專(zhuān)利名稱(chēng)：一種超聲調(diào)制成像系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)療超聲成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超聲調(diào)制成像系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
醫(yī)療超聲成像技術(shù)是一種基于超聲波的影像技術(shù)，隨著醫(yī)學(xué)、材料、計(jì)算機(jī)、電子工程等技術(shù)的飛速發(fā)展，醫(yī)療超聲成像設(shè)備的性能不斷提高、功能不斷完善、用途不斷擴(kuò)展。超聲成像診斷具有高空間分辨率、實(shí)時(shí)快速成像、操作方法簡(jiǎn)便、無(wú)禁忌、無(wú)損傷、可重復(fù)、可便攜和經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛的用于各種醫(yī)學(xué)應(yīng)用當(dāng)中，它與CT (ComputedTomography,計(jì)算機(jī)斷層掃描)和MRI (Magnetic Resonance Imaging,磁共振成像)一起構(gòu)成了臨床醫(yī)學(xué)中必不可少的影像診斷技術(shù)。在醫(yī)療超聲成像技術(shù)中，系統(tǒng)采用高電壓信號(hào)激勵(lì)超聲換能器產(chǎn)生超聲波，超聲波通過(guò)耦合劑進(jìn)入到被測(cè)組織當(dāng)中；由于被測(cè)組織對(duì)超聲波有吸收和散射等影響，超聲波的強(qiáng)度會(huì)隨著入射深度的增加而減小。不同的組織對(duì)信號(hào)的影響不同，例如人體皮膚或者血管壁等組織對(duì)超聲就有非常大的裳減，而且頻率越聞，超聲波 目號(hào)在組織內(nèi)的裳減越大。因此在實(shí)際使用當(dāng)中，常常會(huì)為了獲得高精度的成像而提供設(shè)備的超聲波頻率，但是又不得不面對(duì)衰減增大、穿透深度降低的局限性，導(dǎo)致較深部位的微小組織信息很難通過(guò)傳統(tǒng)超聲波成像來(lái)獲得。通?？梢宰龅姆椒ㄊ翘岣呒?lì)換能器的電壓以使換能器發(fā)出的能量加大，進(jìn)而可以提高成像的穿透深度。但是該方法存在兩個(gè)局限性，一是從安全角度出發(fā)，從換能器打出的信號(hào)能量加大，對(duì)人體正常組織的潛在影響就會(huì)增大，安全系數(shù)降低；第二點(diǎn)是換能器本身也很難承受高的能量激勵(lì)，過(guò)大的能量激勵(lì)有可能損壞換能器，所以采用增加換能器激勵(lì)電壓的方案在實(shí)際應(yīng)用中很難實(shí)現(xiàn)。目前提出的新技術(shù)為超聲調(diào)制成像技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)發(fā)送一個(gè)時(shí)間拉長(zhǎng)的有規(guī)律的調(diào)制數(shù)據(jù)來(lái)增加激勵(lì)換能器的能量，也就是產(chǎn)生出長(zhǎng)序列的超聲波束傳送到組織當(dāng)中，調(diào)制數(shù)據(jù)的幅度沒(méi)有增加以控制瞬時(shí)能量來(lái)降低風(fēng)險(xiǎn)；但是超聲波發(fā)送時(shí)間被拉長(zhǎng)相當(dāng)于提高了發(fā)送能量。在接收數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)特定解調(diào)算法將收到的長(zhǎng)序列數(shù)據(jù)解調(diào)，可以恢復(fù)出超聲波原有的成像精度，該方法已經(jīng)提出并得到了領(lǐng)域內(nèi)的驗(yàn)證。而在醫(yī)學(xué)超聲成像系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)超聲調(diào)制成像技術(shù)目前通用的做法有兩種:一種方法為采用通用的大型儀器來(lái)進(jìn)行相關(guān)的激勵(lì)脈沖序列的生成，具體為采用通用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生信號(hào)源，之后由大功率放大器設(shè)備來(lái)產(chǎn)生高電壓信號(hào)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)激勵(lì)脈沖序列的生成，超聲波信號(hào)采用電腦進(jìn)行處理；該方法的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)速度快，調(diào)試簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)在于系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)成本非常高，且笨重龐 大不易集成；另一種方法為采用高壓開(kāi)關(guān)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)制，即采用開(kāi)關(guān)信號(hào)進(jìn)行脈沖的調(diào)制；該方法實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)成本低廉，但是成像精度較差，而且只能實(shí)現(xiàn)一種脈沖調(diào)制的方式，大大限制了系統(tǒng)的靈活多樣性
