CN213457358U

CN213457358U - 一种超声射频回波信号采集装置

Info

Publication number: CN213457358U
Application number: CN202022245198.3U
Authority: CN
Inventors: 周盛; 王晓春; 杨军; 计建军; 王延群
Original assignee: Institute of Biomedical Engineering of CAMS and PUMC
Current assignee: Institute of Biomedical Engineering of CAMS and PUMC
Priority date: 2020-10-10
Filing date: 2020-10-10
Publication date: 2021-06-15
Anticipated expiration: 2030-10-10

Abstract

本实用新型提供一种超声射频回波信号采集装置，包括固定座、外壳、安装板、超声波探测组件和滑动组件；超声波探测组件包括处理器，超声激励器，模数转换器和超声波换能器；其中，固定座的一端可拆卸地固定有安装板；处理器、超声激励器和模数转换器均固定在安装板上；外壳套设在安装板上，且外壳与固定座可拆卸地固定；处理器的第一输出端通过超声激励器连接超声波换能器的脉冲信号输入端，超声激励器的回波信号输出端通过模数转换器连接处理器的输入端。本实用新型的超声射频回波信号采集装置将超声波探测组件集成在安装板上，减少了装置的体积，能独立完成超声波扫描的过程，方便用户携带和使用。

Description

一种超声射频回波信号采集装置

技术领域

本实用新型涉及超声诊断技术领域，具体涉及一种超声射频回波信号采集装置。

背景技术

高频超声成像可以对活体生物器官与组织结构进行无创、高分辨率、实时有效的可视化成像。这项技术可广泛应用于人类浅表组织如眼科，皮肤科，血管内等疾病的诊断。

而目前商用的医用超声诊断设备体积较大，不方便携带。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种超声射频回波信号采集装置，其具有体积小，方便用户携带和使用的优点。

本实用新型的一个实施例提供一种超声射频回波信号采集装置，包括：

固定座、外壳、安装板、超声波探测组件和滑动组件；所述超声波探测组件包括处理器，超声激励器，模数转换器和超声波换能器；

所述固定座的一端可拆卸地固定有所述安装板，所述处理器、超声激励器和模数转换器均固定在所述安装板上；所述外壳套设在所述安装板上，且所述外壳与所述固定座可拆卸地固定，所述固定座的另一端通过所述滑动组件固定有所述超声波换能器；所述处理器具有第一输出端，所述处理器的第一输出端与所述超声激励器的输入端连接；所述超声波换能器具有用于接收脉冲信号的脉冲信号输入端，用于发送回波信号的回波信号输出端；所述超声激励器的输出端与所述超声波换能器的脉冲信号输入端连接；所述超声波换能器的回波信号输出端与所述模数转换器的输入端连接，所述模数转换器的输出端与所述处理器的输入端连接。

相对于现有技术，本实用新型的超声射频回波信号采集装置将所述超声波探测组件集成在所述安装板上，减少了装置的体积，能独立完成超声波扫描的过程，方便用户携带和使用。

进一步，还包括超声波探测组件，所述超声波探测组件固定在所述安装板上；所述超声波探测组件包括前置放大器；所述超声波换能器的回波信号输出端经由所述前置放大器与所述模数转换器的输入端连接，以放大超声波换能器获得的超声回波信号，有利于模数转换器对放大后的超声回波信号的转换。

进一步，所述超声波探测组件还包括滤波器；所述前置放大器还经由所述滤波器与所述模数转换器连接，以过滤低频的信号，减少噪声，提高模数转换器对前置放大和滤波后的超声回波信号的转换准确性。

进一步，所述超声波探测组件还包括时间增益补偿放大器；在所述滤波器和所述模数转换器之间还连接有所述时间增益补偿放大器；所述处理器具有第二输出端，所述处理器的第二输出端与所述时间增益补偿放大器的输入端连接。防止随着超声波传输距离的增加导致有效信息逐渐减小。

进一步，所述滑动组件包括马达驱动器、电机、传动齿轮、导轨和滑块；所述处理器具有第三输出端，所述处理器的第三输出端与所述马达驱动器的输入端连接，所述马达驱动器的输出端与设置在所述固定座上的所述电机连接，所述电机的输出轴与所述传动齿轮的一端连接，所述传动齿轮另一端贯穿所述固定座并外露于所述固定座，所述导轨固定在所述固定座上，所述滑块滑动设置在所述导轨上，且所述滑块与所述传动齿轮的外露部分抵接；所述超声波换能器可拆卸地固定在所述滑块上。通过所述滑块带动所述超声波换能器水平往复运动，实现超声成像扫描。

