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• 数字化多声束并行形成器
数字化是所有电子设备的发展方向，超声也不例外。1980年实现数字扫描变换器和微机系统的采用，1990年开始彩色血流成像仪中采用数字声速形成技术，数字多声速形成技术是数字声速形成技术的进一步发展。 声速形成： 采用电子聚焦、变迹及方向控制等技术来形成指向特性良好的声束特性, 这些就是声束形成技术。 电子聚焦就是将换能器子阵中各阵元的接收信号经适当延迟后相加起来, 使焦点处所反射或散射的信号形成同相位相加, 获得最强的合成信号; 而不在焦点处的反射信号因不是同相位相加, 其合成信号大大削弱, 甚至互相抵消。这就是接收电子聚焦原理。发射时的电子聚焦原理也一样。 变迹技术是一种控制发射(或接收) 声场分布的手段。通常用波瓣图来描述声场分布。当发射子阵中各阵元用相同幅度的电信号激励时, 其波瓣图中除了有一个主波束以外, 还存在多个副波束,称之为旁瓣。所有超声诊断设备 均采用主波束成像, 旁瓣的大量存在无疑将形成很大的干扰, 它是形成伪象及降低对比分辨力的重要因素。 理论分析及实验证明, 当发射子阵中中心阵元的激励强, 而向两旁的阵元激励强度逐步减弱时, 波瓣图中的旁瓣级( 即旁瓣与主瓣的相对声强) 明显减小。不同的变迹函数, 旁瓣级减小程度也不一样。电子聚焦和变迹可以在发射或接收状态采用。由于超声设备 中一般都采用脉冲发射方式, 因此一次发射只能形成一个焦点, 选择一个变迹函数;而接收时间较长, 不同的时刻接收不同距离的反射信号, 因此一条接收声束中可以多次改变焦点和变迹函数。 由此可见, 在接收状态下更能体现声束形成技术的优越性能。通常的声束形成技术均采用模拟方式, 它使用较多的模拟延迟线及模拟开关, 当你改变的焦点数及变迹函数越多, 延迟线及开关数量就越多。由于干扰及参数误差、漂移等因素增加, 使其总的性能难以达到很高水平。数字声束形成是在对接收阵元的信号数字化(即A / D 转换) 后, 以数字方式实现延迟及变迹函数, 加上其他的一些技术的应用, 其性能指标将明显提高。 数字声束形成技术 对于B 型成像来说,模拟声束形成技术的信号流程为: 各阵元接收信号一延迟相加一幅度检波一A / D 转换; 数字声束形成技术的信号流程为: 各阵元接收信号一A / D转换一延迟相加一正交分解一求“ 模” 。模拟声束形成技术中, 采用各阵元合成信号(是一种实信号) 的幅度检波。它一方面, 失去了回波信号中的相位信息; 另一方面, 因为回波信号具有很宽的相对带宽( 50 % 以上), 幅度检波不可能得到不失真的包络信号。 在数字声束形成技术中, 由于采用了正交分解技术, 可以得到信号的实部及其对应的信号虚部, 即保留了信号的幅度及相位, 在由实部和虚部求“ 模” 后可获得理想的信号包络。由此可见, 数字声束形成技术可获得更逼真的B 型图像。 正交分解技术有以F 三种: 正交采样; 二次采样或多次采样; 解析信号采样, 其关键是实现希尔伯特变换。前两种方法一般都可以直接在A / D转换器上实现。由于模拟式的希尔伯特变换很难实现, 现在大都采用离散(即数字) 希尔伯特变换。它可以加在延迟相加前或延迟相加后, 后者实现更简单。 正交采样使用两路模拟乘法器和滤波器, 减小正交两路通道的平衡误差和干扰有一定难度。二次采样误差大, 多次采样可大大降低误差。在一定条件下, 多次采样等效于一种最平型设计的希尔伯特变换器朗, 它是一种有限冲激响应( F I R ) 滤波器。