CN2170735Y

CN2170735Y - 高分辨率、低剂量、便携式b超显象仪

Info

Publication number: CN2170735Y
Application number: CN 93214204
Authority: CN
Inventors: 沈以鸿; 高上凯; 何丽静; 刘廷文
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 1993-05-29
Filing date: 1993-05-29
Publication date: 1994-07-06
Anticipated expiration: 2003-05-29

Abstract

本实用新型属于超声检测技术，由探头、主机所组成，其特点是：位置检测量由光盘、减速装置及行程开关构成，还包括实现单帧、多帧扫描的扫描间隙时间控制电路及数字扫描变换器的圆插补电路。其图象信号可用液晶显示或经天线发射由普通电视机显示。本装置具有结构简单、体积小、分辨率高、照射剂量低等优点。特别适用于妇女妊娠检查，野外及农村边远地区的医疗与保健。

Description

本实用新型属于超声检测技术领域，特别涉及对B超显象仪结构的改进。

B超显像仪是用于对人体内脏器管疾病的诊断及妇科检查的医疗检测仪器，其工作的基本原理是：探头中的超声换能器晶片经电脉冲激动产生超声波，超声换能器在马达驱动下作往复摆动，按极坐标形式（扇形）向人体体内发射超声波。超声波在体内传播的过程中遇到人体组织中声阻抗发生变化的界面时，就能形成较强的反射信号。在简易型B超中，反射回波信号经过放大，滤波等处理后送往示波管显示，在中、高档B超中，回波信号经过模／数转换后进入数字扫描变换器，然后在TV监示器上显示。上述各类B超显像仪存在着下列不足之处：

（1）由于超声换能器在马达驱动下往复摆动发射超声波，为了确定换能器晶片位置以使图象显示与超声扫描过程同步，在探头中需要装位置检测装置。在简易型B超中，位置检测由旋转变压器完成，其定位精度差，价格高。在要求定位精仪较高的B超中，一般采用光栅条码盘定位，其技术实现复杂且价格昂贵。

（2）由于B超是一种实时成象系统，现有的各类B超仪在对病人进行检查时，换能器连续不断发射超声波，以形成每秒20帧左右的图象。由于超声波长时间连续照射，在对孕妇胎儿作检查时，可能对刚刚发育成熟的胚胎存在潜在的伤害。此外，为保证足够的帧频，使图象不至于闪烁，目前的扇形扫描B超仪在每帧扇面中一般只发射100线左右超声波来，由于线数较少，每两线之间存在较大间隙（这种现象在远场更明显）因而图象质量较差。

（3）为了使B超图象的显示规范化，目前的中、高档B超仪都采用标准的TV监示器作为图象输出设备。对于扇形扫描B超仪来说，换能器所采集到的信号是极坐标形式，而电视监示器上显示的图象则是直角坐标形式。当仪器对超声回波信号进行等间隔采样时，回波信号的采样点与电视扫描光栅的显示象素点并不重合，同时，回波信号采样点的数据在近场较密，在远场较稀。因此，在采用TV监示器显示的B超仪中，必须用一个被称为数字扫描变换器的部件。该部件同时完成坐标变换与数据插补，以便在TV监示器中直角坐标形式的显示象素点上显示相应的回波信号。为了实现实时的B超成象，要求数字扫描变换器有较高的运算速度，其实现技术复杂，成本高。采用简易的数字扫描变换器（例如，本专利申请人持有的专利技术91208351）曾用于低密度扫描方式，而且无插补电路，因此图象失真较大。

（4）在简易B超仪中，用示波管作为图象显示设备，它的动态范围一般比较小，显示面积也小，其亮度低，图象质量差；采用TV监示器的中、高挡B超仪，其整体仪器体积大，耗电量大。

本实用新型的目的在于克服上述各类型B超显像仪的不足之处设计出一种便携式B超仪，使其具有高分辨率，低照射剂量，结构简单、体积小，耗电低等特点。

本实用新型设计出一种新型便携式B超显像仪，由探头、主机所组成，所说探头由超声换能器、驱动该超声换能器的电机，对该换能器位置进行检测的位置检测器以及对所说电机的转动及所说检测器信号进行处理的控头控制电路所组成，所说的主机包括能产生高压电脉冲激励所说超声换能器晶片的发射电路，接收所说控头发送的超声回波信号的接收通道，将接收通道发出的模拟信号转换成数字信号的A／D变换器，交A／D输出的信号从极坐标形式转变成直角坐标形式的数字扫描变换器，其特征在于还包括所说数字扫描变换器的输出信号进行显示的液晶显示屏，所说的位置检测器包括安装在电机转轴上的光盘，该光盘边缘沿园周均匀分布多个园孔，该光盘园孔所在园周处的两侧对应安装着发光二极管及光电接收器，该光盘通过减速装置，与所说超声换能器相联，该换能器轴上装有两个限位用的行程开关，所说的探头控制电路包括电动机起停、正反转控制电路，扫描间隙时间控制电路及位置信号和触发脉冲形成电路。

