第10章超声成像仪器2

1、第一节 A型超声诊断仪一、显示原理及仪器结构1、A型显示方式 A型超声诊断即超声示波诊断，亦即幅度调制型超声，是利用超声波的反射特性来获得人体组织内的有关信息。 当超声波束在人体组织中传播遇到不同声阻抗的两层邻近介质界面时，在该界面上就产生反射回声，每遇到一个界面，产生一个回声，该回声在示波器的屏幕上以波的形式显示。界面两侧介质的声阻抗差愈大，其回声的波幅愈高；反之，界面两侧介质的声阻抗差愈小，其回声的波幅愈低若超声波在没有界面的均匀介质中传播，即声阻抗差为零时则呈现无回声的平段。 根据回声波幅的高低、多少、形状等对组织状态作为判断。A型超声仪器工作原理方框图 同步电路（主控振荡器）产生同步脉

2、冲来同时触发发射电路和扫描电路，使两者同时工作。发射电路在同步电路发出的触发脉冲作用下，产生高频振荡波，一方面将此波送入放大电路进行放大，加至示波器的垂直偏转板上显示发射波；另一方面激励探头产生一次超声振荡，并进入人体。人体组织反射回来的微弱的回波信号经探头接收并转换成电脉冲后，由接收电路放大、检波后，送至示波器的垂直偏转板上并显示出来。另外，在同步脉冲作用下，在示波器的水平偏转板上加时基锯齿波电压扫描电压，使荧光屏上显现出回波的波形与变化。 单相型 由主控电路、发射电路、高频信号放大器、补偿电路、检波器、视频信号放大器、时基电路、示波管和换能器组成。接收电路标距电路主控电路时基电路增辉电路延

3、时电路发射电路探头电源CRT垂直偏转CRT 控制CRT水平偏转A型超声诊断仪结构方框图2、A型超声诊断仪总体结构主控电路产生触发反射电路和时基扫描电路的同步脉冲信号。增加同步信号的重复频率，可提高荧光屏的亮度，但重复频率过高，探测深度就受到限制。目前所采用的多为4001000Hz的重复频率，最低50Hz，最高2000Hz。发射电路受同步信号触发时，产生一个持续时间为1.55s的高频电振荡。输出脉冲的幅度和持续时间可通过并联在输出端的电位器来调节。时基电路产生锯齿波电压，经后级放大至足够的幅度，送至示波管的X轴偏转板，产生扫描线。锯齿波的重复频率由主控电路决定。一般在4001000Hz范围。锯齿

4、波电压变化的快慢（斜坡速度）和探测深度相关。变化越慢，最大探测深度越深。仪器的深度调节或比率调节，就是调节锯齿波电压的斜率。接收电路包括高频放大器、检波器和视频放大器三部分，有的仪器加入补偿电路。接收电路中，设有增益和抑制两个调节旋钮。增益旋钮用来调节输出的放大倍数，抑制旋钮用来调节门限电平，以除去门限以下的无用小波，而不影响门限以上的信号。回声信号最后由视频放大器放大到足够的幅度，送到示波管的Y轴偏转板，产生Y向偏移。偏移的幅度基本和信号大小成正比。标距电路 产生距离标志，以测量回波的位置和距离。由于随时间线性变化的时基锯齿波电压代表超声传播的时间，所以荧光屏上横坐标代表声波传播的时间。由于

5、超声在人体组织中往返一厘米的深度需13s，所以将横轴上13s作为一个大格，故水平方向上每一个格代表1cm的深度。增辉电路 产生方波电压信号，保证扫描电压发生周期内阴极射线管灯丝发射电子束，而在回扫时则不发出电子束。延时电路 使发射脉冲比同步触发脉冲延迟一段时间，这样可以降低对增辉脉冲前沿的要求，改善增辉效果。同时，通过改变延迟时间，可改变发射脉冲在屏幕的起始位置，使之与距离标志对齐，便于测量。双相超声诊断仪（颅脑诊断仪）与单相主要区别：主控电路产生同步信号要经过固定延迟和可变延迟才能触发A和B发射电路工作；A和B的回声信号处理通道也受到各自独立的门电路的控制，依次开关就依次产生两次扫描、发射和

6、接收。目的是利用各种电路产生高压脉冲，去激励超声换能器产生基频谐振。即要求所设计高压电脉冲的中心频率fc等于压电晶片厚度谐振基频f0。SCRGCRRsTVs)1 (/ RCtonsReRCtVvrsfVCP22二、发射器1、信号处理流程衰减器：控制输入电压，比较同一脏器的进、出回声信号。保护电路：防止泄露高压激励信号使放大器前级损坏或过载射频放大电路：由线性放大的前置放大器、高频放大器和非线性放大的时间增益补偿电路组成。检波电路：将回声脉冲波群形成单向视频包络信号。视频放大电路：使包络脉冲信号具有足够的电压和功率。衰减器保护电路前置放大高频放大检波电路抑制电路视频放大显示器TGC回声信号三、脉

