專利名稱：線陣、凸陣b超成像儀一種可編程高密度接收焦點(diǎn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種用于超聲波診斷儀的線陣、凸陣B超成像儀一種可編程高密度接收焦點(diǎn)系統(tǒng)，具體地講，本實(shí)用新型涉及的是一種用于手掌式超聲波診斷儀的線陣、凸陣B超成像儀一種可編程高密度接收焦點(diǎn)裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采用的解決方案是線陣、凸陣B超成像儀一種可編程高密度接收焦點(diǎn)裝置，包括前面板U10，探頭U11，顯示器U9，其特征在于它還包括數(shù)字掃描變換器加控制器U1；與數(shù)字掃描變換器加控制器U1的相應(yīng)接口相電連接的存貯器U2、高壓發(fā)射開關(guān)系統(tǒng)U3、接收動(dòng)態(tài)孔徑可變系統(tǒng)U4、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換信號(hào)系統(tǒng)U6、中央處理器U7、D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換U8；與接收動(dòng)態(tài)孔徑可變系統(tǒng)U4、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換信號(hào)系統(tǒng)U6的相應(yīng)接口相電連接的放大檢波系統(tǒng)U5；中央處理器U7的輸入端與前面板U10的輸出端相電連接；D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換U8的輸出端與顯示器U9的輸入端相電連接；高壓發(fā)射開關(guān)系統(tǒng)U3的輸出端及接收動(dòng)態(tài)孔徑可變系統(tǒng)U4的接收端與探頭U11的輸入端相電連接。
其中可編程高密度接收焦點(diǎn)裝置的構(gòu)成如圖7所示，超聲脈沖信號(hào)EP到達(dá)高壓發(fā)射開關(guān)系統(tǒng)，超聲波發(fā)射，同時(shí)計(jì)數(shù)器U3、U4清零，U2、PROM地址指針復(fù)位；EP信號(hào)過后進(jìn)入超聲波接收狀態(tài)，U4計(jì)數(shù)器按1.3MHz計(jì)數(shù)，同時(shí)PROM按1.3MHz取出某個(gè)焦點(diǎn)的編程碼，并且在AWR上升沿，將數(shù)據(jù)A0A1A2、D0D1D2打入視頻開關(guān)，U4計(jì)完某個(gè)焦點(diǎn)的8組編程碼后，發(fā)出LTCH信號(hào)，U3加1進(jìn)入下一個(gè)焦點(diǎn)；同時(shí)LTCH的上升沿將輸入信號(hào)切換至相應(yīng)的輸出；裝置的輸出是連接在不同的延時(shí)時(shí)間上的，超聲陣元回波信號(hào)T0、T1…T5按焦點(diǎn)的編程碼不同，連接到不同的時(shí)間延時(shí)線上進(jìn)行合成；改變PROM中的焦點(diǎn)編程碼，就可以改變各個(gè)超大型聲陣元的延時(shí)時(shí)間，即，改變焦點(diǎn)；延時(shí)時(shí)間可以有多種選擇，20ns、40ns…400ns等，可以將U1改為8×16線或16×16線等視頻矩陣開關(guān)。
可編程高密度接收焦點(diǎn)裝置如附圖7所示(1)U1，8×8視頻矩陣開關(guān)通過對A0A1A2輸出通道和D0D1D2輸入通道的編程，可將輸入通道I0…I7，切換至任意的輸出通道O0…O7。
(2)U2，高速PROM一個(gè)焦點(diǎn)有8個(gè)延時(shí)狀態(tài)組，可對應(yīng)8組通道編程碼P11P12P13…P18；n個(gè)焦點(diǎn)對應(yīng)了n組，即Pn1…Pn8；將焦點(diǎn)按順序排列成P1P2…P50，并且將50組焦點(diǎn)的通道編程碼貯存在PROM中。
(3)U3，計(jì)數(shù)器計(jì)焦點(diǎn)數(shù)。
(4)U4，計(jì)數(shù)器計(jì)每個(gè)焦點(diǎn)中的8個(gè)通道編程碼。
(5)U5，模擬延時(shí)線信號(hào)從200納秒四輸入，輸出OUT就延時(shí)了200納秒。
(6)EP，超聲波發(fā)送脈沖高電平發(fā)射、低電平接收超聲回波信號(hào)。
(7)LTCH，同步信號(hào)將8組輸入狀態(tài)信號(hào)同時(shí)切換至輸出。