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種超聲調(diào)制成像系統(tǒng)及方法，旨在解決現(xiàn)有的超聲調(diào)制成像技術(shù)成本高、笨重龐大不易集成、成像精度差且限制系統(tǒng)靈活多樣性的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:一種超聲調(diào)制成像系統(tǒng)，包括超聲處理單元、超聲換能器和顯示裝置，所述超聲處理單元包括可編程邏輯門(mén)陣列，所述可編程邏輯門(mén)陣列用于超聲調(diào)制激勵(lì)信號(hào)的控制以及超聲波信號(hào)的解調(diào)處理，所述超聲換能器用于通過(guò)激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生超聲波信號(hào)到被測(cè)組織當(dāng)中，同時(shí)將被測(cè)組織反射回的超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電氣回波信號(hào)并傳輸至超聲處理單元進(jìn)行解調(diào)處理，所述顯示裝置用于超聲圖像數(shù)據(jù)的顯示處理。本發(fā)明的技術(shù)方案還包括:所述超聲處理單元還包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器和功率放大器，所述可編程邏輯門(mén)陣列產(chǎn)生調(diào)制激勵(lì)數(shù)字信號(hào)，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器用于將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，所述功率放大器用于將模擬信號(hào)放大至高電壓激勵(lì)信號(hào)，并通過(guò)高電壓激勵(lì)信號(hào)激勵(lì)超聲換能器產(chǎn)生超聲波信號(hào)。本發(fā)明的技術(shù)方案還包括:所述超聲處理單元還包括低噪聲放大器、濾波器及模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述低噪聲放大器用于將超聲換能器轉(zhuǎn)換的電氣回波信號(hào)幅度放大，所述濾波器用于將放大的電氣回波信號(hào)進(jìn)行濾波處理，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將放大濾波之后的電氣回波信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字超聲信號(hào)，并通過(guò)高速接口傳送至可編程邏輯門(mén)陣列進(jìn)行數(shù)據(jù)解調(diào)處理。本發(fā)明的技術(shù)方案還包括:所述可編程邏輯門(mén)陣列進(jìn)行數(shù)據(jù)解調(diào)處理的解調(diào)算法包括:將模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的數(shù)字超聲信號(hào)進(jìn)行濾波處理，濾除超聲信號(hào)外的干擾噪聲，根據(jù)超聲信號(hào)在組織內(nèi)部的衰減進(jìn)行數(shù)字化的增益補(bǔ)償，通過(guò)信號(hào)解調(diào)完成數(shù)字超聲信號(hào)的壓縮解調(diào)處理，將時(shí)間拉長(zhǎng)的序列波形壓縮成具有短時(shí)間的波形，壓縮過(guò)的超聲信號(hào)經(jīng)過(guò)包絡(luò)抽取，進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)壓縮處理得到超聲圖像數(shù)據(jù)，并將超聲圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)傳輸接口傳送至顯示裝置進(jìn)行顯示處理。本發(fā)明的技術(shù)方案還包括:所述通過(guò)信號(hào)解調(diào)完成數(shù)字超聲信號(hào)的壓縮解調(diào)處理的具體信號(hào)解調(diào)算法包括基于快速傅里葉變換的信號(hào)解調(diào)算法和基于快速卷積的信號(hào)解調(diào)算法，所述基于快速傅里葉變換的信號(hào)解調(diào)算法具體為:濾波處理完的數(shù)字超聲信號(hào)，經(jīng)由快速傅里葉變換將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻域信號(hào)，再由頻域信號(hào)與匹配信號(hào)進(jìn)行復(fù)數(shù)相乘，進(jìn)行頻譜數(shù)據(jù)相乘，相乘后的數(shù)據(jù)在經(jīng)過(guò)快速傅里葉逆變換處理后得到超聲解調(diào)數(shù)據(jù)；所述基于快速卷積的信號(hào)解調(diào)算法具體包括:先對(duì)數(shù)字超聲信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，緩沖當(dāng)前的超聲數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并與匹配信號(hào)進(jìn)行卷積處理，進(jìn)行對(duì)應(yīng)的相乘運(yùn)算，數(shù)據(jù)相乘后進(jìn)行相加求和，完成時(shí)域的卷積運(yùn)算，卷積運(yùn)算輸出的數(shù)據(jù)即為超聲解調(diào)數(shù)據(jù)。