超聲成像儀器講義PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1超聲成像儀器講義超聲成像儀器講義第1頁(yè)/共78頁(yè)第2頁(yè)/共78頁(yè)TGC信號(hào)的形成；信號(hào)的對(duì)數(shù)壓縮；接收信號(hào)的放大與檢波等。2、中央控制單元：A/D和D/A；數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和讀??；數(shù)字掃描變化；焦點(diǎn)的控制與切換；主控信號(hào)；數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)相關(guān)處理；字符顯示及測(cè)量功能。線陣換能器發(fā)射與接收監(jiān)視器中央控制單元（含DSC）面板增益控制控制信息控制信號(hào)視頻信號(hào)線陣超聲診斷儀結(jié)構(gòu)框圖第3頁(yè)/共78頁(yè)對(duì)數(shù)放大，檢波，對(duì)數(shù)放大，檢波，邊緣增強(qiáng)等。邊緣增強(qiáng)等。第4頁(yè)/共78頁(yè)接收系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)框圖（接收系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)框圖（EUB-240型線掃式型線掃式B超）超）（雙線箭頭（雙線箭頭多路信號(hào)；單線箭頭多路信號(hào)；單線箭頭

2、單路信號(hào)）單路信號(hào)）第5頁(yè)/共78頁(yè)數(shù)量：前置放大器有數(shù)量：前置放大器有16路。路。接收多路轉(zhuǎn)換開關(guān)接收多路轉(zhuǎn)換開關(guān)作用：選擇作用：選擇16路前置放大器輸出中路前置放大器輸出中的的11路路掃查。掃查。并合成為并合成為6個(gè)信號(hào)個(gè)信號(hào)F0-F5?？刂疲嚎刂疲篟QA/RQE/碼。碼。第6頁(yè)/共78頁(yè)方法：對(duì)方法：對(duì)F0F5各信號(hào)按二次曲線各信號(hào)按二次曲線變化延遲，再相加。變化延遲，再相加?？刂疲嚎刂疲篎CN0FCN2碼，控制延遲碼，控制延遲變化的二次曲線曲率，也即控制變化的二次曲線曲率，也即控制聚焦焦距。聚焦焦距。第7頁(yè)/共78頁(yè)作用：濾除近場(chǎng)過(guò)強(qiáng)的低頻，和深部的高頻雜波干擾。方法：由DF控制電壓，

3、控制壓控帶通濾波器的通帶中心頻率，隨接收深度而下降。結(jié)果：近場(chǎng)濾除低頻，提高分辨力；遠(yuǎn)場(chǎng)濾除高頻，提高信噪比。第8頁(yè)/共78頁(yè)勾邊電路（邊緣增強(qiáng)電路）勾邊電路（邊緣增強(qiáng)電路）作用：增強(qiáng)視頻信號(hào)的邊緣，突出圖像的輪廓，使之便于識(shí)別和測(cè)量?？刂疲篍NH信號(hào)，控制增強(qiáng)效果。第9頁(yè)/共78頁(yè)1饋線特性阻抗前放輸入阻抗。饋線特性阻抗前放輸入阻抗。否則：否則： 信號(hào)被反射入饋線，信信號(hào)被反射入饋線，信號(hào)減弱。號(hào)減弱。 多重反射，造成圖象重影。多重反射，造成圖象重影。第10頁(yè)/共78頁(yè)F輸入端信噪比輸入端信噪比/輸出端信噪比輸出端信噪比1理想：理想：F1，即放大器無(wú)附加噪，即放大器無(wú)附加噪聲。聲。實(shí)際：實(shí)際

4、：F1，晶體管、電阻等總，晶體管、電阻等總有噪聲。有噪聲。F小，有限噪聲靈敏度高，放大小，有限噪聲靈敏度高，放大器動(dòng)態(tài)范圍大。器動(dòng)態(tài)范圍大。第11頁(yè)/共78頁(yè)第12頁(yè)/共78頁(yè) 各級(jí)射極直流負(fù)反饋，穩(wěn)定工作點(diǎn)，最小可辨信號(hào)小。 L20，C31，C32電源濾波，減小噪聲。 C25高頻補(bǔ)償，C18耦合電容。第13頁(yè)/共78頁(yè)L1，R1，C1 C17，C33，C148，C149電源退耦電容。 VR1電位器可調(diào)節(jié)增益，設(shè)計(jì)增益24dB。C33第14頁(yè)/共78頁(yè)第15頁(yè)/共78頁(yè)第16頁(yè)/共78頁(yè)第17頁(yè)/共78頁(yè)第18頁(yè)/共78頁(yè)TR6倒相，為10001，則F0CH2+CH12, F1CH3+CH11