进一步，所述滑动组件还包括换能器支架，所述超声波换能器通过所述换能器支架与所述滑块可拆卸连接。有利于调整所述超声波换能器的位置。

进一步，所述电机为步进电机。更精准地控制所述超声波换能器的水平往复运动。

进一步，还包括电源，所述电源固定在所述安装板，所述电源分别与所述超声波激励器连接、处理器、模数转换器、前置放大器、滤波器、时间增益补偿放大器和马达驱动器电连接。为上述各器件供电，确保上述各电器在正常工作。

进一步，还包括USB传输模块；所述USB传输模块固定在所述安装板；所述处理器具有通信端，所述USB传输模块与所述处理器的通信端连接。可以准确地与所述处理器的进行数据交换。

进一步，所述安装板包括第一线路板、第二线路板和第三线路板；所述第一线路板、第二线路板和第三线路板相互平行且可拆卸地固定在所述固定座上；所述电源和马达驱动器设置在所述第一线路板上，所述处理器、模数转换器和USB传输模块设置在所述第二线路板上，所述超声波激励器和回波处理器设置在所述第三线路板上。通过平行设置所述第一线路板、第二线路板和第三线路板，有利于提高空间的利用，进一步缩小所述超声射频回波信号采集装置的体积。

为了能更清晰的理解本实用新型，以下将结合附图说明阐述本发明的具体实施方式。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的超声射频回波信号采集装置的结构图。

图2为本实用新型一个实施例的超声射频回波信号采集装置的安装板结构图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，其是本实用新型一个实施例的超声射频回波信号采集装置的结构图，该超声射频回波信号采集装置体积小，便于携带和使用，包括：

固定座1、外壳(图未示)、安装板2、超声波探测组件3和滑动组件4；所述超声波探测组件3包括处理器，超声激励器，模数转换器和超声波换能器；

所述固定座1的一端可拆卸地固定有所述安装板2，所述处理器、超声激励器和模数转换器均固定在所述安装板2上；所述外壳套设在所述安装板2上，且所述外壳与所述固定座1可拆卸地固定；所述固定座1的另一端通过所述滑动组件4固定有所述超声波换能器；所述处理器具有第一输出端，所述处理器的第一输出端与所述超声激励器的输入端连接；所述超声波换能器具有用于接收脉冲信号的脉冲信号输入端，用于发送回波信号的回波信号输出端；所述超声激励器的输出端与所述超声波换能器的脉冲信号输入端连接；所述超声波换能器的回波信号输出端与所述模数转换器的输入端连接，所述模数转换器的输出端与所述处理器的输入端连接。

在一些例子中，所述固定座1可以为柱体固定座1，所述柱体固定座1可以是圆柱体或多边柱体；所述固定座1可以采用不锈钢金属制造而成。

在一些例子中，所述外壳的内侧设有第一螺纹，所述固定座1的外侧设有与所述第一螺纹对应的第二螺纹，所述外壳和固定座1通过所述第一螺纹和第二螺纹实现可拆卸地固定。

在一些例子中，所述处理器可为FPGA(可编程逻辑器件)，优选地，所述处理器的型号为EP4CE22F17C6，其具有高达22320个的内置逻辑单元，可实现高速逻辑运算，且还内置嵌入式存储RAM594Kbits，可以实现数据的大量存储以及查表运算。

在一些例子中，所述超声激励器包括高速低侧栅极驱动单元和由N/P金属-氧化物半导体场效应晶体管构成的触发单元；所述处理器依次经由所述高速低侧栅极驱动单元、触发单元与所述超声波换能器连接。

在一些例子中，所述超声波换能器为压电式换能器，优选地，所述超声波换能器是中心频率为50MHz，焦点长度为9～10mm，相对带宽为70％的压电式换能器。其可以将接收的脉冲信号转换为超声波并向待测对象发射，同时可接收从所述待测对象返回的超声波并转换成回波信号。

在一些例子中，所述模数转换器为高速模数转换器，优选地，所述模数转换器为高速双通道模数转换器，其型号为LTC2285。

作为一种可行的实施方式，所述滑动组件4包括马达驱动器、电机402、传动齿轮403、导轨404和滑块405；所述处理器具有第三输出端，所述处理器的第三输出端与所述马达驱动器的输入端连接，所述马达驱动器的输出端与设置在所述固定座1上的所述电机402连接，所述电机402的输出轴与所述传动齿轮403的一端连接，所述传动齿轮403另一端贯穿所述固定座1并外露于所述固定座1，所述导轨404固定在所述固定座1上，所述滑块405滑动设置在所述导轨404上，且所述滑块405与所述传动齿轮403的外露部分抵接；所述超声波换能器6可拆卸地固定在所述滑块405上。