(8)T0，T1…T5，不同超聲陣元的回波信號(hào)。
本實(shí)用新型由于對上述的線陣、凸陣B超成像儀一種可編程高密度接收焦點(diǎn)系統(tǒng)提出了具體的解決方案，適用于真正實(shí)現(xiàn)B超診斷儀的超小型化，本實(shí)用新型所述的手掌化B超成像儀大大提高了清晰度，并降低了系統(tǒng)的功耗，提高了儀器的流動(dòng)性，拓寬了B超成像儀的應(yīng)用領(lǐng)域。
附圖2是本實(shí)用新型所述的手掌式超聲波診斷儀中數(shù)字掃描變換器加控制器(UI)的7個(gè)部分集成在一個(gè)IC芯片中的內(nèi)部框圖。
附圖3是本實(shí)用新型所述的存貯和顯示系統(tǒng)中數(shù)據(jù)讀修改寫控制器的讀修改寫周期示意圖。
附圖4是本實(shí)用新型所述的存貯和顯示系統(tǒng)的讀寫周期示意圖。
附圖5是本實(shí)用新型所述的在一個(gè)存貯器上實(shí)現(xiàn)圖像、圖形、字符等多參數(shù)實(shí)時(shí)貯存和顯示的框圖；其中，圖5b、c、d表示的電路圖分別在標(biāo)注的位置Ф、Ω、β、δ連接。
附圖6是本實(shí)用新型所述的由12個(gè)超聲元組合而成一束超聲束的示意圖。
附圖7是本實(shí)用新型所述的可編程高密度接收焦點(diǎn)系統(tǒng)的框圖。
本實(shí)用新型所述的手掌式B超成像儀包括11個(gè)部分組成，其系統(tǒng)框圖見附圖1，詳細(xì)說明如下第一部分U1數(shù)字掃描變換器加控制器，其內(nèi)部分為7個(gè)部分是集成在一個(gè)IC芯片內(nèi)。
第二部分U2存貯器，存貯超聲回波數(shù)據(jù)、圖像、圖形、文本數(shù)據(jù)。
第三部分U3高壓發(fā)射開關(guān)系統(tǒng)，產(chǎn)生高壓發(fā)射脈沖，并且連接到相應(yīng)的超聲發(fā)射振元。
第四部分U4接收動(dòng)態(tài)孔徑可變系統(tǒng)，將不同的振元超聲回波信號(hào)接收組合延時(shí)。
第五部分U5放大檢波，將回波信號(hào)放大、檢波。
第六部分U6數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換信號(hào)，將超聲回波信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。
第七部分U7CPU中央處理器，控制、計(jì)算等功能。
第八部分U8D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換，將圖像信號(hào)、文本、圖形信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬量。
第九部分U9顯示器，可接標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)顯示器，也可接TFT液晶顯示器。
第十部分U10前面板，按鍵，可通行功能、測量操作。
第十一部分U11探頭，可接線陣探頭或凸陣探頭。
為了更進(jìn)一步說明本實(shí)用新型所述的手掌式B超成像儀的結(jié)構(gòu)連接情況，結(jié)合
本實(shí)用新型所述的手掌式B超成像儀工作流程，見附圖1，由U1的發(fā)射編程碼發(fā)射焦點(diǎn)控制器的發(fā)出超聲波，發(fā)射群信號(hào)通過U3高壓發(fā)射開關(guān)系統(tǒng)接至U11探頭(線陣、凸陣)中的不同超聲陣元，發(fā)出一組超聲波信號(hào)，超聲波信號(hào)通過人體產(chǎn)生回波，由U1的接收通道編碼、接收焦點(diǎn)編碼控制器控制通過U4，接收動(dòng)態(tài)孔徑多焦點(diǎn)系統(tǒng)將多組不同的振元回波信號(hào)合成延時(shí)，即聚焦；再通過U5放大檢波邊緣處理等處理集成一束超聲束。
通過U6模式數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
再通過U1的幀處理器進(jìn)行不同系統(tǒng)的幀處理，再由U1的DSC產(chǎn)生寫入地址，存入存貯器U2中；完成了一根超聲探測線的過程。接著按以上過程完成第二線、第三線…，直至形成一幅超聲波聲像圖。
