高解析度、低劑量、可攜式b超顯象儀的製作方法

2023-04-23 23:56:36 1

專利名稱：高解析度、低劑量、可攜式b超顯象儀的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於超聲檢測技術領域，特別涉及對B超顯象儀結構的改進。
B超顯像儀是用於對人體內臟器管疾病的診斷及婦科檢查的醫療檢測儀器，其工作的基本原理是探頭中的超聲換能器晶片經電脈衝激動產生超聲波，超聲換能器在馬達驅動下作往復擺動，按極坐標形式(扇形)向人體體內發射超聲波。超聲波在體內傳播的過程中遇到人體組織中聲阻抗發生變化的界面時，就能形成較強的反射信號。在簡易型B超中，反射回波信號經過放大，濾波等處理後送往示波管顯示，在中、高檔B超中，回波信號經過模／數轉換後進入數字掃描變換器，然後在TV監示器上顯示。上述各類B超顯像儀存在著下列不足之處(1)由於超聲換能器在馬達驅動下往復擺動發射超聲波，為了確定換能器晶片位置以使圖象顯示與超聲掃描過程同步，在探頭中需要裝位置檢測裝置。在簡易型B超中，位置檢測由旋轉變壓器完成，其定位精度差，價格高。在要求定位精儀較高的B超中，一般採用光柵條碼盤定位，其技術實現複雜且價格昂貴。
(2)由於B超是一種實時成象系統，現有的各類B超儀在對病人進行檢查時，換能器連續不斷發射超聲波，以形成每秒20幀左右的圖象。由於超聲波長時間連續照射，在對孕婦胎兒作檢查時，可能對剛剛發育成熟的胚胎存在潛在的傷害。此外，為保證足夠的幀頻，使圖象不至於閃爍，目前的扇形掃描B超儀在每幀扇面中一般只發射100線左右超聲波來，由於線數較少，每兩線之間存在較大間隙(這種現象在遠場更明顯)因而圖象質量較差。
(3)為了使B超圖象的顯示規範化，目前的中、高檔B超儀都採用標準的TV監示器作為圖象輸出設備。對於扇形掃描B超儀來說，換能器所採集到的信號是極坐標形式，而電視監示器上顯示的圖象則是直角坐標形式。當儀器對超聲回波信號進行等間隔採樣時，回波信號的採樣點與電視掃描光柵的顯示象素點並不重合，同時，回波信號採樣點的數據在近場較密，在遠場較稀。因此，在採用TV監示器顯示的B超儀中，必須用一個被稱為數字掃描變換器的部件。該部件同時完成坐標變換與數據插補，以便在TV監示器中直角坐標形式的顯示象素點上顯示相應的回波信號。為了實現實時的B超成象，要求數字掃描變換器有較高的運算速度，其實現技術複雜，成本高。採用簡易的數字掃描變換器(例如，本專利申請人持有的專利技術91208351)曾用於低密度掃描方式，而且無插補電路，因此圖象失真較大。
(4)在簡易B超儀中，用示波管作為圖象顯示設備，它的動態範圍一般比較小，顯示面積也小，其亮度低，圖象質量差；採用TV監示器的中、高擋B超儀，其整體儀器體積大，耗電量大。
本實用新型的目的在於克服上述各類型B超顯像儀的不足之處設計出一種可攜式B超儀，使其具有高解析度，低照射劑量，結構簡單、體積小，耗電低等特點。
本實用新型設計出一種新型可攜式B超顯像儀，由探頭、主機所組成，所說探頭由超聲換能器、驅動該超聲換能器的電機，對該換能器位置進行檢測的位置檢測器以及對所說電機的轉動及所說檢測器信號進行處理的控頭控制電路所組成，所說的主機包括能產生高壓電脈衝激勵所說超聲換能器晶片的發射電路，接收所說控頭髮送的超聲回波信號的接收通道，將接收通道發出的模擬信號轉換成數位訊號的A／D變換器，交A／D輸出的信號從極坐標形式轉變成直角坐標形式的數字掃描變換器，其特徵在於還包括所說數字掃描變換器的輸出信號進行顯示的液晶顯示屏，所說的位置檢測器包括安裝在電機轉軸上的光碟，該光碟邊緣沿園周均勻分布多個園孔，該光碟園孔所在園周處的兩側對應安裝著發光二極體及光電接收器，該光碟通過減速裝置，與所說超聲換能器相聯，該換能器軸上裝有兩個限位用的行程開關，所說的探頭控制電路包括電動機起停、正反轉控制電路，掃描間隙時間控制電路及位置信號和觸發脈衝形成電路。