所述电机402为步进电机402，所述传动齿轮403的外露部分设有第一轮齿，所述滑块 405的外表面设有与所述第一轮齿对应的第二轮齿，所述传动齿轮403与所述滑块405通过所述第一轮齿和第二轮齿啮合传动，导致所述滑块405随所述传动齿轮403的转动方向而在所述导轨404上往复移动。

在一些例子中，所述导轨404水平固定在所述固定座1，进而使固定在所述滑块405在所述导轨404上呈水平方向移动。

下面具体阐述本申请的使用原理：

本申请的超声回波信号采集装置在进行超声检测时，所述处理器产生+3.3V的第一时序脉冲电平后传送给所述超声激励器；所述超声激励器接收所述第一时序脉冲电平并转化为 +18V的第二时序脉冲电平，并根据所述第二时序脉冲电平产生峰值为120V的单周期正弦脉冲信号传送给所述超声波换能器6；所述超声波换能器6将所述单周期正弦脉冲信号转换为超声波后发射到待测对象，所述待测对象可以是人类或动物的眼部、皮肤或血管；所述超声波换能器6还接收从待测对象回传的超声波，并将回传的超声波信号转换为回波信号发出给所述模数转换器，所述模数转换器接收所述回波信号并转换成数字回波信号，所述处理器的输入端接收所述数字回波信号，获得待测对象的扫描结果。同时，所述处理器通过其第三输出端发出滑动信号，所述马达驱动器根据所述滑动信号驱动所述电机402带动所述传动齿轮 403进行顺时针和逆时针两个方向的交替旋转运动，所述传动齿轮403与所述滑块405通过所述第一轮齿和第二轮齿啮合传动，导致所述滑块405和超声传感器随所述传动齿轮403的转动方向而在所述导轨404上往复移动，以实现对待测对象的来回大面积扫描。

相对于现有技术，本实用新型的超声射频回波信号采集装置将所述超声波探测组件33集成在所述安装板2上，减少了装置的体积，能独立完成超声波扫描的过程，且扫描时所述超声传感器可进行水平方向的往复移动，扫描范围更全面，方便用户携带和使用。

在一个实施例中，所述超声波探测组件33还包括前置放大器；所述超声波换能器6的回波信号输出端经由所述前置放大器与所述模数转换器的输入端连接，以放大超声波换能器获得的超声回波信号，有利于模数转换器对放大后的超声回波信号的转换。优选地，所述前置放大器为低噪声前置放大器。所述超声波换能器6发出的回波信号经过所述前置放大器进行低噪声前置放大后，再传输到所述数模转换器进行转换。

在一个实施例中，所述超声波探测组件33还包括滤波器；所述前置放大器还经由所述滤波器与所述模数转换器连接。所述超声波换能器6发出的回波信号先经过所述前置放大器进行低噪声前置放大，然后通过所述滤波器进行模拟带通滤波，再传输到所述数模转换器进行转换。从而实现过滤低频的信号，减少噪声，提高模数转换器对前置放大和滤波后的超声回波信号的转换准确性。

在一个实施例中，所述超声波探测组件33还包括时间增益补偿放大器；在所述滤波器和所述模数转换器之间还连接有所述时间增益补偿放大器；所述处理器具有第二输出端，所述处理器的第二输出端与所述时间增益补偿放大器的输入端连接。所述时间增益补偿放大器为宽频带、电压控制型可变增益放大器，其最大可变增益范围可达到45dB，其型号为AD8367。

所述处理器通过其第二输出端发出时间增益补偿信号，所述时间增益补偿放大器分别接收所述时间增益补偿信号，并根据所述时间增益补偿信号对所述滤波器发出的经过低噪声前置放大和模拟带通滤波的回波信号进行二次放大，再将二次放大后的回波信号传输给所述处理器，从而将随着超声波传输距离的增加而逐渐减小的有效信息进行二次放大，以保证有效信息可以准确传输给所述处理器。

在一个实施例中，所述滑动组件4还包括换能器支架406，所述超声波换能器6通过所述换能器支架406与所述滑块405可拆卸连接。在扫描的过程中，所述换能器支架406带动所述超声波换能器6随所述滑块405往复移动，避免所述超声波换能器6与所述滑块405直接接触，缓冲移动过程中产生的微弱振动对所述超声波换能器6的影响，且有利于调整所述超声波换能器6的位置。

