超声成像仪器讲义PPT学习教案

1、会计学1超声成像仪器讲义超声成像仪器讲义第1页/共78页第2页/共78页TGC信号的形成；信号的对数压缩；接收信号的放大与检波等。2、中央控制单元：A/D和D/A；数据的存储和读取；数字扫描变化；焦点的控制与切换；主控信号；数据的实时相关处理；字符显示及测量功能。线阵换能器发射与接收监视器中央控制单元（含DSC）面板增益控制控制信息控制信号视频信号线阵超声诊断仪结构框图第3页/共78页对数放大，检波，对数放大，检波，边缘增强等。边缘增强等。第4页/共78页接收系统典型结构框图（接收系统典型结构框图（EUB-240型线扫式型线扫式B超）超）（双线箭头（双线箭头多路信号；单线箭头多路信号；单线箭头

2、单路信号）单路信号）第5页/共78页数量：前置放大器有数量：前置放大器有16路。路。接收多路转换开关接收多路转换开关作用：选择作用：选择16路前置放大器输出中路前置放大器输出中的的11路路扫查。扫查。并合成为并合成为6个信号个信号F0-F5。控制：控制：RQA/RQE/码。码。第6页/共78页方法：对方法：对F0F5各信号按二次曲线各信号按二次曲线变化延迟，再相加。变化延迟，再相加。控制：控制：FCN0FCN2码，控制延迟码，控制延迟变化的二次曲线曲率，也即控制变化的二次曲线曲率，也即控制聚焦焦距。聚焦焦距。第7页/共78页作用：滤除近场过强的低频，和深部的高频杂波干扰。方法：由DF控制电压，

3、控制压控带通滤波器的通带中心频率，随接收深度而下降。结果：近场滤除低频，提高分辨力；远场滤除高频，提高信噪比。第8页/共78页勾边电路（边缘增强电路）勾边电路（边缘增强电路）作用：增强视频信号的边缘，突出图像的轮廓，使之便于识别和测量。控制：ENH信号，控制增强效果。第9页/共78页1馈线特性阻抗前放输入阻抗。馈线特性阻抗前放输入阻抗。否则：否则： 信号被反射入馈线，信信号被反射入馈线，信号减弱。号减弱。 多重反射，造成图象重影。多重反射，造成图象重影。第10页/共78页F输入端信噪比输入端信噪比/输出端信噪比输出端信噪比1理想：理想：F1，即放大器无附加噪，即放大器无附加噪声。声。实际：实际

4、：F1，晶体管、电阻等总，晶体管、电阻等总有噪声。有噪声。F小，有限噪声灵敏度高，放大小，有限噪声灵敏度高，放大器动态范围大。器动态范围大。第11页/共78页第12页/共78页 各级射极直流负反馈，稳定工作点，最小可辨信号小。 L20，C31，C32电源滤波，减小噪声。 C25高频补偿，C18耦合电容。第13页/共78页L1，R1，C1 C17，C33，C148，C149电源退耦电容。 VR1电位器可调节增益，设计增益24dB。C33第14页/共78页第15页/共78页第16页/共78页第17页/共78页第18页/共78页TR6倒相，为10001，则F0CH2+CH12, F1CH3+CH11

5、, F2CH4+CH10, F3CH5+CH9, F4CH6+CH8, F5CH7第19页/共78页孔径孔径即：为使即：为使df小，当小，当F增大时，增大时，D也应增大。也应增大。（2）方法）方法近场用小孔径，远场用大孔近场用小孔径，远场用大孔径径可变孔径技术。可变孔径技术。（3）意义）意义近场、远场灵敏范围近场、远场灵敏范围(波束波束)均较均较窄，横向分辨力好。窄，横向分辨力好。第20页/共78页第21页/共78页使周边阵元接收信号无效，即缩使周边阵元接收信号无效，即缩小了接收孔径。小了接收孔径。第22页/共78页t tK0K0117s117s，t tK1K165s65s，t tK2K226

