專利名稱：筆記本式全數(shù)字超聲診斷儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)用超聲診斷設(shè)備，特別是指一種具有液晶屏的筆記本式全數(shù)字超聲診斷儀。
背景技術(shù)：
超聲診斷設(shè)備的成像是基于使用聚焦超聲脈沖對人體中特定部位進(jìn)行探測的。為了能發(fā)射和接收超聲波，需要使用專用的超聲波探頭，它可以同時對發(fā)射和接收的超聲信號進(jìn)行聚焦。使用這種探頭的聚焦區(qū)域內(nèi)對被研究的人體區(qū)域進(jìn)行掃描。在此情況下，超聲波束位于同一平面內(nèi)，要么形成一組平行的直線，要么形成扇面。
在探測過程中，在探測脈沖發(fā)射的間隙，由于被研究人體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并非均勻，其反射的超聲回波信號被記錄下來。這些沿著聲波在人體軟組織中傳播的速度基本上可以假定為恒定，因此聲波脈沖從探頭到某個反射點往返的時間可以根據(jù)公式T＝2×L×C來確定；這里T為傳播時間，L為探頭到此反射點的距離，C為聲波在人體軟組織中的傳播速度(大約1540m/s)。因此可以確定L＝T/(2×C)。聲學(xué)圖像上相應(yīng)點的亮度正比于回波信號的幅度值。通常，回波信號已近似于對數(shù)變換的規(guī)律對顯示器的亮度進(jìn)行調(diào)制。
為了將超聲波脈沖在XY平面上的某點進(jìn)行聚焦，可以使用對發(fā)射和接收信號進(jìn)行延時的方法。為了在發(fā)射聲學(xué)脈沖時圖5中F點成為探頭的焦點，必須使得從壓電換能器所有陣元所激發(fā)的脈沖能夠同時到達(dá)這一點。因此，探頭距離焦點較遠(yuǎn)的陣元較早發(fā)射脈沖。為了達(dá)到這個目的，可以使用電子延遲線，將激發(fā)的電子脈沖到達(dá)陣元的時間延遲一定的時間間隔。在回波信號接收期間，壓電換能器各個陣元的電子信號首先被延遲，然后相加。在此情況下，延遲量的選擇原則是使位于焦點F除反射的信號能夠同時到達(dá)加法器的入口處。
由于超聲波輻射的波動特性，電子凸鏡的焦點并非一點，而像是聚光燈束，隨著焦點的原理，其直徑不斷增加。超聲波束的橫向結(jié)構(gòu)同普通凸鏡的波束結(jié)構(gòu)相類似，也就是說波束在中心具有最大值(主瓣)而在兩旁具有系列次最大值(旁瓣)，這些旁瓣嚴(yán)重地影響著圖像的質(zhì)量。旁瓣的數(shù)值可以通過變跡的辦法來減弱。具體是使用對各個陣元的信號乘以相應(yīng)的系數(shù)的方法來實現(xiàn)。電子凸鏡重要的優(yōu)勢就在于可以很輕松和快速地改變參數(shù)，而不用對探頭陣元進(jìn)行任何機(jī)械移動。電子凸鏡在儀器實時工作過程中，可以改變探測脈沖的發(fā)射方向和探頭的焦點區(qū)域。除此之外，隨著探測信號脈沖向人體探測區(qū)域深處傳播，相應(yīng)地回波信號源區(qū)域遠(yuǎn)離探頭，凸鏡的參數(shù)(焦點位置、孔徑和變跡)可以在回波信號接收過程中實時改變。在接收過程中實時調(diào)整參數(shù)的方法相應(yīng)叫做動態(tài)聚焦、動態(tài)孔徑和動態(tài)變跡。
現(xiàn)有的超聲診斷儀通常包括如圖1所示的五個基本模塊發(fā)射器、接收器、控制單元、用戶界面單元和探頭電子多路器。除了電子硬件之外，掃描儀還包含探頭。
探頭電子多路器可以確保不同的探頭在發(fā)射電路輸出端和接收電路輸入端之間的切換。發(fā)射器是激發(fā)電子探測脈沖的單元，這些脈沖通過到達(dá)相應(yīng)的探頭陣元，并形成超聲探測脈沖。接收器確保從探頭到達(dá)的弱回波信號的放大、離散化、數(shù)字濾波以及在接收系統(tǒng)中為形成聚焦模塊按照規(guī)定的流程工作。用戶界面單元用于將聲學(xué)圖像在液晶顯示器的屏幕上進(jìn)行顯示，同時可通過接收控制面板上的按鍵輸入，控制單元對這些指令進(jìn)行解釋，并將他們轉(zhuǎn)化為控制信號。
探頭電子多路器包含一組帶有控制電路的電子開關(guān)。通過控制單元發(fā)出的控制信號將當(dāng)前使用探頭的陣元同發(fā)射器輸出端與接收器輸入端相連。發(fā)射器輸出端同輸出高壓放大器的控制端相連。發(fā)射器按如下方式工作在脈沖波到達(dá)探測脈沖形成單元的輸入端時，形成的數(shù)字信號被高壓放大器放大，最后到達(dá)發(fā)射器的輸出端。