本實用新型工作原理是在探頭中，電動機通過光碟與減速裝置帶動超聲換能器往復擺動，電機起停、正反轉控制電路實現對電機運轉的控制，從而帶動超聲換能器往復擺動，掃描控制電路使換能器實現單幀、間歇掃描或連續掃描的控制及轉換，位置信號的觸發脈衝形成電路通過合理設計減速裝置的減速比和光碟上園孔數，可使每次發出的脈衝數達到需要的每幀線數。探頭將接收到的反射回波信號經電纜線輸送到主機中，該信號經接收通道由A／D變換器轉換成數位訊號送入數字掃描變換器，使極坐標形式的信號變換成直角坐標形式，再由液晶顯示屏顯示。
本實用新型還可不需液晶顯示，由數字掃描變換器輸出的信號經過調製後再由天線發射，最後由普通電視機接收並在某一指定頻道上顯示。
本實用新型由於實現了對掃描方式的控制，不但可採用單幀掃描，大大減小對病人的照射劑量，而且還可實現高密度掃描，提高了圖象的質量。採用液晶顯示或由天線發射，大大減小了整機的體積與重量，由於採用特殊設計的數字掃描變換器，使主機電路元器件成本下降，性能價格比很高。本裝置適合用於婦女妊娠與避孕環位置的檢查，特別適用於野外作業人員或邊遠農村地區的醫療與保健。
附圖簡要說明


圖1為本實用新型一種實施例總體結構框圖圖2為本實施例探頭結構示意圖圖3(1)(2)分別為本實施例探頭控制電路原理與控制電路波形圖圖4(1)(2)分別為數字掃描變換器工作原理及其插補電路原理圖本實用新型設計出一種可攜式B超顯像儀實施例，其總體結構及各部分組成如
圖1～4所示。結合附圖詳細描述如下
圖1為本實施例總體結構示意圖，由探頭、主機及液晶顯示屏構成。其工作原理為主機的發射電路向探頭超聲換能器輸出電脈衝，電脈衝激勵換能器晶片產生超聲脈衝，超聲換能器在電機帶動下往復運動不斷向人體以扇形方式發射超聲脈衝信號並接收回波信號送入主機接收通道，該信號經放大並由A／D轉換器變換成數位訊號送入數字掃描變換器，變換成直角坐標形式的信號，最後由液晶顯示屏顯示。
圖2為探頭結構示意圖，探頭1為一園筒，筒內一端安裝一超聲換能器2，換能器晶片朝向筒的端面，另一端安裝一微型電機4，電機轉軸上套有一個帶有齒輪的光碟5，由三個齒輪，齒盤組合成的減速裝置6分別與光碟的齒輪和換能器的齒盤相連，光碟邊緣的園周上均勻開有多個園孔，光碟上下兩側與園孔相對的位置對應安裝有發光二極體D3和光敏三極體T4，探頭控制電路板7安裝在筒內中部，安裝在園筒外側壁上的掃描控制按鈕8與安裝在換能器齒盤上的兩個限位行程開關S1、S2分別與控制電路相連。
圖3為探頭控制電路，它由以下幾部分電路(1)電動機起動、停止控制電路由三極體T1、T2和由反相器G1、G2構成的起(動)停(止)觸發器構成。當G1輸出高電平，T1、T2導通，電動機轉動；當G1輸出低電平時，T1、T2截止，電動機停轉。
(2)電機正反轉控制電路由三極體T6、T7、T8、T9組成的倒向橋路和由反相器G5、G6組成的倒向觸發器及限位行程開關S1、S2和三極體T10、T11等組成。設起動前S1閉合，T11飽和，G6輸出高電平，G5輸出低電平。這時，T9和T6導通。設電動機正轉至另一極限位置使S2接通，T10飽和，觸發器翻轉，G5輸出高電平，G6輸出低電平，T8、T7導通，電動機反轉。
(3)掃描間隙時間控制電路由按鈕An和由反相器G3、G4組成的振蕩器構成。當An斷開時，振蕩器停振，G3的輸出電壓始終為高電平。當按下An時，振蕩器開始振蕩，G3輸出端的波形如圖3(2)所示。
UG3的下降沿微分後，經二極體D2加至G1輸入端，使G1輸出高電平，電動機起動使換能器轉至極限位置。S1和S2中必有一個接通。T3飽和，G1輸出低電平，電動機自動停轉至另一極限位調節電位器W可調節UG3的振蕩周期，亦即兩次掃描間的間隙時間。當將間隙時間調至最小時，換能器將作快速的往復運動，即為一般的機械扇掃的工作方式。如將間隙時間調得較長，還可進行點動控制。按一下按鈕待開始掃描後即鬆開按鈕，UG3始終保持高電平，就不產生第二次掃描，圖象始終凍結在顯示器上，直至再按一下按鈕，再來一次掃描，更新圖象。
(4)位置信號的觸發脈衝形成電路由發光二極體D3和光敏三極體T4和光碟組成。當光碟旋轉時，每當園孔轉過D3和T4的間隙時，T5集電極就輸出一脈衝。合理設計減速系統的減速比和光碟上的園孔數，可使每次發出的脈衝數達到需要的每幀線數。
主機電路由發射電路、接收通道及數字掃描變換器組成。其中，發射與接收通道的電路與常規B超顯象儀類同。數字掃描變換器整體結構可參見實用新型發明專利91208351。本實施例中增加了園插補功能。圖4是數字掃描變換器系統框圖。