5、, F2CH4+CH10, F3CH5+CH9, F4CH6+CH8, F5CH7第19頁(yè)/共78頁(yè)孔徑孔徑即：為使即：為使df小，當(dāng)小，當(dāng)F增大時(shí)，增大時(shí)，D也應(yīng)增大。也應(yīng)增大。（2）方法）方法近場(chǎng)用小孔徑，遠(yuǎn)場(chǎng)用大孔近場(chǎng)用小孔徑，遠(yuǎn)場(chǎng)用大孔徑徑可變孔徑技術(shù)?？勺兛讖郊夹g(shù)。（3）意義）意義近場(chǎng)、遠(yuǎn)場(chǎng)靈敏范圍近場(chǎng)、遠(yuǎn)場(chǎng)靈敏范圍(波束波束)均較均較窄，橫向分辨力好。窄，橫向分辨力好。第20頁(yè)/共78頁(yè)第21頁(yè)/共78頁(yè)使周邊陣元接收信號(hào)無(wú)效，即縮使周邊陣元接收信號(hào)無(wú)效，即縮小了接收孔徑。小了接收孔徑。第22頁(yè)/共78頁(yè)t tK0K0117s117s，t tK1K165s65s，t tK2K226

6、s26s第23頁(yè)/共78頁(yè) 實(shí)時(shí)分段動(dòng)態(tài)聚焦：實(shí)時(shí)分段動(dòng)態(tài)聚焦：一次發(fā)射，一次接收。發(fā)射固定一次發(fā)射，一次接收。發(fā)射固定焦距，接收動(dòng)態(tài)焦距。焦距，接收動(dòng)態(tài)焦距。（3）實(shí)時(shí)分段動(dòng)態(tài)聚焦原理）實(shí)時(shí)分段動(dòng)態(tài)聚焦原理（1）簡(jiǎn)述：以超聲探查速度，同步）簡(jiǎn)述：以超聲探查速度，同步分段地移動(dòng)焦點(diǎn)。分段地移動(dòng)焦點(diǎn)。（2）例）例接收實(shí)時(shí)接收實(shí)時(shí)4段動(dòng)態(tài)聚焦：段動(dòng)態(tài)聚焦：若對(duì)應(yīng)距離若對(duì)應(yīng)距離z1,z2,z3，回波所需時(shí)，回波所需時(shí)間為間為t1,t2,t3。則：。則：第24頁(yè)/共78頁(yè)區(qū)域，有四個(gè)焦點(diǎn)。區(qū)域，有四個(gè)焦點(diǎn)。第25頁(yè)/共78頁(yè)第26頁(yè)/共78頁(yè)第27頁(yè)/共78頁(yè)隨探測(cè)深度（時(shí)間）的增加而加隨探測(cè)深度（時(shí)

7、間）的增加而加大，以補(bǔ)償超聲隨傳播距離的衰大，以補(bǔ)償超聲隨傳播距離的衰減。減。（2）各種名稱）各種名稱時(shí)間增益補(bǔ)償時(shí)間增益補(bǔ)償 (Time Gain CompensationTGC)深度增益補(bǔ)償深度增益補(bǔ)償 (Depth Gain CompensationDGC)靈敏度時(shí)間控制靈敏度時(shí)間控制(Sensitivity Time ControlSTC)第28頁(yè)/共78頁(yè)第29頁(yè)/共78頁(yè)一部位不同患者，一部位不同患者，成像時(shí)關(guān)注深度往往有所不同。成像時(shí)關(guān)注深度往往有所不同。.對(duì)策對(duì)策TGC控制波形指數(shù)波形控制波形指數(shù)波形(可變速可變速率率)修正波形修正波形操作者可調(diào)節(jié)：指數(shù)波形速率，修操作者可調(diào)節(jié)