另一方面，U1圖形、圖像、文本、分離合成器將存貯器U2讀出的數(shù)據(jù)分離并且通過U8數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器與U1中的視頻信號(hào)發(fā)生器的同步信號(hào)發(fā)生器的同步信號(hào)一起混合成標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)送至顯示器或TFT顯示器，U7中央處理器完成面板操作、測量、計(jì)算等功能。
為了更清楚地解釋本實(shí)用新型的創(chuàng)造性所在，下面更加具體地描述能夠真正實(shí)現(xiàn)B超診斷儀手掌化的三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，即，高集成數(shù)字掃描變換器、數(shù)據(jù)存貯器和高密度多焦點(diǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)接收放大系統(tǒng)。
在本實(shí)用新型所述的手掌化B超診斷儀中，其關(guān)鍵的技術(shù)之一是構(gòu)造具有高度集成的、靈活可靠的數(shù)字掃描變換器U1，所述的數(shù)字掃描變換器加控制器，其內(nèi)部分為7個(gè)部分，它們是集成在一個(gè)SOUER1000的IC芯片內(nèi)，見附圖2，由于本實(shí)用型的目的不是保護(hù)此項(xiàng)內(nèi)容，因此對該技術(shù)不再進(jìn)行贅述。
本實(shí)用新型所述的手掌化B超診斷儀中的另一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)是構(gòu)造高度緊密的數(shù)據(jù)存貯結(jié)構(gòu)，在本實(shí)用型所述的手掌式B超診斷儀中圖像、圖形、文本的顯示除了選擇低功耗、小體積的電子原器件外，在電路設(shè)計(jì)方案上采用一個(gè)存貯器和一套讀寫控制總線來實(shí)現(xiàn)對圖像(灰階)和圖形、文本的實(shí)時(shí)存貯和顯示是必須的，其中包括圖像、圖形和文本的存貯(寫入)和顯示(輸出)，由于此項(xiàng)內(nèi)容同樣也不是本實(shí)用新型的保護(hù)內(nèi)容因此也不再進(jìn)行贅述。
本實(shí)用新型所描述的高密度多焦點(diǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)接收放大系統(tǒng)可見附圖6、7。
在醫(yī)用線陣和凸陣電子掃描線B超診斷儀中，往往采用動(dòng)態(tài)可變孔徑、電子聚焦、變跡等處理技術(shù)來提高B超成像質(zhì)量，而電子聚焦的焦點(diǎn)多少和控制直接影響到超聲圖像分辨率的高低，增加和改善超聲系統(tǒng)的聚焦點(diǎn)數(shù)目將直接影響到B超圖像質(zhì)量。
在電子掃描線陣式凸陣中，超聲波的形成是有多個(gè)超聲陣元發(fā)射超聲束組合而成，不同的超聲陣元達(dá)到焦點(diǎn)處的時(shí)間是不一致的，所以接收各個(gè)陣元的超聲束所需要的延時(shí)時(shí)間也是不同的。這樣每一個(gè)焦點(diǎn)對應(yīng)一組不同的陣元延時(shí)時(shí)間、焦點(diǎn)越多、對應(yīng)的延時(shí)時(shí)間組數(shù)越多，系統(tǒng)越復(fù)雜、就原理而言、焦點(diǎn)數(shù)越多、多個(gè)超聲陣元形成的聲束越細(xì)、圖像分辨率越高，相應(yīng)地超聲系統(tǒng)越復(fù)雜。
目前線陣和凸陣B超成像儀上一般采用4至8個(gè)焦點(diǎn)，而且固定。
從上分析可知，接收焦點(diǎn)數(shù)越多或可變，它的切換延時(shí)狀態(tài)開關(guān)越多，系統(tǒng)就越復(fù)雜，成本就越大。
在圖像質(zhì)量和系統(tǒng)的復(fù)雜折中的結(jié)果是采用4至8個(gè)接收焦點(diǎn)，另外，由于4至8個(gè)焦點(diǎn)是固定的，在圖像局部放大時(shí)可能在放大區(qū)域內(nèi)只有一至二個(gè)焦點(diǎn)，這樣也會(huì)影響放大圖像的質(zhì)量。
為了提高超聲束的分辨率，本實(shí)用新型增加了超聲回波束的接收焦點(diǎn)。這樣就必須增加了超聲陣元延時(shí)時(shí)間組和相對應(yīng)的切換延時(shí)線的狀態(tài)開關(guān)，為了解決這個(gè)問題，本實(shí)用型提出了可編程高密度接收焦點(diǎn)系統(tǒng)。