園插補電路見圖5。由三片加法器74S283及二片選擇器74LS253組成。從圖象存儲器中讀出相鄰兩條超聲掃描線上具有相同半徑的兩個樣本點P1、P2，每個點為4bit數據。計算(P1＋P2)／2，將其作為中間點P3的值；再分別計算(P1＋P3)／2與(P3＋P2)／2，分別將其作為中間點P4與P5的值。電路圖中加法運算由74s283完成，將輸出的5bit數據右移一位就實現了除2運算。插補運算的結果P1、P4、P3、P5送到由兩片74LS253構成的4選1輸入端，最後根據顯示象素的位置選擇最靠近它的插補值輸出。數字掃描變換器輸出的信號送入液晶顯示屏顯示，液晶顯示屏及其驅動電路均可採用公知成熟的器件及電路。
本實施例主機電路均安裝在主機箱內，主機箱面板安裝一塊液晶顯示屏，探頭輸出端與主機輸出端用電纜線相聯，主機可以用交流或直流供電。
整機技術指標如下＊B型顯象工作方式單幀、間歇掃描、連續掃描＊超聲扇形掃描256線／幀，512點／線＊B超圖象顯示512＊512點＊最大探查深度22cm
權利要求1.一種B超顯象儀，由探頭、主機所組成，所說探頭由超聲換能器、驅動該超聲換能器的電機，對該換能器位置進行檢測的位置檢測器以及對所說電機的轉動及所說檢測器信號進行處理的探頭控制電路所組成，所說的主機包括能產生高壓電脈衝激勵所說超聲換能器晶片的發射電路，接收所說探頭髮送的超聲回波信號的接收通道，將接收通道發出的模擬信號轉換成數位訊號的A/D變換器，將A/D輸出的信號從極坐標形式轉變成直角坐標形式的數字掃描變換器，其特徵在於還包括所說數字掃描變換器的輸出信號進行顯示的液晶顯示屏，所說的位置檢測器包括安裝在電機轉軸上的光碟，該光碟邊緣沿園周均勻分布多個園孔，該光碟園孔所在園周處的兩側對應安裝著發光二極體及光電接收器，該光碟通過減速裝置，與所說超聲換能器相聯，該換能器軸上裝有兩個限位用的行程開關，所說的探頭控制電路包括電動機起停、正反轉控制電路，掃描間隙時間控制電路及位置信號和觸發脈衝形成電路。
2.一種B超顯象儀，由探頭、主機所組成，所說探頭由超聲換能器、驅動該超聲換能器的電機，對該換能器位置進行檢測的位置檢測器以及對所說電機的轉動及所說檢測器信號進行處理的探頭控制電路所組成，所說的主機包括能產生高壓電脈衝激勵所說超聲換能器晶片的發射電路，接收所說探頭髮送的超聲回波信號的接收通道，將接收通道發出的模擬信號轉換成數位訊號的A／D變換器，將A／D輸出的信號從極坐標形式轉變成直角坐標形式的數字掃描變換器，其特徵在於還包括所說數字掃描變換器的輸出信號由調製器調製，並將調製後的信號進行發射的天線，由天線發射出的信號由普通電視機接收並顯示，所說的位置檢測器包括安裝在電機轉軸上的光碟，該光碟邊緣沿園周均勻分布多個園孔，該光碟園孔所在園周處的兩側對應安裝著發光二極體及光電接收器，該光碟通過減速裝置，與所說超聲換能器相聯，該換能器軸上裝有兩個限位用的行程開關，所說的探頭控制電路包括電動機起停、正反轉控制電路，掃描間隙時間控制電路及位置信號和觸發脈衝形成電路。
3.如權利要求1或2所述的B超顯象儀，其特徵在於所說的掃描間隙控制電路由按鈕An及兩個反相器G3，G4組成的振蕩器以調節振蕩周期的調節電位器W組成。
4.如權利要求1或2所述的B超顯象儀，其特徵在於所說的數字掃描變換器包括一個園插補電路，該園插補電路由對數據進行運算的加法器以及對運算後的信號進行選擇輸出的選擇器組成。
專利摘要本實用新型屬於超聲檢測技術，由探頭、主機所組成，其特點是位置檢測量由光碟、減速裝置及行程開關構成，還包括實現單幀、多幀掃描的掃描間隙時間控制電路及數字掃描變換器的圓插補電路。其圖象信號可用液晶顯示或經天線發射由普通電視機顯示。本裝置具有結構簡單、體積小、解析度高、照射劑量低等優點。特別適用於婦女妊娠檢查，野外及農村邊遠地區的醫療與保健。
文檔編號A61B8/08GK2170735SQ9321420
公開日1994年7月6日 申請日期1993年5月29日 優先權日1993年5月29日
發明者沈以鴻, 高上凱, 何麗靜, 劉廷文 申請人:清華大學