本發(fā)明提供的另一技術(shù)方案，一種超聲調(diào)制成像方法，包括:步驟a:通過(guò)可編程邏輯門(mén)陣列產(chǎn)生調(diào)制激勵(lì)信號(hào)，并激勵(lì)超聲換能器產(chǎn)生超聲波信號(hào)到被測(cè)組織當(dāng)中；步驟b:將被測(cè)組織反射回的超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電氣回波信號(hào)，并將電氣回波信號(hào)傳至超聲處理單元；步驟c:通過(guò)超聲處理單元 將電氣回波信號(hào)進(jìn)行解調(diào)處理得到超聲圖像數(shù)據(jù)，并傳送至顯示裝置進(jìn)行超聲圖像顯示。本發(fā)明的技術(shù)方案還包括:所述步驟a還包括:通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器將可編程邏輯門(mén)陣列產(chǎn)生的調(diào)制激勵(lì)數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，通過(guò)功率放大器將模擬信號(hào)放大至高電壓激勵(lì)信號(hào)，并通過(guò)高電壓激勵(lì)信號(hào)激勵(lì)超聲換能器產(chǎn)生超聲波信號(hào)。本發(fā)明的技術(shù)方案還包括:所述步驟b還包括:通過(guò)低噪聲放大器對(duì)電氣回波信號(hào)的幅度放大，由濾波器濾除外帶的噪聲信號(hào)，并通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器將放大濾波之后的模擬電氣回波信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字超聲信號(hào)。本發(fā)明的技術(shù)方案還包括:在所述步驟c中，所述將電氣回波信號(hào)進(jìn)行解調(diào)處理得到超聲圖像數(shù)據(jù)的具體解調(diào)算法包括:將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字超聲信號(hào)進(jìn)行濾波處理，濾除超聲信號(hào)外的干擾噪聲，并根據(jù)超聲信號(hào)在組織內(nèi)部的衰減進(jìn)行數(shù)字化的增益補(bǔ)償，通過(guò)信號(hào)解調(diào)完成數(shù)字超聲信號(hào)的壓縮解調(diào)處理，將時(shí)間拉長(zhǎng)的序列波形壓縮成具有短時(shí)間的波形，將壓縮后的數(shù)字超聲信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)抽取，并進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)壓縮處理得到超聲圖像數(shù)據(jù)。本發(fā)明的技術(shù)方案還包括:所述通過(guò)信號(hào)解調(diào)完成數(shù)字超聲信號(hào)的壓縮解調(diào)處理的信號(hào)解調(diào)算法包括基于快速傅里葉變換的信號(hào)解調(diào)算法和基于快速卷積的信號(hào)解調(diào)算法，所述基于快速傅里葉變換的信號(hào)解調(diào)算法具體為:濾波處理完的數(shù)字超聲信號(hào)，經(jīng)由快速傅里葉變換將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻域信號(hào)，再由頻域信號(hào)與匹配信號(hào)進(jìn)行復(fù)數(shù)相乘，進(jìn)行頻譜數(shù)據(jù)相乘，相乘后的數(shù)據(jù)在經(jīng)過(guò)快速傅里葉逆變換處理后得到超聲解調(diào)數(shù)據(jù)；所述基于快速卷積的信號(hào)解調(diào)算法具體包括:先對(duì)數(shù)字超聲信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，緩沖當(dāng)前的超聲數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并與匹配信號(hào)進(jìn)行卷積處理，進(jìn)行對(duì)應(yīng)的相乘運(yùn)算，數(shù)據(jù)相乘后進(jìn)行相加求和，完成時(shí)域的卷積運(yùn)算，卷積運(yùn)算輸出的數(shù)據(jù)即為超聲解調(diào)數(shù)據(jù)。本發(fā)明的技術(shù) 方案具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果:本發(fā)明實(shí)施例的超聲調(diào)制成像系統(tǒng)及方法采用可編程邏輯門(mén)陣列來(lái)完成激勵(lì)信號(hào)的控制以及超聲波信號(hào)的處理，可顯著提高超聲調(diào)制成像系統(tǒng)的成像深度，能維持較好的成像精度，并提升超聲圖像的信噪比和穿透深度；同時(shí)，本發(fā)明成本較低，系統(tǒng)集成度高，可作為便攜式超聲調(diào)制成像系統(tǒng)；本發(fā)明實(shí)施例中的超聲成像算法均可實(shí)時(shí)編程以滿(mǎn)足不同的應(yīng)用需求，提高了超聲調(diào)制成像系統(tǒng)的靈活性和成像質(zhì)量。