接收器包含一組低噪聲可變增益放大器、同樣數(shù)量的模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及專用的處理器。低噪聲放大器的輸入端形成了接收器的輸入端，其輸出端同模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端相連。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端連接專用處理器的數(shù)據(jù)輸入端，而處理器的數(shù)據(jù)輸出端形成了接收器的輸出端。接收器按以下方式工作從接收器輸入端進(jìn)入的模擬信號被低噪聲放大器放大、被模數(shù)轉(zhuǎn)換器離散化后被置于專用處理器的內(nèi)存中。專用處理器以一定的時間延遲從所述的內(nèi)存中提取數(shù)據(jù)，乘以變跡函數(shù)后相加，以此形式來獲得電子透鏡的聚焦信號。進(jìn)一步，專用處理器對此信號進(jìn)行數(shù)字濾波、數(shù)字檢波，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送到接收器的輸出端。
控制單元是產(chǎn)生時鐘同步信號的數(shù)字電路，用來控制設(shè)備的其他單元。它周期性地啟動發(fā)射器的信號、允許記錄接收器回波的信號以及對于用戶界面單元數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完畢的信號。
用戶界面單元包含依次相連的數(shù)據(jù)后處理節(jié)點、液晶顯示設(shè)備；同樣還包括具有按鍵和指示燈的控制面板。數(shù)據(jù)后處理節(jié)點的輸入端形成了數(shù)據(jù)單元的輸入端，而控制面板的輸入/輸出形成了數(shù)據(jù)控制單元的輸入/輸出端。用戶界面單元按以下形式工作數(shù)據(jù)后處理節(jié)點間接收器的輸出數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為二維灰階或偽彩圖像，顯示與直角平面上。這種轉(zhuǎn)換的過程至少由兩個部分組成首先，輸入信號根據(jù)對數(shù)或近似于對數(shù)的規(guī)律逐點進(jìn)行非線性轉(zhuǎn)換(通常稱為Y變換)。這種變換的目的是將很寬的回波信號動態(tài)范圍轉(zhuǎn)到監(jiān)視器可顯示的動態(tài)范圍。在此之后，相應(yīng)于扇形超聲掃描而形成的數(shù)字信號將轉(zhuǎn)化為直角平面光柵顯示(也就是數(shù)字掃描變換)。在進(jìn)行后處理后，圖像被顯示在顯示屏上。
現(xiàn)有的醫(yī)用超聲診斷設(shè)備具有如下的缺點1、對數(shù)壓縮采用查表法實現(xiàn)，對數(shù)表所用的存儲器占用較多的FPGA I/O資源，且不能根據(jù)實際情況靈活的改變；2、由FPGA可編程芯片產(chǎn)生的TV信號；3.采用CRT顯示器多為顯示設(shè)備，體積較大；4.前置放大器通常采用三極管或運算放大器，成本高、布線復(fù)雜；5.數(shù)據(jù)傳輸通常采用并口，數(shù)據(jù)接口線很多，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供一種筆記本式全數(shù)字超聲診斷儀，克服已有技術(shù)的上述缺點。
本發(fā)明的目的是由如下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種筆記本式全數(shù)字超聲診斷儀，由安裝在筆記本模具內(nèi)的發(fā)射器、接收器、同步控制器、探頭和液晶顯示屏組成。探頭連接在發(fā)射器和接收器之間，用于接收發(fā)射器發(fā)射的脈沖探測信號及接收由被探測體的探測返回信號并將該返回信號傳送給接收器；同步控制器產(chǎn)生同步控制信號，分別控制發(fā)射器和接收器的時鐘和同步，其特征在于所述的接收器由前置放大器、多路模擬開關(guān)、可變增益放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器及數(shù)據(jù)接口組成；其中，前置放大器接收探頭的返回探測信號，并對其進(jìn)行放大傳送到多路模擬開關(guān)，多路模擬開關(guān)將信號輸出到可變增益放大器進(jìn)行進(jìn)一步放大，并進(jìn)行衰減補償后，傳送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，此后的數(shù)字信號由數(shù)據(jù)接口接收并緩存。接收器還設(shè)有接收數(shù)據(jù)存儲器，用于存儲接收數(shù)據(jù)的時間延時參數(shù)，接收器接收探頭發(fā)來的信號時，從該數(shù)據(jù)存儲器取得時間延時參數(shù)對相應(yīng)的信號進(jìn)行延時處理。
所述的筆記本式全數(shù)字超聲診斷儀，采用由FPGA產(chǎn)生TV信號。
顯示器采用液晶屏顯示。
所述的前置放大器采用多路MOSFET；所述的轉(zhuǎn)換器采用八通道A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，增益放大器采用八通道可變增益放大器；采用AD輸出LVDS信號，每路信號兩根傳輸線；采用LVDS芯片處理B超視頻信號。
