行业新闻

超声成像系统的功能介绍及电子元件的设想选型

  • 文章来源: / 作者: / 发布时间:2020-01-18
  •   通过发射超声能量进入人体,接管并办理返回的反射信号,相控阵超声系统可以生成体内器官和构造的图像,映射血液活动和组织运动,同时提供高精确度的血流速度信息。传统设想中,构建这样的成像系统必要大量的高性能相控阵发射器和接管器,使得车载办法体积庞大且价格昂贵。近年来,随着集成工艺的提高,设想人员能够取得小尺寸、低老本并且高度便携的成像系统计划,并可到达濒临大型成像办法的性能指标。而新的设想挑战仍然存在,即在进一步进步计划集成度的同时进步系统性能和诊断才华。

      典型的相控阵超声系统装备了32至256个发射器和接管器。大都状况下,系统装备的发射器和接管器的数量少于博天堂真人客户端传感器单元的数量。这些状况下,必要在传感器或系统中装置高压开关,用于信号复用,开关连贯在特定的传感器单元和发送器/接管器(Tx/Rx)对之间。由此,系统能够在所提供的传感器阵列中动态扭转有效的传感器孔径。


      超声成像系统功能框图。

      

    超声成像系统的功能介绍及电子元件的构想选型

      成像系统的关键器件是超声传感器。典型的超声成像系统必要使用各种传感器撑持特定的诊断要求。每个传感器由一组压电传感器单元阵列形成,它们集中能量并发射到人体内部,然后接管相应的反射信号。每个单元通过纤细的同轴电缆连贯到超声系统。通常,传感器由32至512个单元形成,工作频次为1MHz至15MHz。大都超声系统提供两个至四个传感器转换接口,临床医生可依据差异的检测类型便捷地更换传感器。

      数字发射波束成形器用于孕育发生所要求的数字发射信号,以正确的工夫和相位生成聚焦发射信号。高性能超声系统可通过任意波形发生器孕育发生复杂的发射波形,从而优化图像质量。这些状况下,发射波束成形器以约莫40MHz速率生成8位至10位数字字符,并以此孕育发生所要求的发射波形。数/模转换器(DAC)将数字波形转换成模拟信号,通过线性高压放大器停止放大,用于驱动传感器单元。由于这种发射技术占用较大概积,并且价格昂贵、必要耗费较高能量,所以,这种架构只限于昂贵的非便携办法。大都超声系统并不使用这种发射波束成形技术,而是接纳多级高压脉冲发生器孕育发生必要发射的信号。在这种替代计划中,操作高集成度、高压脉冲发生器快捷切换传感器单元至适当的可编程高压电源,孕育发生发射波形。为了孕育发生一个简略的两极发射波形,脉冲发生器必要交替地将传感器单元切换到由数字波束成形器控制的正、负发射电压。更复杂的设想可以让传感器单元切换至多路电源和地,从而孕育发生更复杂、性能更好的多重波形。

     
    高压复用开关

      二次谐波成像有两种根本的实现方法。一种称为规范谐波成像,尽可能克制发射信号的二次谐波,从而使接管到的二次谐波主要源于人体的非线性。这种形式要求二次谐波的发射能量至少低于基波能量50dB。所以,发射脉冲的占空比要求是精确的50%且误差小于±0.2%。另一种方法称为脉冲反相,操作反相后的发射脉冲孕育发生同一图像途径的相位相反的两路接管信号。在接管器中对这两路反相接管信号求和,恢复由于人体非线性孕育发生的谐波信号。这种脉冲反相的方法必需在叠加时尽可能抵消发射脉冲的反相身分。所以,高压脉冲发生器的回升工夫和下降工夫必需严格一致。

      

    超声成像系统的功能介绍及电子元件的构想选型

      成像系统对高压开关的要求主要包含几个方面:必需能够接受电压摆幅高达200VP-P且峰值电流高达2A的发射脉冲;开关必需能够迅速切换,以快捷调整有效孔径、满足图像帧率的要求;最后,这些开关还必需具有极小的电荷注入,从而制止杂散传输以及相关的虚假图像。

    传感器

      

    高压发射机

      近几年,随着二次谐波成像的宽泛应用,高压脉冲发生器对于斜率和对称性的要求越来越高。二次谐波成像操作了人体的非线性声学特性。这些非线性特性倾向于将频次fo的声能转酿成2fo频次。多种起因使得接管二次谐波信号能够取得更高的图像质量,因而,二次谐波成像得到了宽泛应用。