8、：指數(shù)波形速率，修正波形形狀正波形形狀根據(jù)實(shí)際情況，通過(guò)面板按根據(jù)實(shí)際情況，通過(guò)面板按鈕、電位器操作。鈕、電位器操作。第30頁(yè)/共78頁(yè) 可變?cè)鲆娣糯笃骺勺冊(cè)鲆娣糯笃髟谠赥GC電壓控制下，放大器增益電壓控制下，放大器增益可變，對(duì)不同時(shí)間可變，對(duì)不同時(shí)間（深度）的回波信號(hào)有不同的放（深度）的回波信號(hào)有不同的放大量。大量。第31頁(yè)/共78頁(yè)節(jié)值連線，即是可節(jié)值連線，即是可調(diào)電壓波形。調(diào)電壓波形。第32頁(yè)/共78頁(yè)D/A連接連接TGC電壓波形電壓波形函數(shù)值尋址地址函數(shù)值尋址地址A0A9，由加法計(jì)，由加法計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)產(chǎn)生。數(shù)器計(jì)數(shù)產(chǎn)生。第33頁(yè)/共78頁(yè)第34頁(yè)/共78頁(yè)可調(diào)可調(diào)第35頁(yè)/共78頁(yè)饋饋右

9、圖由于晶體管：右圖由于晶體管：Rce1/Ib而：而：ARce/R，從而：從而：TGC電壓電壓IbRceAR第36頁(yè)/共78頁(yè)a)衰減器基本結(jié)衰減器基本結(jié)構(gòu)構(gòu)(右圖右圖) Uo(R2/(R1+R2)Ui GUo/UiR2/(R1+R2) 1第37頁(yè)/共78頁(yè))Rce1/Ib)場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管RDS1/VGS第38頁(yè)/共78頁(yè)相互干擾。相互干擾。第39頁(yè)/共78頁(yè)第40頁(yè)/共78頁(yè)第41頁(yè)/共78頁(yè)（3）動(dòng)態(tài)濾波的過(guò)程和意義）動(dòng)態(tài)濾波的過(guò)程和意義隨探測(cè)距離隨探測(cè)距離接收電路的接收電路的f0，近區(qū)：選通高頻，抑制低頻近區(qū)：選通高頻，抑制低頻分分辨力辨力；遠(yuǎn)區(qū)：選通低頻，抑制高頻遠(yuǎn)區(qū)：選通低頻，抑制高

10、頻信信噪比噪比。第42頁(yè)/共78頁(yè)CRLZ001011,2DDC CfCCCLC第43頁(yè)/共78頁(yè)EDc第44頁(yè)/共78頁(yè)、第45頁(yè)/共78頁(yè)由操作者決定。由操作者決定。故故DF電壓也應(yīng)是可變的，由操作電壓也應(yīng)是可變的，由操作者臨時(shí)確定。者臨時(shí)確定。（2）DF電壓發(fā)生器電路形式電壓發(fā)生器電路形式可有多種形式，由于波形的可變可有多種形式，由于波形的可變性，在微機(jī)化性，在微機(jī)化B超超中，用數(shù)字函數(shù)發(fā)生器獲取中，用數(shù)字函數(shù)發(fā)生器獲取DF函函數(shù)電壓比較方便。數(shù)電壓比較方便。第46頁(yè)/共78頁(yè)第47頁(yè)/共78頁(yè)第48頁(yè)/共78頁(yè)D40組成選頻槽路。組成選頻槽路。第49頁(yè)/共78頁(yè)100dB2030dB同