附圖1是本發(fā)明實(shí)施例的超聲調(diào)制成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2是本發(fā)明實(shí)施例的超聲調(diào)制成像系統(tǒng)在可編程邏輯門(mén)陣列中實(shí)現(xiàn)的解調(diào)處理算法示意圖；附圖3是本發(fā)明實(shí)施例的基于啁嗽超聲調(diào)制激勵(lì)方案的基本原理圖；附圖4是本發(fā)明基于快速傅里葉變換的信號(hào)解調(diào)算法示意圖；附圖5是本發(fā)明基于快速卷積的信號(hào)解調(diào)算法示意圖；附圖6是本發(fā)明實(shí)施例的超聲調(diào)制成像方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。請(qǐng)參閱圖1，為本發(fā)明實(shí)施例的超聲調(diào)制成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明實(shí)施例的超聲調(diào)制成像系統(tǒng)包括:超聲處理單元、超聲換能器和顯示裝置，超聲處理單元基于可編程邏輯門(mén)陣列進(jìn)行超聲調(diào)制激勵(lì)信號(hào)的控制以及超聲波信號(hào)的解調(diào)處理，超聲換能器用于產(chǎn)生超聲波信號(hào)到被測(cè)組織當(dāng)中，并進(jìn)行被測(cè)組織反射回的超聲波信號(hào)與電氣回波信號(hào)之間的互相轉(zhuǎn)換，顯示裝置用于系統(tǒng)的命令控制和超聲圖像的顯示處理，其中，顯示裝置包括電腦或其他顯示設(shè)備。具體地，超聲處理單元包括可編程邏輯門(mén)陣列、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、功率放大器、低噪聲放大器、濾波器及模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可編程邏輯門(mén)陣列在系統(tǒng)中為可編程的中央處理器，用于進(jìn)行調(diào)制激勵(lì)信號(hào)控制、超聲波信號(hào)采集控制、實(shí)時(shí)信號(hào)處理控制和信號(hào)傳輸控制等工作，并將實(shí)時(shí)解調(diào)后的超聲波信號(hào)送至顯示裝置進(jìn)行顯示。在本發(fā)明實(shí)施例中，超聲處理單元分為前向激勵(lì)和反向接收兩部分，前向激勵(lì)時(shí)，由可編程邏輯門(mén)陣列產(chǎn)生調(diào)制激勵(lì)信號(hào)的數(shù)字信號(hào)，由數(shù)模轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，通過(guò)功率放大器將模擬信號(hào)放大至高電壓激勵(lì)信號(hào)，通過(guò)高電壓激勵(lì)信號(hào)激勵(lì)超聲換能器產(chǎn)生超聲波信號(hào)到被測(cè)組織當(dāng)中；反向接收時(shí)，超聲換能器將被測(cè)組織反射回的超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電氣回波信號(hào)，通過(guò)低噪聲放大器對(duì)電氣回波信號(hào)的幅度放大，并由濾波器濾除外帶的噪聲信號(hào)，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器將放大濾波之后的模擬電氣回波信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字超聲信號(hào)，并通過(guò)高速接口傳送至可編程邏輯門(mén)陣列進(jìn)行數(shù)據(jù)解調(diào)處理。其中，前向發(fā)送的激勵(lì)信號(hào)可以靈活處理，激勵(lì)電壓靈活可調(diào)，可做到大于60V脈沖激勵(lì)；用戶(hù)還可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求通過(guò)可編程邏輯門(mén)陣列對(duì)信號(hào)的頻率、幅度和時(shí)長(zhǎng)等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制調(diào)整。請(qǐng)一并參閱圖2，為本發(fā)明實(shí)施例的超聲調(diào)制成像系統(tǒng)在可編程邏輯門(mén)陣列中實(shí)現(xiàn)的解調(diào)處理算法示意圖。