B超原理圖簡(jiǎn)介
1、能量的轉(zhuǎn)換
本B超采用64個(gè)探頭,，每個(gè)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(duì)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(hào)，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(gè)基元產(chǎn)生一個(gè)發(fā)射波束,，如1# ~ 12# 基元發(fā)射，采用11個(gè)基元接收,，構(gòu)成一個(gè)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(gè)超聲波掃描波束,，兩個(gè)超聲掃描波束中心距相差0.5個(gè)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(gè)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(gè)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(duì)發(fā)射而言,，波束中心基元激勵(lì)脈沖遲后于兩側(cè)基元的激勵(lì)脈沖，從而形成一個(gè)聚集的發(fā)射波束,，同樣對(duì)接收而言,，中心基元信號(hào)經(jīng)過(guò)延遲線，相對(duì)于兩側(cè)基元回波信號(hào)有一定的延遲量,，形成一個(gè)接收聚集波束,。
每一個(gè)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(zhǎng)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(zhǎng)度為23mm,。由此可見(jiàn)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(gè)焦點(diǎn),，具有不同的焦距,。每個(gè)超聲掃描波束一個(gè)發(fā)射焦點(diǎn)，一個(gè)接收焦點(diǎn),，兩者采用不同的焦距,，各有一個(gè)焦柱長(zhǎng)度構(gòu)成的超聲掃描波束焦柱長(zhǎng)度相對(duì)加長(zhǎng)。四個(gè)焦點(diǎn)是采用四個(gè)超聲波掃描束完成的,，按其焦區(qū)位置各取一段,，拼成一個(gè)復(fù)合超聲波掃描束，從而獲得整個(gè)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(dòng)態(tài)濾波和對(duì)數(shù)壓縮
超聲波換能器發(fā)射的信號(hào)是一個(gè)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(dòng)態(tài)濾波器,，隨著超聲波束掃描,。回波信號(hào)出現(xiàn)的深度增大,，自動(dòng)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(dòng)態(tài)濾波器頻率特性是由CPU提供控制信號(hào)DDF,，再由模擬電路板 D/A變換器轉(zhuǎn)換為 模擬控制信號(hào)DF,，這樣實(shí)現(xiàn)了CPU對(duì)動(dòng)態(tài)濾波器控制，從而實(shí)現(xiàn)了探頭頻率改變時(shí),，由CPU來(lái)改變動(dòng)態(tài)濾波器頻率特性控制的變動(dòng),。
經(jīng)放大和動(dòng)態(tài)濾波后，接收信號(hào)送至對(duì)數(shù)放大器,，壓縮信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍,。這是因?yàn)锽超回波信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍在100 ~ 120db ，經(jīng)過(guò)時(shí)控增益補(bǔ)償 （TGC）補(bǔ)償了傳播衰減之后,，信號(hào)動(dòng)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(hào)或弱信號(hào)兩端的信息損失。為此本B超采用對(duì)數(shù)放大器對(duì)信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)行壓縮,，一定的機(jī)型，不同的檢查器官,，都會(huì)要求不同的壓縮比,。通常是在使用時(shí)調(diào)節(jié)TGC，控制壓縮前的動(dòng)態(tài)范圍,，充分利用對(duì)數(shù)壓縮環(huán)節(jié),。
壓縮后的回波信號(hào)送入檢波放大器，檢波器取出信號(hào)包絡(luò),，送入視頻信號(hào)放大,。由于B超通常所遙的探頭一般帶寬不寬，回波信號(hào)前后沒(méi)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(hào),，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(dòng)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(guò)輪廓增強(qiáng)處理后的回波信號(hào)，它是一個(gè)模擬信號(hào),，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(hào)。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(duì)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(hào),，先存入線存貯體，在線存貯休整 實(shí)現(xiàn)四個(gè)焦點(diǎn)的復(fù)合超聲掃描波束的構(gòu)成,，同時(shí)也是為了實(shí)現(xiàn)幀存貯器寫(xiě)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(gè)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(hào)由線存貯體輸出,，經(jīng)串/并轉(zhuǎn)換電路,，將四個(gè)一組串行象素信號(hào)，轉(zhuǎn)換為一個(gè)字長(zhǎng)為 16 bit 信號(hào),，一次寫(xiě)入幀存貯器,。幀存貯器寫(xiě)入是由CPU 控制。它與超聲波束掃描,，A/D變換,，線存貯體讀寫(xiě)是同步的；而幀存貯器讀出,，是由光柵定時(shí)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(hào)。
c 顯示波束的內(nèi)插與全電視信號(hào)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(shí),，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(gè)顯示波束,，因此超聲掃描波束是128個(gè),，顯示波束為256個(gè)；而C*1.5方式是在兩個(gè)相鄰超聲掃描波束之間,，內(nèi)插兩個(gè)顯示波束,，顯示波束為384個(gè)。