本实用新型工作原理是：在探头中，电动机通过光盘与减速装置带动超声换能器往复摆动，电机起停、正反转控制电路实现对电机运转的控制，从而带动超声换能器往复摆动，扫描控制电路使换能器实现单帧、间歇扫描或连续扫描的控制及转换，位置信号的触发脉冲形成电路通过合理设计减速装置的减速比和光盘上园孔数，可使每次发出的脉冲数达到需要的每帧线数。探头将接收到的反射回波信号经电缆线输送到主机中，该信号经接收通道由A／D变换器转换成数字信号送入数字扫描变换器，使极坐标形式的信号变换成直角坐标形式，再由液晶显示屏显示。

本实用新型还可不需液晶显示，由数字扫描变换器输出的信号经过调制后再由天线发射，最后由普通电视机接收并在某一指定频道上显示。

本实用新型由于实现了对扫描方式的控制，不但可采用单帧扫描，大大减小对病人的照射剂量，而且还可实现高密度扫描，提高了图象的质量。采用液晶显示或由天线发射，大大减小了整机的体积与重量，由于采用特殊设计的数字扫描变换器，使主机电路元器件成本下降，性能价格比很高。本装置适合用于妇女妊娠与避孕环位置的检查，特别适用于野外作业人员或边远农村地区的医疗与保健。

附图简要说明

图1为本实用新型一种实施例总体结构框图

图2为本实施例探头结构示意图

图3（1）（2）分别为本实施例探头控制电路原理与控制电路波形图

图4（1）（2）分别为数字扫描变换器工作原理及其插补电路原理图

本实用新型设计出一种便携式B超显像仪实施例，其总体结构及各部分组成如图1～4所示。结合附图详细描述如下：

图1为本实施例总体结构示意图，由探头、主机及液晶显示屏构成。其工作原理为：主机的发射电路向探头超声换能器输出电脉冲，电脉冲激励换能器晶片产生超声脉冲，超声换能器在电机带动下往复运动不断向人体以扇形方式发射超声脉冲信号并接收回波信号送入主机接收通道，该信号经放大并由A／D转换器变换成数字信号送入数字扫描变换器，变换成直角坐标形式的信号，最后由液晶显示屏显示。

图2为探头结构示意图，探头1为一园筒，筒内一端安装一超声换能器2，换能器晶片朝向筒的端面，另一端安装一微型电机4，电机转轴上套有一个带有齿轮的光盘5，由三个齿轮，齿盘组合成的减速装置6分别与光盘的齿轮和换能器的齿盘相连，光盘边缘的园周上均匀开有多个园孔，光盘上下两侧与园孔相对的位置对应安装有发光二极管D3和光敏三极管T4，探头控制电路板7安装在筒内中部，安装在园筒外侧壁上的扫描控制按钮8与安装在换能器齿盘上的两个限位行程开关S1、S2分别与控制电路相连。

图3为探头控制电路，它由以下几部分电路

（1）电动机起动、停止控制电路：

由三极管T1、T2和由反相器G1、G2构成的起（动）停（止）触发器构成。当G1输出高电平，T1、T2导通，电动机转动；当G1输出低电平时，T1、T2截止，电动机停转。

（2）电机正反转控制电路

由三极管T6、T7、T8、T9组成的倒向桥路和由反相器G5、G6组成的倒向触发器及限位行程开关S1、S2和三极管T10、T11等组成。设起动前S1闭合，T11饱和，G6输出高电平，G5输出低电平。这时，T9和T6导通。设电动机正转至另一极限位置使S2接通，T10饱和，触发器翻转，G5输出高电平，G6输出低电平，T8、T7导通，电动机反转。

（3）扫描间隙时间控制电路

由按钮An和由反相器G3、G4组成的振荡器构成。当An断开时，振荡器停振，G3的输出电压始终为高电平。当按下An时，振荡器开始振荡，G3输出端的波形如图3（2）所示。

UG3的下降沿微分后，经二极管D2加至G1输入端，使G1输出高电平，电动机起动使换能器转至极限位置。S1和S2中必有一个接通。T3饱和，G1输出低电平，电动机自动停转至另一极限位调节电位器W可调节UG3的振荡周期，亦即两次扫描间的间隙时间。当将间隙时间调至最小时，换能器将作快速的往复运动，即为一般的机械扇扫的工作方式。如将间隙时间调得较长，还可进行点动控制。按一下按钮待开始扫描后即松开按钮，UG3始终保持高电平，就不产生第二次扫描，图象始终冻结在显示器上，直至再按一下按钮，再来一次扫描，更新图象。