經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的數(shù)字超聲信號(hào)會(huì)先進(jìn)行濾波處理，濾除超聲信號(hào)外的干擾噪聲，根據(jù)超聲信號(hào)在組織內(nèi)部的衰減進(jìn)行數(shù)字化的增益補(bǔ)償，通過(guò)信號(hào)解調(diào)完成數(shù)字超聲信號(hào)的壓縮解調(diào)處理，將時(shí)間拉長(zhǎng)的序列波形壓縮成具有短時(shí)間的波形，壓縮過(guò)的數(shù)字超聲信號(hào)經(jīng)過(guò)包絡(luò)抽取，并進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)壓縮處理得到超聲圖像數(shù)據(jù)，將超聲圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)傳輸接口傳送至顯示裝置進(jìn)行顯示處理；其中，數(shù)字超聲信號(hào)濾波的參數(shù)可以隨時(shí)根據(jù)用戶(hù)要求進(jìn)行調(diào)整。本發(fā)明支持多種超聲調(diào)制激勵(lì)方案，包括常用的啁啾(Chirp)調(diào)制激勵(lì)、格雷(Golay)編碼調(diào)制激勵(lì)和巴克(Barker)編碼調(diào)制激勵(lì)等，基于本發(fā)明的可編程技術(shù)，其他新的調(diào)制激勵(lì)方案也可以采用本發(fā)明來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以依據(jù)不同算法進(jìn)行選擇，并可根據(jù)用戶(hù)實(shí)際應(yīng)用的超聲調(diào)制激勵(lì)方案配置可編程邏輯門(mén)陣列，同樣也支持原始超聲數(shù)據(jù)的采集和傳送，符合很多實(shí)驗(yàn)功能的要求。請(qǐng)一并參閱圖3，為本發(fā)明實(shí)施例的基于啁啾超聲調(diào)制激勵(lì)方案的基本原理圖。其中，Ca)為啁啾調(diào)制激勵(lì)信號(hào)，由可編程邏輯門(mén)陣列產(chǎn)生數(shù)字調(diào)制激勵(lì)信號(hào)，之后由模數(shù)轉(zhuǎn)換器和功率放大器處理后形成超聲換能器的激勵(lì)信號(hào)；(b)為啁啾調(diào)制壓縮濾波器信號(hào)，通過(guò)將超聲換能器接收的啁啾調(diào)制超聲波信號(hào)與壓縮濾波器信號(hào)進(jìn)行卷積處理，即可得到(c)中的短脈沖波形，超聲的高分辨率得以維持；通過(guò)該短脈沖波形即可進(jìn)行后續(xù)的包絡(luò)提取，對(duì)數(shù)壓縮等信號(hào)處理；從數(shù)學(xué)上分析，啁啾調(diào)制激勵(lì)信號(hào)可表示為

s (t) = a (t).cos (2 n f0t+ π bt2)其中α (t)為窗函數(shù)，b為掃描頻率，也就是和分別代表起始頻率和終止頻率，T代表時(shí)間長(zhǎng)度；在接收端，會(huì)通過(guò)解調(diào)濾波器進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)濾波器的算法可表不為:
權(quán)利要求
1.一種超聲調(diào)制成像系統(tǒng)，包括顯示裝置，所述顯示裝置用于超聲圖像數(shù)據(jù)的顯示處理，其特征在于:還包括超聲處理單元和超聲換能器，所述超聲處理單元包括可編程邏輯門(mén)陣列，所述可編程邏輯門(mén)陣列用于超聲調(diào)制激勵(lì)信號(hào)的控制以及超聲波信號(hào)的解調(diào)處理，所述超聲換能器用于通過(guò)激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生超聲波信號(hào)到被測(cè)組織當(dāng)中，同時(shí)將被測(cè)組織反射回的超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電氣回波信號(hào)并傳輸至超聲處理單元進(jìn)行解調(diào)處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲調(diào)制成像系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲處理單元還包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器和功率放大器，所述可編程邏輯門(mén)陣列產(chǎn)生調(diào)制激勵(lì)數(shù)字信號(hào)，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器用于將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，所述功率放大器用于將模擬信號(hào)放大至高電壓激勵(lì)信號(hào)，并通過(guò)高電壓激勵(lì)信號(hào)激 