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(hào)與光柵定時(shí)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(hào),，再與字符存貯存器送來(lái)的信號(hào)合成,，送至D/A變換器，轉(zhuǎn)換成模擬的全電視信號(hào),，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(dòng)符如測(cè)量用到的“+”符號(hào),；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(gè)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(xiě)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(wèn)字符存貯器,，是通過(guò)相應(yīng)接口電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的,。
字符存貯器讀出顯示，是將8 bit代碼分成兩個(gè)4 bit字節(jié),，送至幀存貯器電路,，與圖象信號(hào)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(shí)電路提供讀出地址,，從而在光柵的指定位置顯示字符。
2 .2.7 光柵定時(shí)電路
本B超目前只采用PAL制的光柵定時(shí)電路,，它是整個(gè)系統(tǒng)的定時(shí)中心,。由光柵定時(shí)電路提供的信號(hào)有：
a、 電視監(jiān)視器所需要的各種信號(hào)：
復(fù)合同步信號(hào),、復(fù)合消隱信號(hào),，光柵地址信號(hào)彈等；
b ,、幀存貯器讀,、寫(xiě)控制信號(hào)和讀出的地址信號(hào)；
c ,、超聲掃描定時(shí)控制信號(hào),；
d 、CPU的鍵掃描定時(shí)信號(hào),。
2. 2.8 超聲波發(fā)射和接收控制信號(hào)產(chǎn)生電路
本B超模擬電路完成超聲波發(fā)射和接收,，而這種發(fā)射和接收各種參數(shù)是受CPU控制。根據(jù)控制信號(hào)要求,，大致分為兩類(lèi)：一類(lèi)是由CPU直接提供,，如波束地址，總增益（GAIN）數(shù)碼等,；另一類(lèi)不能由CPU直接提供,，如發(fā)射激勵(lì)沖等,，其持續(xù)時(shí)間短于CPU時(shí)鐘周期,，但又受CPU控制，這就要求用硬件完成,，這類(lèi)控制信號(hào)的產(chǎn)生,。
這部分電路產(chǎn)生的控制信號(hào)有：
a 發(fā)射激勵(lì)脈沖Dp
本B超可采用3.5MHz,、5MHz探頭，要求Dp隨探頭改變,，因其脈寬在3.5MHz時(shí)為192nS,，不能由CPU提供，但脈寬轉(zhuǎn)換又要受CPU控制,，故由本電路產(chǎn)生Dp信號(hào),，送給發(fā)射板上的焦電路。
b 抽樣時(shí)鐘ADCK
A/D變換器抽樣時(shí)鐘ADCK周期與探險(xiǎn)頭頻率,，顯示格式有關(guān),，其周期轉(zhuǎn)換由CPU提供E0~E2信號(hào)控制，ADCK產(chǎn)生由本電路中ADCK計(jì)數(shù)器電路產(chǎn)生，它送給MEM板上的A/D變換器,，實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換,。
c 數(shù)字化持TGC信號(hào)
TGC信號(hào)的產(chǎn)生與改變都要由CPU控制，增益（GAIN）,，近場(chǎng)抑制（NEAR）,，遠(yuǎn)場(chǎng)斜率（FAR）等到代碼全由CPU通過(guò)數(shù)據(jù)總路線，直接送給模擬電路部分,。但焦點(diǎn)轉(zhuǎn)換時(shí),，上述增益數(shù)據(jù)是不作改變的，而焦點(diǎn)變化引起回波變化,，導(dǎo)致圖象顯示上差異,，故需要按焦點(diǎn)修正TGC控制曲線。由本電路產(chǎn)生GATN7~0來(lái)實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)轉(zhuǎn)換時(shí)的增益補(bǔ)償,，它送至模擬電路系統(tǒng),。在那里與GAIN、NEAR,、FAR一起完成D/A變換,，以產(chǎn)生放大器的TGC控制。
d 數(shù)字化的動(dòng)態(tài)濾波器控制信號(hào)DDF
不同的探險(xiǎn)頭頻率要求動(dòng)態(tài)濾波器控制信號(hào)DF,，具有不同持曲線,，其轉(zhuǎn)換CPU控制，由本電路產(chǎn)生數(shù)字化曲線,，在模擬電路中完成D/A變換,。
e 可變孔徑信號(hào)AP0~AP2
本B超采用可變孔徑，控制接收波束形成的接收基元數(shù),，以提高近場(chǎng)圖象分辯力,，它的寬度與探頭頻率有關(guān)，由CPU控制其轉(zhuǎn)換,，由這部分電路產(chǎn)生,，送至接收電路。
f 超聲控制信號(hào)所需要的深度地址信號(hào)
為了實(shí)現(xiàn)TGC,、DDF等數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào),，故由本電路產(chǎn)生深度地址信號(hào)，從而保證了與ADCK的時(shí)間關(guān)系,。
2. 2.9 中央控制器（CPU）電路
本B超采用8085A微處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)中央控制,，它由微處理器、內(nèi)存貯器和接口電路組成,。
在實(shí)時(shí)工作時(shí)，執(zhí)行中斷服務(wù)程序,提供本B超模擬電路1部分所需要的發(fā)射脈沖Dp、時(shí)間增益補(bǔ)償控制信號(hào)TGC,、發(fā)射波束地址,、可變孔徑信號(hào)AP、動(dòng)態(tài)濾波器控制信號(hào)DF,、焦點(diǎn)控制信號(hào)等,，有的是直接提供數(shù)據(jù)，有的間接控制其轉(zhuǎn)換,。
根據(jù)工作頻率,、焦點(diǎn)數(shù)目、顯示格式等到實(shí)現(xiàn)對(duì)幀存貯器,，實(shí)施讀寫(xiě)控制,，直接產(chǎn)生幀存貯器寫(xiě)入列地址，掃描相關(guān)信號(hào),，圖象極性制信號(hào),，預(yù)置深度代碼等。間接控制轉(zhuǎn)換的有抽樣時(shí)鐘,，復(fù)合超聲掃描波束拼接的控制信號(hào),，線存貯體的清零信號(hào)等。
CPU還完成與面板按鍵,，全鍵盤(pán)按鍵的查詢,，完成各種測(cè)量功能的數(shù)據(jù)計(jì)算，完成字符存貯器中字符寫(xiě)入,，讀出與清除等,。
本電路是整個(gè)B超控制中心，而光柵定時(shí)電路是定時(shí)中心,，CPU工作受光柵定時(shí)電路的同步控制,。
