiàn)在臟器邊界顯示較粗,,清晰。本B超采用輪廓增強(qiáng)電路即檢波放大所獲得的信號,,再經(jīng)輪廓增強(qiáng)處理后,,送去顯示。
5、圖象的存貯
早期B超曾采用存貯示波管,80年代大規(guī)模動態(tài)存貯器的出現(xiàn),為B超臨床使用創(chuàng)造了良好基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)了圖象"停幀"的功能.本B超設(shè)有圖象存貯器(幀存貯器),并為實(shí)現(xiàn)數(shù)字掃描變換奠定基礎(chǔ),。
a,、線存貯體與A/D變換器
經(jīng)過輪廓增強(qiáng)處理后的回波信號,它是一個模擬信號,,送至A/D變換器,,在A/D變換器中量化成4 bit 的數(shù)字信號。從不失真的角度出發(fā),,bit 越多越好,,但是bit 數(shù)多,不僅是成本增高,,對于B超臨床應(yīng)用而言,,圖象顯示目的在于表現(xiàn)紋理結(jié)構(gòu),采用 4 bit 量化是為了獲得清晰的層次,。
量化后的數(shù)字視頻信號,,先存入線存貯體,在線存貯休整 實(shí)現(xiàn)四個焦點(diǎn)的復(fù)合超聲掃描波束的構(gòu)成,,同時也是為了實(shí)現(xiàn)幀存貯器寫入的緩的沖,。
b 、串/并轉(zhuǎn)換與并/串轉(zhuǎn)換
超聲波束掃描周期為256 us ~ 384 us ,,每個波束顯示周期是64 us ,。這就要求幀存貯器采用慢存快讀方式。
4 bit 數(shù)字視頻信號由線存貯體輸出,,經(jīng)串/并轉(zhuǎn)換電路,,將四個一組串行象素信號,轉(zhuǎn)換為一個字長為 16 bit 信號,,一次寫入幀存貯器,。幀存貯器寫入是由CPU 控制。它與超聲波束掃描,,A/D變換,,線存貯體讀寫是同步的;而幀存貯器讀出,,是由光柵定時電路提供讀出地址,,即讀出是與光柵顯示是同步的。這實(shí)際上是完成了掃描變換,。
幀存貯器讀出是按16BIT方式讀出,,經(jīng)并/串轉(zhuǎn)換電路再恢復(fù)成串行的數(shù)字視頻信號。
c 顯示波束的內(nèi)插與全電視信號的合成
并/串轉(zhuǎn)換電路的輸出,,加至數(shù)字內(nèi)插電路,,它實(shí)現(xiàn)了在相鄰的超聲掃描波束之間,,用數(shù)值計(jì)算的方法求出內(nèi)插顯示波束。本B超在不同的顯示格式時,,兩相鄰超聲掃描波束之間,,內(nèi)插顯示波束數(shù)不同。如C*1方式是插入一個顯示波束,,因此超聲掃描波束是128個,,顯示波束為256個;而C*1.5方式是在兩個相鄰超聲掃描波束之間,,內(nèi)插兩個顯示波束,,顯示波束為384個。
顯示波束數(shù)與圖象顯示占用的光柵線相等,,從而保持了圖象顯示的連續(xù)感,。
內(nèi)插電路輸出的數(shù)字圖象信號與光柵定時電路產(chǎn)生的復(fù)合同步合成,構(gòu)成的數(shù)字全電視信號,,再與字符存貯存器送來的信號合成,,送至D/A變換器,轉(zhuǎn)換成模擬的全電視信號,,送給電視監(jiān)視器進(jìn)行調(diào)亮顯示,。
. 2.6 字符存貯器
本B超因功能較多,采用三種不同性質(zhì)的字符,,運(yùn)動符如測量用到的“+”符號;固定符,,如刻度標(biāo)記,;特性符,如人體標(biāo)記,。本B超設(shè)有三個字符存貯器存放在三種不同性質(zhì)的字符,。
所用到的字符的字形是由CPU提供,字形是以8BIT代碼寫入字符存貯器,,地址由CPU地址總線提供,,字符存貯器以內(nèi)存方式占用CPU地址空間,CPU訪問字符存貯器,,是通過相應(yīng)接口電路來實(shí)現(xiàn)的,。
字符存貯器讀出顯示,是將8 bit代碼分成兩個4 bit字節(jié),,送至幀存貯器電路,,與圖象信號混合,送給D/A變換器,。字符讀出顯示必需要與光柵掃描同步,,故由光柵定時電路提供讀出地址,,從而在光柵的指定位置顯示字符。