勵(lì)超聲換能器產(chǎn)生超聲波信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲調(diào)制成像系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲處理單元還包括低噪聲放大器、濾波器及模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述低噪聲放大器用于將超聲換能器轉(zhuǎn)換的電氣回波信號(hào)幅度放大，所述濾波器用于將放大的電氣回波信號(hào)進(jìn)行濾波處理，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將放大濾波之后的電氣回波信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字超聲信號(hào)，并通過(guò)高速接口傳送至可編程邏輯門(mén)陣列進(jìn)行數(shù)據(jù)解調(diào)處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲調(diào)制成像系統(tǒng)，其特征在于，所述可編程邏輯門(mén)陣列進(jìn)行數(shù)據(jù)解調(diào)處理的解調(diào)算法包括:將模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的數(shù)字超聲信號(hào)進(jìn)行濾波處理，濾除超聲信號(hào)外的干擾噪聲，根據(jù)超聲信號(hào)在組織內(nèi)部的衰減進(jìn)行數(shù)字化的增益補(bǔ)償，通過(guò)信號(hào)解調(diào)完成數(shù)字超聲信號(hào)的壓縮解調(diào)處理，將時(shí)間拉長(zhǎng)的序列波形壓縮成具有短時(shí)間的波形，壓縮過(guò)的超聲信號(hào)經(jīng)過(guò)包絡(luò)抽取，進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)壓縮處理得到超聲圖像數(shù)據(jù)，并將超聲圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)傳輸接口傳送至顯示裝置進(jìn)行顯示處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲調(diào)制成像系統(tǒng)，其特征在于，所述通過(guò)信號(hào)解調(diào)完成數(shù)字超聲信號(hào)的壓縮解調(diào)處理的具體信號(hào)解調(diào)算法包括基于快速傅里葉變換的信號(hào)解調(diào)算法和基于快速卷積的信號(hào)解調(diào)算法，所述基于快速傅里葉變換的信號(hào)解調(diào)算法具體為:濾波處理完的數(shù)字超聲信號(hào)，經(jīng)由快速傅里葉變換將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻域信號(hào)，再由頻域信號(hào)與匹配信號(hào)進(jìn)行復(fù)數(shù)相乘，進(jìn)行頻譜數(shù)據(jù)相乘，相乘后的數(shù)據(jù)在經(jīng)過(guò)快速傅里葉逆變換處理后得到超聲解調(diào)數(shù)據(jù)；所述基于快速卷積的信號(hào)解調(diào)算法具體包括:先對(duì)數(shù)字超聲信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，緩沖當(dāng)前的超聲數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并與匹配信號(hào)進(jìn)行卷積處理，進(jìn)行對(duì)應(yīng)的相乘運(yùn)算，數(shù)據(jù)相乘后進(jìn)行相加求和，完成時(shí)域的卷積運(yùn)算，卷積運(yùn)算輸出的數(shù)據(jù)即為超聲解調(diào)數(shù)據(jù)。
6.—種超聲調(diào)制成像方法,包括: 步驟a:通過(guò)可編程邏輯門(mén)陣列產(chǎn)生調(diào)制激勵(lì)信號(hào)，并激勵(lì)超聲換能器產(chǎn)生超聲波信號(hào)到被測(cè)組織當(dāng)中； 步驟b:將被測(cè)組織反射回的超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電氣回波信號(hào)，并將電氣回波信號(hào)傳至超聲處理單元； 步驟c:通過(guò)超聲處理單元將電氣回波信號(hào)進(jìn)行解調(diào)處理得到超聲圖像數(shù)據(jù)，并傳送至顯示裝置進(jìn)行超聲圖像顯示。