7、冲回声信号的基本处理过程发射驱动探头隔离放大射频宽带放大主放大/对数放大检波/滤波视频相加输出/记录TGC时间增益补偿标尺产生时基信号发生/或CPU（1）基本要求合适的中心频率，足够大的低噪声增益带宽。低相位失真和适当的响应幅度。能承受高压发射输出，过载恢复快和足够的增益。（2）调谐放大电路 以电容器和电感器组成的回路为负载，增益和负载阻抗随频率而变的放大电路。这种回路通常被调谐到待放大信号的中心频率上。由于调谐回路的并联谐振阻抗在谐振频率附近的数值很大，所以放大器可得到很大的电压增益；而在偏离谐振点较远的频率上，回路阻抗下降很快，使放大器增益迅速减小。2、射频信号放大处理多级单调谐放大器的带

8、宽多级双调谐放大器的带宽双参差调谐放大器的带宽LnnsQfB0112014212fQBLnnT02fQBLnd目的是压缩近区信号，放大深部信号，使所有的界面信号均能清楚显示。总增益粗调控制总的线性放大倍数；近增益调节控制与超声换能器相距16cm内的回声增益；延时调节控制补偿实际开始的位置；斜率调节控制补偿增益急骤上升的程度；曲率调节控制增益变化规律；远增益调节控制1015cm距离内的回声增强或抑制；增强调节控制增强指定部位回声信号；增强延迟控制调节增强开始部位。（3）T.G.C电路时间增益补偿的实质是增益随时间作扫描变化。不论是改变放大器的偏置，或者是采用电控衰减器，都需要有一个时变的控制电压

9、。产生一定形状时变电压的电路称为控制电压发生器，或称扫描增益函数发生器。（1）检波 检波器是由非线性元件和具有低通滤波器特性的负载组成。滤波电容数值的选择应使高频时近于短路，低频时近于开路。 二极管半波检波器的缺陷：输入等效电阻Ri与负载电阻RL的矛盾突出。解决的方法：采用三极管包络检波电路。（2）抑制目的：将诊断价值较小的回声信号和噪声信号一起不显示在显示器上。3、解调和抑制检波二极管利用其单向导电性将高频或中频无线电信号中的低频信号或音频信号取出来，其工作频率较高，处理信号幅度较弱。检波二极管工作原理调幅信号是一个高频信号承载一个低频信号，调幅信号的波包(envelope)即为基带低频信号

10、。如在每个信号周期取平均值，其恒为零。若将调幅信号通过检波二极管，由于检波二极管的单向导电特性，调幅信号的负向部分被截去，仅留下其正向部分，此时如在每个信号周期取平均值（低通滤波），所得为调幅信号的波包(envelope)即为基带低频信号，实现了解调（检波）功能。ioDRDRCR（1）基本要求提供足够的增益放大以推动显示器显示适当的带宽以保持脉冲特性压缩动态范围，避免大振幅信号使显示器过激励（2）对数放大器目的： 压缩有用信号的动态范围使其与显示器的动态范围相符合。iovKKv21log4、视频信号放大处理真对数放大器似对数放大器串联电压相加法并联电压相加法（顺序电流相加对数放大器）)1/ln

11、(1sIImV)log(IovvniiIovvv11、时间电路目的：完整显示超声图像及相应的标度。（1）脉冲重复频率（PRF）发生器（2）延时发生器要求： 延时发生器至少应有关10倍的时间变化，最大偏差小于1%。（3）时间扫描电路（时间基线发生器）注意：扫描时间选取决定于探测深度（4）标志电压发生器mpffRc22max四、基本辅助电路2、显示电路增辉电路： 产生矩形脉冲与扫描正程同步地加到控制级上，使管子开启，在扫描正程时产生辉度显示。3、电源电路稳压电路 整流电路将交流电变成单向直流电时，滤波器利用储能元件减少了电压脉动成分，但当电网电压波动和负载电阻变化时，输出电压会发生变化，故需要利用

12、稳压电路减少这种变化。第二节 M型超声诊断仪 M型超声诊断仪（也称超声心动图仪）能将人体内某些器官的运动情况显示出来，主要用于心脏血管疾病的诊断。探头固定地对着心脏的某部位，由于心脏规律性地收缩和舒张，心脏的各层组织和探头之间的距离也随之改变，在屏上将呈现出随心脏的搏动而上下摆动的一系列亮点，当扫描线从左到右匀速移动时，上下摆动的亮点便横向展开，呈现出心动周期中心脏各层组织结构的活动曲线，即M型超声心动图。 原理： 辉度调制型中加入慢扫描锯齿波，使光点自左向右缓慢扫描，形成心脏各层组织收缩及舒张的活动曲线。 接收的回波以亮度(灰阶)表示幅度大小，并按时间展开显示就成了M型。 一、基本结构探头主控电路深度扫描电路发射电路TGC电路接收电路点阵时标电路时间扫描电路阴极射线管栅极阴极射线管Y偏转阴极射线管X偏转（1）深度扫描信号加到Y偏转板（2）接收电路的输出信号加到亮度调制栅极（3）增加了一个时间扫描信号发生器M超改进和增加的功能（1）图象处理(回波信号处理) 由于脏器运动过程中不能保证总是与探头的角度保持不变，造成同一界面的回波信号时强时