通常的希尔伯特变换器可以采用极小化极大误差( m in m a x) 准则来设计, 在一定的通带范围及允许波动误差条件下, 可以获得最简单的希尔伯特变换器, 即最短的IF R 滤波器。由此可见, 在超声成像的数字声束形成技术中, 希尔伯特变换可能是一种最佳的正交分解技术。 数字式延迟技术是达到声束聚焦的关键。数字式延迟通常可由采样间隔的整数倍和小数倍之和组成。对于整数延迟, 只需对数字信号序列作位移即可解决小数部分的步长则决定了延迟精度,步长越小, 延迟精度越高, 由延迟误差引起的声压或声强旁瓣级也越小。 实现小数部分延迟的方法有两种。第一种为流水线式采样延迟聚焦( p i p e l i n e d s a m p l e d 一氏l a yF o e u s i n g p S D F ) 〔` 〕。在此方案中, 聚焦所需延迟由A / D 转换器的不同采样时钟完成, 即由采样时钟发生器为每一个阵元通道产生一个专用采样时钟, 这些时钟的相位( 采样时刻) 互相错开, 其错开的值恰好等于各阵元传播延迟之差。因此只要把对应采样值存入先进先出(F IF O ) 存贮器, 取出同序号的值送到加法器相加, 即可形成聚焦的效果。这种方法得到的延迟量长为2 0n s 左右。第二种方法是先均匀采样, 然后进行内插来实现延迟。相对于采样周期的小数倍延迟, 我们可以用相位延迟来代替时间延迟。根据多采样率数字信号处理( M u l t i r a t e 以g i t a l S ig n a l P r o e e s s i n g,M D S )P 技术〔5〕, 可以设计多相滤波器组来实现数字延迟的小数部分。这种方法的采样电路简单, 但对多相滤波器组的设计要求较高。这种方法得到延迟量步长可降低到5 n s 以下。 实现变迹的方法相对比较简单, 只需在各阵元信号相加之前各乘上一个幅度系数即可。 由于数字声束形成技术可以实现动态( 甚至跟踪式动态) 接收聚焦及动态变迹, 其声束特性将明显优于模拟式的, 提高了图像的横向分辨力和对比分辨力。 数字多声束形成技术 数字多声束形成技术的讨论在文献上极少见, 但近两年来已开始有产品间世。东芝公司的S S A一38 o A 和A cu so n 公司的S E Q U O I A 5 12 采用了四声束形成技术。我们曾报道过我们在数字多声束形成技术方面的研究情况。 大家知道, 超声发射时可以进行聚焦。由于发射时通常采用弱聚焦, 对于3M H z 超声, 焦点直径为3 m m 左右。由此可见, 发射的超声场除了可 行进一定的深度外, 还占有一定宽度, 不在焦点处, 声场更宽。我们用多个阵元接收从此超声场反射回来的信号后, 可以同时形成多条接收声束。设 相邻两声束之间间隔为0.75 m m ( 线阵的半个阵元间距), 则四条接收声束所占宽度不足3m m。这就证明, 四声束形成技术在理论上是完全可行的。 当形成的接收声束密度增加一倍时, 3 m m 宽可产生七条以上声束。事实上, 要形成更多条接收声束也是可行的, 这只要将发射时的聚焦点移至成像区外或采用其他增加焦点宽度的方法。 当发射一次超声脉冲后, 要形成几条接收声束时, 虽然多数阵元接收通道是可以共用的, 但声束形成电路的复杂度增加很多。若采用一般的声束形成电路, 则n 条接收声束将是单接收声束复杂度的n 倍, 这样就不可能把n 值取得很大,一般取2 ~ 4。在数字多声束形成技术的实用化工作中, 降低多声束形成电路的复杂度是一项重要技术。降低复杂度的基本方法是电路复用或共用, 特别是数字延迟电路的复用及简化尤为重要。