6、s26s第23页/共78页 实时分段动态聚焦：实时分段动态聚焦：一次发射，一次接收。发射固定一次发射，一次接收。发射固定焦距，接收动态焦距。焦距，接收动态焦距。（3）实时分段动态聚焦原理）实时分段动态聚焦原理（1）简述：以超声探查速度，同步）简述：以超声探查速度，同步分段地移动焦点。分段地移动焦点。（2）例）例接收实时接收实时4段动态聚焦：段动态聚焦：若对应距离若对应距离z1,z2,z3，回波所需时，回波所需时间为间为t1,t2,t3。则：。则：第24页/共78页区域，有四个焦点。区域，有四个焦点。第25页/共78页第26页/共78页第27页/共78页随探测深度（时间）的增加而加随探测深度（时

7、间）的增加而加大，以补偿超声随传播距离的衰大，以补偿超声随传播距离的衰减。减。（2）各种名称）各种名称时间增益补偿时间增益补偿 (Time Gain CompensationTGC)深度增益补偿深度增益补偿 (Depth Gain CompensationDGC)灵敏度时间控制灵敏度时间控制(Sensitivity Time ControlSTC)第28页/共78页第29页/共78页一部位不同患者，一部位不同患者，成像时关注深度往往有所不同。成像时关注深度往往有所不同。.对策对策TGC控制波形指数波形控制波形指数波形(可变速可变速率率)修正波形修正波形操作者可调节：指数波形速率，修操作者可调节

8、：指数波形速率，修正波形形状正波形形状根据实际情况，通过面板按根据实际情况，通过面板按钮、电位器操作。钮、电位器操作。第30页/共78页 可变增益放大器可变增益放大器在在TGC电压控制下，放大器增益电压控制下，放大器增益可变，对不同时间可变，对不同时间（深度）的回波信号有不同的放（深度）的回波信号有不同的放大量。大量。第31页/共78页节值连线，即是可节值连线，即是可调电压波形。调电压波形。第32页/共78页D/A连接连接TGC电压波形电压波形函数值寻址地址函数值寻址地址A0A9，由加法计，由加法计数器计数产生。数器计数产生。第33页/共78页第34页/共78页可调可调第35页/共78页馈馈右

9、图由于晶体管：右图由于晶体管：Rce1/Ib而：而：ARce/R，从而：从而：TGC电压电压IbRceAR第36页/共78页a)衰减器基本结衰减器基本结构构(右图右图) Uo(R2/(R1+R2)Ui GUo/UiR2/(R1+R2) 1第37页/共78页)Rce1/Ib)场效应管场效应管RDS1/VGS第38页/共78页相互干扰。相互干扰。第39页/共78页第40页/共78页第41页/共78页（3）动态滤波的过程和意义）动态滤波的过程和意义随探测距离随探测距离接收电路的接收电路的f0，近区：选通高频，抑制低频近区：选通高频，抑制低频分分辨力辨力；远区：选通低频，抑制高频远区：选通低频，抑制高

10、频信信噪比噪比。第42页/共78页CRLZ001011,2DDC CfCCCLC第43页/共78页EDc第44页/共78页、第45页/共78页由操作者决定。由操作者决定。故故DF电压也应是可变的，由操作电压也应是可变的，由操作者临时确定。者临时确定。（2）DF电压发生器电路形式电压发生器电路形式可有多种形式，由于波形的可变可有多种形式，由于波形的可变性，在微机化性，在微机化B超超中，用数字函数发生器获取中，用数字函数发生器获取DF函函数电压比较方便。数电压比较方便。第46页/共78页第47页/共78页第48页/共78页D40组成选频槽路。组成选频槽路。第49页/共78页100dB2030dB同

11、时，并不丢失亮度信息。同时，并不丢失亮度信息。对数放大器能起到这样的作用。对数放大器能起到这样的作用。信息淹没、丢失信息淹没、丢失第50页/共78页第51页/共78页uo12i故可：改变故可：改变G1、G2改变改变K1、K2Vo=K1lg(K2Vi)G1G2uiuoG1uiK1lg(K2G1ui)G2K1lg(K2G1ui)第52页/共78页一般：一般：LDi1，右图可见：右图可见：LDoLDi即：可压缩信号即：可压缩信号的动态范围。的动态范围。L LDoDo1+lnL1+lnLDiDiL LDoDoL LDiDi110L LDoDoL LDiDi第53页/共78页总动态范围压缩。总动态范围压