其工作原理是探頭部分在MCU系統(tǒng)的控制下，分時發(fā)射、接收超聲回波信號，即接收發(fā)射器發(fā)射的脈沖探測信號，并接收由被探測體的探測返回信號并將該返回信號傳送給接收器。接收器把接收到的超聲回波信號傳送到A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模擬和數(shù)字的轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換器輸出的信號為回波數(shù)字信號，此信號在波束合成單元進(jìn)行波束合成。波束合成后的信號，傳送到其它處理單元，進(jìn)行數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換DSC處理其中包括圖像后處理等。經(jīng)過DSC處理后的信號被送往信號合成單元，信號合成電路將圖象信號、灰階信號、字符及標(biāo)記信號，TV復(fù)合同步信號和復(fù)合消隱信號一起合成為全電視信號(數(shù)字式)，再由LVDS芯片處理后送到液晶屏顯示。
本發(fā)明的有益效果是整機(jī)的體積小，重量輕；電路簡單、成本低。


下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
圖1是現(xiàn)有的超聲診斷儀原理方框圖；圖2是公知的處理B超視頻信號方框圖；圖3是筆記本式全數(shù)字超聲診斷儀方框4是筆記本式全數(shù)字超聲診斷儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖5是脈沖發(fā)射、接收超聲波束電子聚焦簡圖；圖6是采用多路MOSFET的前置放大器圖；圖7是本發(fā)明的處理B超視頻信號框圖。
具體實施例方式
如圖3、圖4所示，筆記本式全數(shù)字超聲診斷儀，由發(fā)射器、接收器、同步控制器、探頭和液晶顯示器組成，探頭連接在發(fā)射器和接收器之間，接收發(fā)射器發(fā)射的脈沖探測信號及接收由被探測體的探測返回信號并將該返回信號傳送給接收器；同步控制器產(chǎn)生同步控制信號，分別控制發(fā)射器和接收器的時鐘和同步。
發(fā)射器由激勵脈沖發(fā)生器、發(fā)射數(shù)據(jù)存儲器和高壓放大器組成。激勵脈沖發(fā)生器從存儲器中取出存儲的延時參數(shù)控制低壓發(fā)射脈沖信號，高壓放大器接收由激勵脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的低壓發(fā)射脈沖信號，并將其進(jìn)行放大，然后傳送給探頭。
接收器由前置放大器、多路模擬開關(guān)、可變增益放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及數(shù)據(jù)接口組成；其中，前置放大器接收探頭的返回探測信號即由人體內(nèi)反射的超聲回波信號，經(jīng)過如圖6所示的MOSFET的前置放大器放大后送往多路模擬開關(guān)，并對其進(jìn)行放大傳送到多路模擬開關(guān)，多路模擬開關(guān)將信號輸出到可變增益放大器進(jìn)行進(jìn)一步放大，并進(jìn)行衰減補償后，傳送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，此后的數(shù)字信號由數(shù)據(jù)接口接收并緩存。
接收器還設(shè)有接收數(shù)據(jù)存儲器，用于存儲接收數(shù)據(jù)的時間延時參數(shù)，接收器接收探頭發(fā)來的信號時，從該數(shù)據(jù)存儲器取得時間延時參數(shù)對相應(yīng)的信號進(jìn)行延時處理。
在本實施例中
1、顯示器采用液晶顯示器，結(jié)構(gòu)選用手持式，以縮小整機(jī)的體積和重量；2、采用MOSFET作為前置放大器，相對于傳統(tǒng)的運算放大器，降低布線復(fù)雜度，且易于實現(xiàn)電流相加；3、采用高集成的器件，如轉(zhuǎn)換器采用八通道A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，八通道的可變增益放大器來縮小單板面積。
4、采用AD輸出LVDS信號，每路信號只需兩根傳輸線，使數(shù)據(jù)接口線減少到傳統(tǒng)接口的六分之一，且AD位數(shù)增大無需增加連線，不同位數(shù)的AD可以互換使用。
5、采用LVDS芯片處理B超視頻信號，使電路簡單、節(jié)省了很多資源和成本。
多路模擬開關(guān)陣列將信號輸出到8通道可變增益放大器進(jìn)行進(jìn)一步放大，并補償超聲波隨深度變化引起的衰減。
放大后的超聲回波信號被送往8通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。