本實(shí)用新型所述的可編程高密度接收焦點(diǎn)裝置采用軟、硬件結(jié)合，解決了因焦點(diǎn)數(shù)據(jù)增加而增加的系統(tǒng)復(fù)雜性。同時(shí)通過硬編程，焦點(diǎn)的數(shù)目、位置等可以任意改變，焦點(diǎn)的數(shù)目可以增加到50個(gè)；這樣，無論是放大圖像，還是超聲探頭的頻率改變，接收焦點(diǎn)將隨之改變，從而大大提高了超聲圖像的分辨率和清晰度。
在本實(shí)用新型中，超聲束的形成是由多個(gè)對稱的超聲陣元組合而成，可參見附圖6，一束超聲束由12個(gè)超聲陣元組合而成，各個(gè)超聲陣元到達(dá)焦點(diǎn)P1時(shí)間是不一樣的，接收時(shí)所延時(shí)的時(shí)間也是不同的，焦點(diǎn)P1一定時(shí)，各個(gè)陣元的延時(shí)時(shí)間也就確定，(T1T2…T6)在焦點(diǎn)P1處形成的超聲束最細(xì)，該處分辨最高；離P1越遠(yuǎn)，超聲束越粗，分辨就越差。
如果超聲束上的焦點(diǎn)數(shù)越密，那么整條超聲束就細(xì)，越聲束的分辨率越高，增加了焦點(diǎn)數(shù)P1P2…Pn，相對應(yīng)的延時(shí)時(shí)間組(Z11Z12…Z16)，(Zn1Zn6)也增加。
如超聲探測深度定為200毫米，那么超聲的接收時(shí)間也就確定 如果在200毫米有50個(gè)焦點(diǎn)，每4毫米一個(gè)焦點(diǎn)，這樣就有50組[T1…T6]延時(shí)時(shí)間組以每4毫米切換一組延時(shí)時(shí)間開頭，換言之，在260微秒接收時(shí)間內(nèi)，以每5.2微秒切換一組延時(shí)時(shí)間開關(guān)組，來達(dá)到50個(gè)焦點(diǎn)。
本實(shí)用新型采用了可以編程視頻距陣開關(guān)，對多個(gè)對稱超聲陣元回波信號(hào)通路進(jìn)行編程，首先將50個(gè)焦點(diǎn)相對應(yīng)的延時(shí)時(shí)間組的延時(shí)狀態(tài)存入高速存貯器中，隨探測距離的深入，焦點(diǎn)從P1P2…到P50。
高速存貯器取出P1的延時(shí)狀態(tài)對視頻距陣開關(guān)編程，讓它將各個(gè)B超陣元切換到P1延時(shí)時(shí)間狀態(tài)，按著P1P2…到P50直至一條聲束的結(jié)束。如果改變PROM中的各陣元的延時(shí)狀態(tài)組，也就改變了焦點(diǎn)位置，使用非常靈活。下面是對用于本實(shí)用新型所述的線陣、凸陣手掌式B超診斷儀中可編程高密度接收焦點(diǎn)系統(tǒng)中各部分的具體描述，可參見附圖7，其中U1，8×8視頻矩陣開關(guān)通過對A0A1A2輸出通道和D0D1D2D3輸入通道的編程，可將輸入通道I0…I7切換至任意的輸出通道O0…O7。
U2，高速PROM一個(gè)焦點(diǎn)有8個(gè)延時(shí)狀態(tài)組，可對應(yīng)8組通道編程碼P11P12P13…P18；n個(gè)焦點(diǎn)對應(yīng)了n組，即，Pn1…Pn8；將焦點(diǎn)按順序排列成P1P2…P50，并且將50組焦點(diǎn)的通道編程碼貯存在PROM中；U3，計(jì)數(shù)器計(jì)焦點(diǎn)數(shù)；U4，計(jì)數(shù)器計(jì)每個(gè)焦點(diǎn)中的8個(gè)通道編程碼；U5，模擬延時(shí)線信號(hào)從200納秒口輸入，輸出OUT就延時(shí)了200納秒；EP，超聲波發(fā)送脈沖高電平發(fā)射、低電平接收超聲回波信號(hào)；LTCH，同步信號(hào)將8組輸入狀態(tài)信號(hào)同時(shí)切換至輸出；T0T0…T5，不同超聲陣元的回波信號(hào)；該系統(tǒng)的工作過程如下超聲脈沖信號(hào)EP到來時(shí)，超聲波發(fā)射，同時(shí)計(jì)數(shù)器U3、U4清零，U2、PROM地址指針復(fù)位。
EP信號(hào)過后進(jìn)入超聲波接收狀態(tài)U4計(jì)數(shù)器控1.3MHz計(jì)數(shù)，同時(shí)PROM按1.3MHz取出某個(gè)焦點(diǎn)的編程碼，并且在AWR上升沿，將數(shù)據(jù)A0A1A2、D0D1D2D3打入視頻開關(guān)，U4計(jì)完某個(gè)焦點(diǎn)的8組編程碼后，發(fā)出LTCH信號(hào)，U3加1進(jìn)入下一個(gè)焦點(diǎn)；同時(shí)LTCH的上升沿將輸入信號(hào)切換至相應(yīng)的輸出；由于輸出是連接在不同的延時(shí)時(shí)間上的，這樣超聲陣元回聲波信號(hào)T0、T1…T5焦點(diǎn)的編程碼不同，連接到不同的時(shí)間延時(shí)線上進(jìn)行合成。