（4）位置信号的触发脉冲形成电路

由发光二极管D3和光敏三极管T4和光盘组成。当光盘旋转时，每当园孔转过D3和T4的间隙时，T5集电极就输出一脉冲。合理设计减速系统的减速比和光盘上的园孔数，可使每次发出的脉冲数达到需要的每帧线数。

主机电路由发射电路、接收通道及数字扫描变换器组成。其中，发射与接收通道的电路与常规B超显象仪类同。数字扫描变换器整体结构可参见实用新型发明专利91208351。本实施例中增加了园插补功能。图4是数字扫描变换器系统框图。

园插补电路见图5。由三片加法器74S283及二片选择器74LS253组成。从图象存储器中读出相邻两条超声扫描线上具有相同半径的两个样本点P1、P2，每个点为4bit数据。计算（P1＋P2）／2，将其作为中间点P3的值；再分别计算（P1＋P3）／2与（P3＋P2）／2，分别将其作为中间点P4与P5的值。电路图中加法运算由74s283完成，将输出的5bit数据右移一位就实现了除2运算。插补运算的结果P1、P4、P3、P5送到由两片74LS253构成的4选1输入端，最后根据显示象素的位置选择最靠近它的插补值输出。数字扫描变换器输出的信号送入液晶显示屏显示，液晶显示屏及其驱动电路均可采用公知成熟的器件及电路。

本实施例主机电路均安装在主机箱内，主机箱面板安装一块液晶显示屏，探头输出端与主机输出端用电缆线相联，主机可以用交流或直流供电。

整机技术指标如下：

＊B型显象工作方式：单帧、间歇扫描、连续扫描

＊超声扇形扫描：256线／帧，512点／线

＊B超图象显示：512＊512点

＊最大探查深度：22cm

Claims

1、一种B超显象仪，由探头、主机所组成，所说探头由超声换能器、驱动该超声换能器的电机，对该换能器位置进行检测的位置检测器以及对所说电机的转动及所说检测器信号进行处理的探头控制电路所组成，所说的主机包括能产生高压电脉冲激励所说超声换能器晶片的发射电路，接收所说探头发送的超声回波信号的接收通道，将接收通道发出的模拟信号转换成数字信号的A/D变换器，将A/D输出的信号从极坐标形式转变成直角坐标形式的数字扫描变换器，其特征在于还包括所说数字扫描变换器的输出信号进行显示的液晶显示屏，所说的位置检测器包括安装在电机转轴上的光盘，该光盘边缘沿园周均匀分布多个园孔，该光盘园孔所在园周处的两侧对应安装着发光二极管及光电接收器，该光盘通过减速装置，与所说超声换能器相联，该换能器轴上装有两个限位用的行程开关，所说的探头控制电路包括电动机起停、正反转控制电路，扫描间隙时间控制电路及位置信号和触发脉冲形成电路。

2、一种B超显象仪，由探头、主机所组成，所说探头由超声换能器、驱动该超声换能器的电机，对该换能器位置进行检测的位置检测器以及对所说电机的转动及所说检测器信号进行处理的探头控制电路所组成，所说的主机包括能产生高压电脉冲激励所说超声换能器晶片的发射电路，接收所说探头发送的超声回波信号的接收通道，将接收通道发出的模拟信号转换成数字信号的A／D变换器，将A／D输出的信号从极坐标形式转变成直角坐标形式的数字扫描变换器，其特征在于还包括所说数字扫描变换器的输出信号由调制器调制，并将调制后的信号进行发射的天线，由天线发射出的信号由普通电视机接收并显示，所说的位置检测器包括安装在电机转轴上的光盘，该光盘边缘沿园周均匀分布多个园孔，该光盘园孔所在园周处的两侧对应安装着发光二极管及光电接收器，该光盘通过减速装置，与所说超声换能器相联，该换能器轴上装有两个限位用的行程开关，所说的探头控制电路包括电动机起停、正反转控制电路，扫描间隙时间控制电路及位置信号和触发脉冲形成电路。

3、如权利要求1或2所述的B超显象仪，其特征在于所说的扫描间隙控制电路由按钮An及两个反相器G3，G4组成的振荡器以调节振荡周期的调节电位器W组成。

4、如权利要求1或2所述的B超显象仪，其特征在于所说的数字扫描变换器包括一个园插补电路，该园插补电路由对数据进行运算的加法器以及对运算后的信号进行选择输出的选择器组成。