如圖7所示，此后的數(shù)字信號，由圖7中的LVDS數(shù)據(jù)接口接收并轉(zhuǎn)換為并口后，再傳送到FPGA數(shù)據(jù)處理器中的FIFO數(shù)據(jù)寄存器，同時接收器接收探頭發(fā)來的信號時，從FPGA數(shù)據(jù)處理器中的延時數(shù)據(jù)存儲器中，取得對應(yīng)時間延時參數(shù)對相應(yīng)的信號進(jìn)行延時處理。
如圖5所示，為了實現(xiàn)聚焦，波束合成器將FIFO寄存器送來的數(shù)字信號進(jìn)行時間移序，并進(jìn)行插值、相移、變跡、對數(shù)預(yù)壓縮等運算，并將處理過的數(shù)據(jù)存入存儲器，然后將所有的陣元數(shù)據(jù)求和運算實現(xiàn)波束合成。
波束合成后的信號，傳送到其它處理單元，進(jìn)行數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換DSC處理其中包括圖像后處理等。
如圖7所示，經(jīng)過DSC處理后的信號，被送往FPGA數(shù)據(jù)處理器中的信號合成單元，信號合成電路將圖象信號、灰階信號、字符及標(biāo)記信號，TV復(fù)合同步信號和復(fù)合消隱信號，一起合成為PAL制式的數(shù)字式全電視信號，再由LVDS芯片處理后送到液晶屏顯示。
同步控制器產(chǎn)生同步控制信號，分別控制發(fā)射器和接收器的時鐘和同步。
權(quán)利要求
1.一種筆記本式全數(shù)字超聲診斷儀，由安裝在筆記本殼體內(nèi)的發(fā)射器、接收器、控制器、探頭和液晶顯示屏組成，探頭連接在發(fā)射器和接收器之間，接收發(fā)射器發(fā)射的脈沖探測信號及接收由被探測體的探測返回信號并將該返回信號傳送給接收器；同步控制器產(chǎn)生同步控制信號，分別控制發(fā)射器和接收器的時鐘和同步，其特征在于集成采用筆記本式，接收器由前置放大器、多路模擬開關(guān)、可變增益放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及數(shù)據(jù)接口數(shù)據(jù)處理器和視頻信號處理器組成；其中，前置放大器接收探頭的返回探測信號，并對其進(jìn)行放大傳送到多路模擬開關(guān)，多路模擬開關(guān)將信號輸出到可變增益放大器進(jìn)行進(jìn)一步放大，并進(jìn)行衰減補償后，傳送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，此后的數(shù)字信號由數(shù)據(jù)接口接收并緩存；再經(jīng)過FPGA數(shù)據(jù)處理器處理后，輸出合成信號去LVDS芯片，最后輸出可顯示的PAL制信號；所述的前置放大器采用多路MOSFET；所述的轉(zhuǎn)換器采用八通道A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，增益放大器采用八通道可變增益放大器；采用AD輸出LVDS信號，每路信號兩根傳輸線；采用LVDS芯片處理B超視頻信號。
2.如權(quán)利要求1所述的筆記本式全數(shù)字超聲診斷儀，其特征是接收器還設(shè)有用于存儲接收數(shù)據(jù)的時間延時參數(shù)接收數(shù)據(jù)存儲器，接收器接收探頭發(fā)來的信號時，從該數(shù)據(jù)存儲器取得時間延時參數(shù)對相應(yīng)的信號進(jìn)行延時處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種筆記本式全數(shù)字超聲診斷儀，屬醫(yī)療器械。它由發(fā)射器、接收器、同步控制器、探頭和液晶顯示屏組成。所述的接收器由前置放大器、多路模擬開關(guān)、可變增益放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器及數(shù)據(jù)接口組成；其中，前置放大器接收探頭的返回探測信號，并對其進(jìn)行放大傳送到多路模擬開關(guān)，多路模擬開關(guān)將信號輸出到可變增益放大器進(jìn)行進(jìn)一步放大，并進(jìn)行衰減補償后，傳送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，此后的數(shù)字信號由數(shù)據(jù)接口接收并緩存。本發(fā)明的有益效果是整機(jī)的體積小，重量輕；電路簡單、成本低。
文檔編號A61B8/00GK1965764SQ200610097878
公開日2007年5月23日 申請日期2006年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月17日
發(fā)明者高冬生, 毛偉, 康愷, 馮仰峰 申請人:徐州市凱信電子設(shè)備有限公司