12、缩。 对数放大对数放大增益只与增益只与U Ui i有关，与时间无有关，与时间无关。关。信号全部按一定规律压缩。信号全部按一定规律压缩。瞬时动态范围和总动态瞬时动态范围和总动态范围全面压缩。范围全面压缩。第54页/共78页VV0e-2ct时间指数衰时间指数衰减减经对数放大：经对数放大：UK1lg(K2V0e-2ct)K1lg(K2V0)-2K1ctlge时时间线性衰减间线性衰减这使这使TGC简化简化线性补偿，线性补偿，TGC电压产生电路简化。电压产生电路简化。第55页/共78页-(KT/q)ln(Ui/IsR)但是，二极管对数工作的但是，二极管对数工作的动态范围很窄，动态范围很窄，温度稳定性，频

13、率稳定性，温度稳定性，频率稳定性，也不理想。也不理想。第56页/共78页第57页/共78页电阻：电阻：R1590 R22.73 K R3590 R4147 K第58页/共78页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页/共78页ui第60页/共78页T9,T10：流压变换，合成差分电：

15、流压变换，合成差分电压输出压输出15dB15dB59059010102.732.7359059020lg20lgR RR RR R20lg20lg3 33 32 23 3第61页/共78页CA2,CA2,CB2,CB2：对数线性：对数线性度调节，以利匹配。度调节，以利匹配。第62页/共78页非线性限幅并联相加型对数放大非线性限幅并联相加型对数放大器器对数放大输入动态范围：对数放大输入动态范围：LDi430dB120dB第63页/共78页态范围态范围之外有过度区，之外有过度区，与前述与前述的理论分析之间的理论分析之间产生误产生误差。差。 输出动态范围：输出动态范围：LDo27dB第64页/共78

16、页第65页/共78页非线性器件：二极管、三极管、非线性器件：二极管、三极管、集成运算放大器。集成运算放大器。 检波类型检波类型a)a)峰值包络检波：输出反馈到峰值包络检波：输出反馈到二极管两端。二极管。二极管两端。二极管。b)b)平均包络检波：输入与输出平均包络检波：输入与输出隔离。三极管、运放。隔离。三极管、运放。第66页/共78页络络失效。失效。太大：放电太慢，包络拖尾太大：放电太慢，包络拖尾惰性失真。惰性失真。因超声调制与载波信号频率接近，因超声调制与载波信号频率接近，使使R R、C C选择困难。选择困难。充电充电放电放电第67页/共78页c.c.传输系数提高，并可偏置调节，传输系数提高

17、，并可偏置调节，此可进行此可进行TGCTGC控制。控制。第68页/共78页D D4343：偏置二：偏置二极管，极管，克服检克服检波管死区波管死区L L2323,L,L2424：偏置引偏置引入电感入电感, ,通低频通低频阻高频。阻高频。第69页/共78页经经ICIC4747低通滤波低通滤波后，检出后，检出信号平均值信号平均值平均包络。平均包络。各点波形见图各点波形见图(c)(c)。第70页/共78页弱低频成分。弱低频成分。（）方法（）方法 微分相加法：原始信号原始微分相加法：原始信号原始信号的微分信号。信号的微分信号。 积分相减法：原始信号原始积分相减法：原始信号原始信号的积分信号。信号的积分信

18、号。 带通滤波器：通高频信号，减带通滤波器：通高频信号，减弱低频信号。弱低频信号。第71页/共78页W：调节相加：调节相加比例。比例。 波形如图波形如图第72页/共78页D1：负向输：负向输出时反馈，出时反馈，防止开环防止开环过载。过载。 原理原理dt)dt)u uK Ku u(K(Ku ui i2 2i i1 1o o第73页/共78页第74页/共78页 控制控制ENH/控制开关，改变参数，控制控制开关，改变参数，控制边缘增强程度。边缘增强程度。开关与参数关系：开关与参数关系：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