通過改變PROM中的焦點(diǎn)編程碼，就可以方便地改變各個(gè)超大型聲陣元的延時(shí)時(shí)間，即，改變焦點(diǎn)。如果延時(shí)時(shí)間更多，20ns、40ns…400ns等，那么我們可以將U1改為8×16線或16×16線等視頻矩陣開關(guān)，實(shí)現(xiàn)原理是一樣的。
權(quán)利要求1.線陣、凸陣B超成像儀一種可編程高密度接收焦點(diǎn)裝置，包括前面板U10，探頭U11，顯示器U9，其特征在于它還包括數(shù)字掃描變換器加控制器U1；與數(shù)字掃描變換器加控制器U1的相應(yīng)接口相電連接的存貯器U2、高壓發(fā)射開關(guān)系統(tǒng)U3、接收動(dòng)態(tài)孔徑可變系統(tǒng)U4、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換信號(hào)系統(tǒng)U6、中央處理器U7、D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換U8；與接收動(dòng)態(tài)孔徑可變系統(tǒng)U4、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換信號(hào)系統(tǒng)U6的相應(yīng)接口相電連接的放大檢波系統(tǒng)U5；中央處理器U7的輸入端與前面板U10的輸出端相電連接；D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換U8的輸出端與顯示器U9的輸入端相電連接；高壓發(fā)射開關(guān)系統(tǒng)U3的輸出端及接收動(dòng)態(tài)孔徑可變系統(tǒng)U4的接收端與探頭U11的輸入端相電連接。
2.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，可編程高密度接收焦點(diǎn)裝置由視頻矩陣開關(guān)、高速PROM、計(jì)焦點(diǎn)數(shù)的記數(shù)器、計(jì)焦點(diǎn)通道編程碼控制器、模擬延時(shí)線生成器組成，通過超聲發(fā)送脈沖EP、同步信號(hào)、超聲陣元回波信號(hào)、模擬延時(shí)線連接。
3.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，U1集成了DSC、存貯器控制器、圖象幀處理器、視頻發(fā)射器、發(fā)射編碼器、接發(fā)通道編碼焦點(diǎn)編碼控制器、圖象圖形文本分離合成器七個(gè)部分。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于超聲波診斷儀的線陣、凸陣B超成像儀一種可編程高密度接收焦點(diǎn)裝置，包括前面板，探頭，顯示器，數(shù)字掃描加控制器及與其相電連接的存貯器、高壓發(fā)射開關(guān)系統(tǒng)、接收動(dòng)態(tài)孔徑可變系統(tǒng)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換信號(hào)系統(tǒng)、CPU中央處理器、D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換，與接收動(dòng)態(tài)孔徑可變系統(tǒng)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)相電連接的放大檢波系統(tǒng)，D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換與顯示器相電連接，高壓發(fā)射開關(guān)系統(tǒng)、接收動(dòng)態(tài)孔徑可變系統(tǒng)與探頭相電連接，CPU中央處理器與前面板相電連接。由于該裝置采用了高集成度、高密度、多焦點(diǎn)動(dòng)態(tài)接收系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了B超診斷儀的超小型化、高清晰度、功耗低、應(yīng)用領(lǐng)域?qū)拸V。
文檔編號(hào)A61B8/14GK2540159SQ0025017
公開日2003年3月19日 申請日期2000年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月13日
發(fā)明者王雪喬 申請人:王雪喬