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超聲調(diào)制成像方法，其特征在于，所述步驟a還包括:通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器將可編程邏輯門(mén)陣列產(chǎn)生的調(diào)制激勵(lì)數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，通過(guò)功率放大器將模擬信號(hào)放大至高電壓激勵(lì)信號(hào)，并通過(guò)高電壓激勵(lì)信號(hào)激勵(lì)超聲換能器產(chǎn)生超聲波信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲調(diào)制成像方法，其特征在于，所述步驟b還包括:通過(guò)低噪聲放大器對(duì)電氣回波信號(hào)的幅度放大，由濾波器濾除外帶的噪聲信號(hào)，并通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器將放大濾波之后的模擬電氣回波信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字超聲信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或8所述的超聲調(diào)制成像方法，其特征在于，在所述步驟c中，所述將電氣回波信號(hào)進(jìn)行解調(diào)處理得到超聲圖像數(shù)據(jù)的具體解調(diào)算法包括:將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字超聲信號(hào)進(jìn)行濾波處理，濾除超聲信號(hào)外的干擾噪聲，并根據(jù)超聲信號(hào)在組織內(nèi)部的衰減進(jìn)行數(shù)字化的增益補(bǔ)償，通過(guò)信號(hào)解調(diào)完成數(shù)字超聲信號(hào)的壓縮解調(diào)處理，將時(shí)間拉長(zhǎng)的序列波形壓縮成具有短時(shí)間的波形，將壓縮后的數(shù)字超聲信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)抽取，并進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)壓縮處理得到超聲圖像數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的超聲調(diào)制成像方法，其特征在于，所述通過(guò)信號(hào)解調(diào)完成數(shù)字超聲信號(hào)的壓縮解調(diào)處理的信號(hào)解調(diào)算法包括基于快速傅里葉變換的信號(hào)解調(diào)算法和基于快速卷積的信號(hào)解調(diào)算法，所述基于快速傅里葉變換的信號(hào)解調(diào)算法具體為:濾波處理完的數(shù)字超聲信號(hào)，經(jīng)由快速傅里葉變換將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻域信號(hào)，再由頻域信號(hào)與匹配信號(hào)進(jìn)行復(fù)數(shù)相乘，進(jìn)行頻譜數(shù)據(jù)相乘，相乘后的數(shù)據(jù)在經(jīng)過(guò)快速傅里葉逆變換處理后得到超聲解調(diào)數(shù)據(jù)；所述基于快速卷積的信號(hào)解調(diào)算法具體包括:先對(duì)數(shù)字超聲信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，緩沖當(dāng)前的超聲數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并與匹配信號(hào)進(jìn)行卷積處理，進(jìn)行對(duì)應(yīng)的相乘運(yùn)算，數(shù)據(jù)相乘后進(jìn)行相加求和，完成時(shí)域的卷積運(yùn)算，卷積運(yùn)算輸出的數(shù)據(jù)即為超聲解調(diào)數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明屬于醫(yī)療超聲成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超聲調(diào)制成像系統(tǒng)及方法。本發(fā)明超聲調(diào)制成像系統(tǒng)包括超聲處理單元、超聲換能器和顯示裝置，所述超聲處理單元包括可編程邏輯門(mén)陣列，所述可編程邏輯門(mén)陣列用于超聲調(diào)制激勵(lì)信號(hào)的控制以及超聲波信號(hào)的解調(diào)處理，所述超聲換能器用于通過(guò)激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生超聲波信號(hào)到被測(cè)組織當(dāng)中，同時(shí)將組織反射回的超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電氣回波信號(hào)并傳輸至超聲處理單元進(jìn)行解調(diào)處理，所述顯示裝置用于超聲圖像數(shù)據(jù)的顯示處理。本發(fā)明實(shí)施例的超聲調(diào)制成像系統(tǒng)及方法采用可編程邏輯門(mén)陣列和功率放大器來(lái)完成激勵(lì)信號(hào)的控制以及超聲波信號(hào)的處理，提高了超聲調(diào)制成像系統(tǒng)的靈活性和成像質(zhì)量，且成本較低，系統(tǒng)集成度高。
文檔編號(hào)A61B8/00GK103070701SQ20121058697
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者邱維寶, 王叢知, 錢(qián)明, 于妍妍, 孫雷, 鄭海榮 申請(qǐng)人:深圳先進(jìn)技術(shù)研究院