由于一套流水线式采样延迟聚焦电路只能形成一条接收声束, 因此要形成n 条接收声束时, 从A / D 转换器、采样时钟发生器到最后视频回波信号输出所用的电路全部要n 套。由此可见, 在数字多声束形成技术中, P S D F 方案是不可取的, 而采用多相滤 波器组来实现数字延迟的方法是一种较为可取的方案。 数字多声束形成技术的意义 数字多声束形成技术是目前的一项国际前沿科技, 它的主要意义例举如下。 ( l) 高密度高分辨率成像: 前已证明, 数字声束形成技术可以提高图像的纵向和横向分辨力,也可提高对比分辨力。采用数字多声束形成技术后, 提高了成像速率。应用于彩超中, 它可以提高时间分辨力, 这对于心血管系统疾病的诊断具有重要意义。 另外, 数字多声束形成技术也可以提高成像线密度。在线阵式B 超仪中, 因帧率和技术等原因, 相邻两声束之间间隔一般只能做到二分之一阵元间距( 对常用的3M H z 左右的探头, 其值为.0 75 m m ), 在显示图像时往往要在两声束之间插值一条或二条“ 声束” 。这种插值是一种“ 平滑” 处理, 不能提高分辨力。数字多声束形成时可以把相邻两声束之间间隔减小到四分之一阵元间距, 甚至更小。这种高密度成像可以提高横向分辨力。 ( 2) 高速度三维成像: 大家知道, 用单声束形成技术的B 超仪, 每帧两维图像需时30 m s 左右。若要作三维成像, 则需连续采集1 0 帧左右的序列图像, 因此最快要3 秒钟。目前所有的三维成像系统商品都要用3 秒以上的数据采集时间。 当采用数字式n 声束形成技术时, 有可能使成像速率提高到n 倍, 三维成像时的数据采集时间可减少到1/ n 。可以想像, 当n 一30 时, 三维数据采集时间将降低到0.1 秒。如果三维图像的重建和显示时间能跟得卜话, 实时几维超声成像系统就可问世。 数字化多声束并行形成器？ • 宽频变频技术，系统频率1.0－18MHz 超声探头必须具有一定的技术特性①宽频加变频探头只有数字化技术才能实现；②变频探头的变频范围可达多挡；③变频能在凸阵、线振探头上实现；④变频探头的频率精度并不优于中心频率的探头 1、单频探头（低频探头、高频探头）中心频率固定的探头（频宽较窄）。例如2.5MHZ探头、3.5MHZ探头 2、变频探头 利用仪器面板控制，可根据临床需要选择2~3种发射频率。如同一个探头可选3，5或5.0MHZ 3、宽频探头 采用宽频带复合压电材料。发射时带宽范围有2~5MHZ；5~10MHZ、6~12MHZ不等。接收时分三种情况 （1）选频接收：在接收回声中选择某一特定的1~3个中心频率，以满足临床所需的深度 （2）动态接收：接收时，随深度变化选取不同的频率。近区选取高频，中部选取中频，远区只接收较低频率的回声。如此既达到良好的分辨力，又有良好的穿透力，符合深部显示要求。 （3）宽频接收：接收宽频带内所有频率的回声。在近区和中部回声频率高或较高，在远区只接收较低频率的回声 4、高频探头 发射频率高达40~100MHZ范围的超声探头，称之为高频探头。此类探头主要用于皮肤超声成像；眼部专用的超声生物显微镜，观察眼前节（浅表部分）；冠状动脉成像（通过导管探头进行）等
• 274dB动态范围• 数字式TGC调节• 23吋彩色高分辨率液晶显示器• 12.1英寸彩色触摸屏操作• 4个激活探头接口
• 500GB硬盘
• 内置DVD /CD-RW 驱动器
• 数控电动高度调节
• One Finger to Position浮动操作平台
• 探头接口状态照明系统
• 腔内探头专用放置支架
• 电缆防缠绕管理系统
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