11、時(shí)，并不丟失亮度信息。同時(shí)，并不丟失亮度信息。對(duì)數(shù)放大器能起到這樣的作用。對(duì)數(shù)放大器能起到這樣的作用。信息淹沒、丟失信息淹沒、丟失第50頁(yè)/共78頁(yè)第51頁(yè)/共78頁(yè)uo12i故可：改變故可：改變G1、G2改變改變K1、K2Vo=K1lg(K2Vi)G1G2uiuoG1uiK1lg(K2G1ui)G2K1lg(K2G1ui)第52頁(yè)/共78頁(yè)一般：一般：LDi1，右圖可見：右圖可見：LDoLDi即：可壓縮信號(hào)即：可壓縮信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。的動(dòng)態(tài)范圍。L LDoDo1+lnL1+lnLDiDiL LDoDoL LDiDi110L LDoDoL LDiDi第53頁(yè)/共78頁(yè)總動(dòng)態(tài)范圍壓縮?？倓?dòng)態(tài)范圍壓

12、縮。 對(duì)數(shù)放大對(duì)數(shù)放大增益只與增益只與U Ui i有關(guān)，與時(shí)間無(wú)有關(guān)，與時(shí)間無(wú)關(guān)。關(guān)。信號(hào)全部按一定規(guī)律壓縮。信號(hào)全部按一定規(guī)律壓縮。瞬時(shí)動(dòng)態(tài)范圍和總動(dòng)態(tài)瞬時(shí)動(dòng)態(tài)范圍和總動(dòng)態(tài)范圍全面壓縮。范圍全面壓縮。第54頁(yè)/共78頁(yè)VV0e-2ct時(shí)間指數(shù)衰時(shí)間指數(shù)衰減減經(jīng)對(duì)數(shù)放大：經(jīng)對(duì)數(shù)放大：UK1lg(K2V0e-2ct)K1lg(K2V0)-2K1ctlge時(shí)時(shí)間線性衰減間線性衰減這使這使TGC簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化線性補(bǔ)償，線性補(bǔ)償，TGC電壓產(chǎn)生電路簡(jiǎn)化。電壓產(chǎn)生電路簡(jiǎn)化。第55頁(yè)/共78頁(yè)-(KT/q)ln(Ui/IsR)但是，二極管對(duì)數(shù)工作的但是，二極管對(duì)數(shù)工作的動(dòng)態(tài)范圍很窄，動(dòng)態(tài)范圍很窄，溫度穩(wěn)定性，頻

13、率穩(wěn)定性，溫度穩(wěn)定性，頻率穩(wěn)定性，也不理想。也不理想。第56頁(yè)/共78頁(yè)第57頁(yè)/共78頁(yè)電阻：電阻：R1590 R22.73 K R3590 R4147 K第58頁(yè)/共78頁(yè)q/KTq/KTV Vs1s1q/KTq/KTV Vs1s1e1e1c1c1be1be1be1be1e eI I1 1e eI II II Iq/KTq/KTV Vs2s2e2e2c2c2be2be2e eI II II I，X Xq/KTq/KTU Uc2c2c1c1e ee eI II Ii iq/KTq/KTu uX Xi ik ke2e2e1e1c2c2c1c1I II II II II IX Xk kc1c1e

14、 e1 1I II IX Xk kc2c2e e1 1I II I，X Xc2c2c1c1e eI II IX Xc1c1c2c2e eI II Ik k2 2X X- -2 2X X2 2X X2 2X Xk kX XX XX Xk kX Xk kc2c2c1c1I Ie ee ee ee eI I1 1e e1 1e ee e1 1I Ie e1 1I II II I) )2KT2KTq qtanh(utanh(uI I2)2)(X(XtanhtanhI Ii ik kk kIc1Ic2Vb1Vb2Ie1Ie2Ik第59頁(yè)/共78頁(yè)ui第60頁(yè)/共78頁(yè)T9,T10：流壓變換，合成差分電：

15、流壓變換，合成差分電壓輸出壓輸出15dB15dB59059010102.732.7359059020lg20lgR RR RR R20lg20lg3 33 32 23 3第61頁(yè)/共78頁(yè)CA2,CA2,CB2,CB2：對(duì)數(shù)線性：對(duì)數(shù)線性度調(diào)節(jié)，以利匹配。度調(diào)節(jié)，以利匹配。第62頁(yè)/共78頁(yè)非線性限幅并聯(lián)相加型對(duì)數(shù)放大非線性限幅并聯(lián)相加型對(duì)數(shù)放大器器對(duì)數(shù)放大輸入動(dòng)態(tài)范圍：對(duì)數(shù)放大輸入動(dòng)態(tài)范圍：LDi430dB120dB第63頁(yè)/共78頁(yè)態(tài)范圍態(tài)范圍之外有過(guò)度區(qū)，之外有過(guò)度區(qū)，與前述與前述的理論分析之間的理論分析之間產(chǎn)生誤產(chǎn)生誤差。差。 輸出動(dòng)態(tài)范圍：輸出動(dòng)態(tài)范圍：LDo27dB第64頁(yè)/共78