在一个实施例中，所述超声射频回波信号采集装置还包括电源，所述电源固定在所述安装板2，所述电源分别与所述超声波激励器连接、处理器、模数转换器、前置放大器、滤波器、时间增益补偿放大器和马达驱动器电连接，并为上述各器件供电，以保证其正常工作。

在一个实施例中，所述超声射频回波信号采集装置还包括USB传输模块；所述USB传输模块固定在所述安装板2；所述处理器具有通信端，所述USB传输模块与所述处理器的通信端连接。优选地，所述USB传输模块的接口为USB3.0接口。在本实施例中，可通过所述USB传输模块与上位机进行有线连接，使所述处理器采集到的数字回波信号经由所述USB传输模块传输到上位机并以位图的方式显示出来；同时，用户还可以利用上位机的应用程序对所述处理器进行协调，从而调整所述处理器的第一输出端、第二输出端和第三输出端的输出信号的内容。

请参阅图2，在一个实施例中，所述安装板2包括第一线路板201、第二线路板202和第三线路板203；所述第一线路板201、第二线路板202和第三线路板203相互平行且可拆卸地固定在所述固定座1上；所述电源和马达驱动器设置在所述第一线路板201上，所述处理器、模数转换器和USB传输模块设置在所述第二线路板202上，所述超声波激励器、前置放大器、滤波器和时间增益补偿放大器设置在所述第三线路板203上。优选地，所述第一线路板201、第二线路板202和第三线路板203依次平行设置。在本实施例中，通过将安装板2分为所述第一线路板201、第二线路板202和第三线路板203并依次平行设置，可提高三维空间的利用率，进一步地缩小所述超声射频回波信号采集装置的体积，方便用户携带和使用。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种超声射频回波信号采集装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的超声射频回波信号采集装置，其特征在于：所述超声波探测组件还包括前置放大器；所述超声波换能器的回波信号输出端经由所述前置放大器与所述模数转换器的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的超声射频回波信号采集装置，其特征在于：所述超声波探测组件还包括滤波器；所述前置放大器还经由所述滤波器与所述模数转换器连接。

4.根据权利要求3所述的超声射频回波信号采集装置，其特征在于：所述超声波探测组件还包括时间增益补偿放大器；在所述滤波器和所述模数转换器之间还连接有所述时间增益补偿放大器；所述处理器具有第二输出端，所述处理器的第二输出端与所述时间增益补偿放大器的输入端连接。

5.根据权利要求4所述的超声射频回波信号采集装置，其特征在于：所述滑动组件包括马达驱动器、电机、传动齿轮、导轨和滑块；所述处理器具有第三输出端，所述处理器的第三输出端与所述马达驱动器的输入端连接，所述马达驱动器的输出端与设置在所述固定座上的所述电机连接，所述电机的输出轴与所述传动齿轮的一端连接，所述传动齿轮另一端贯穿所述固定座并外露于所述固定座，所述导轨固定在所述固定座上，所述滑块滑动设置在所述导轨上，且所述滑块与所述传动齿轮的外露部分抵接；所述超声波换能器可拆卸地固定在所述滑块上。

6.根据权利要求5所述的超声射频回波信号采集装置，其特征在于：所述滑动组件还包括换能器支架，所述超声波换能器通过所述换能器支架与所述滑块可拆卸连接。

7.根据权利要求5所述的超声射频回波信号采集装置，其特征在于：所述电机为步进电机。

8.根据权利要求7所述的超声射频回波信号采集装置，其特征在于：还包括电源，所述电源固定在所述安装板，所述电源分别与所述超声波激励器连接、处理器、模数转换器、前置放大器、滤波器、时间增益补偿放大器和马达驱动器电连接。

9.根据权利要求8所述的超声射频回波信号采集装置，其特征在于：还包括USB传输模块；所述USB传输模块固定在所述安装板；所述处理器具有通信端，所述USB传输模块与所述处理器的通信端连接。

10.根据权利要求9所述的超声射频回波信号采集装置，其特征在于：所述安装板包括第一线路板、第二线路板和第三线路板；所述第一线路板、第二线路板和第三线路板相互平行且可拆卸地固定在所述固定座上；所述电源和马达驱动器设置在所述第一线路板上，所述处理器、模数转换器和USB传输模块设置在所述第二线路板上，所述超声波激励器和回波处理器设置在所述第三线路板上。