16、頁(yè)第65頁(yè)/共78頁(yè)非線性器件：二極管、三極管、非線性器件：二極管、三極管、集成運(yùn)算放大器。集成運(yùn)算放大器。 檢波類型檢波類型a)a)峰值包絡(luò)檢波：輸出反饋到峰值包絡(luò)檢波：輸出反饋到二極管兩端。二極管。二極管兩端。二極管。b)b)平均包絡(luò)檢波：輸入與輸出平均包絡(luò)檢波：輸入與輸出隔離。三極管、運(yùn)放。隔離。三極管、運(yùn)放。第66頁(yè)/共78頁(yè)絡(luò)絡(luò)失效。失效。太大：放電太慢，包絡(luò)拖尾太大：放電太慢，包絡(luò)拖尾惰性失真。惰性失真。因超聲調(diào)制與載波信號(hào)頻率接近，因超聲調(diào)制與載波信號(hào)頻率接近，使使R R、C C選擇困難。選擇困難。充電充電放電放電第67頁(yè)/共78頁(yè)c.c.傳輸系數(shù)提高，并可偏置調(diào)節(jié)，傳輸系數(shù)提高

17、，并可偏置調(diào)節(jié)，此可進(jìn)行此可進(jìn)行TGCTGC控制。控制。第68頁(yè)/共78頁(yè)D D4343：偏置二：偏置二極管，極管，克服檢克服檢波管死區(qū)波管死區(qū)L L2323,L,L2424：偏置引偏置引入電感入電感, ,通低頻通低頻阻高頻。阻高頻。第69頁(yè)/共78頁(yè)經(jīng)經(jīng)ICIC4747低通濾波低通濾波后，檢出后，檢出信號(hào)平均值信號(hào)平均值平均包絡(luò)。平均包絡(luò)。各點(diǎn)波形見圖各點(diǎn)波形見圖(c)(c)。第70頁(yè)/共78頁(yè)弱低頻成分。弱低頻成分。（）方法（）方法 微分相加法：原始信號(hào)原始微分相加法：原始信號(hào)原始信號(hào)的微分信號(hào)。信號(hào)的微分信號(hào)。 積分相減法：原始信號(hào)原始積分相減法：原始信號(hào)原始信號(hào)的積分信號(hào)。信號(hào)的積分信

18、號(hào)。 帶通濾波器：通高頻信號(hào)，減帶通濾波器：通高頻信號(hào)，減弱低頻信號(hào)。弱低頻信號(hào)。第71頁(yè)/共78頁(yè)W：調(diào)節(jié)相加：調(diào)節(jié)相加比例。比例。 波形如圖波形如圖第72頁(yè)/共78頁(yè)D1：負(fù)向輸：負(fù)向輸出時(shí)反饋，出時(shí)反饋，防止開環(huán)防止開環(huán)過(guò)載。過(guò)載。 原理原理dt)dt)u uK Ku u(K(Ku ui i2 2i i1 1o o第73頁(yè)/共78頁(yè)第74頁(yè)/共78頁(yè) 控制控制ENH/控制開關(guān)，改變參數(shù)，控制控制開關(guān)，改變參數(shù)，控制邊緣增強(qiáng)程度。邊緣增強(qiáng)程度。開關(guān)與參數(shù)關(guān)系：開關(guān)與參數(shù)關(guān)系：XVX； YKC；ZB) )V V) )V VdtdtV V1 1( (K K) )V VdtdtV V1 1( (K KdtdtdVdVK KV V(K(K) )V V) )V VdtdtV V1 1( (K K) )V VdtdtV V1 1( (K KV V(K(KdtdtdVdVK K) )V VV VK KV VK KV V(K(KV VK KV VR RY Yi ii iC CC