專利名稱：一種超聲診斷儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及超聲診斷儀，尤其涉及一種可靈活改變發(fā)'射功率及可多 級增益放大的超聲診斷儀，以適應各類人體組織，避免對胎兒的傷害并 使近場圖像更加清晰。
背景技術：
在醫(yī)學成像系統(tǒng)中超聲診斷儀已成為人們最為常用的 一 種診斷設 備。超聲波可以在人體組織內傳播，同時衰減不是4艮大，聲波在人體組
織中的傳播速度約為每秒1540米，所以醫(yī)學超聲波成像使用的超聲波 波長為0.15毫米至1.5毫米之間，超聲波掃描成像能提供實時影像，對 人體軟組織探測和心血管臟器的血流動力學觀察有其獨到之處，具有廣 闊的發(fā)展前景。特別是近年來，超聲成像技術有了很大的發(fā)展，超聲診 斷^f義從采用模擬技術發(fā)展到采用模擬/數字混合技術，20世紀90年代末 出玉見了全數字式聲束技術，人們根據聲束形成的特點，通過計算機來控 制每個與圖像質量密切相關的參量，如聲學透鏡、聲束孔徑、超聲基陣 旁煞t和發(fā)射波形的形狀等，使圖像質量有了極大的改善。
如圖1所示，現有的超聲診斷儀由計算機作為其主要控制器，通過 標;隹的PCI (即Peripheral Component Interconnection)總線接口與超聲 探測裝置相連接，實現數據的上傳與下載。如圖2所示，現有的超聲診 斷i殳備主要由五部分組成探頭接口電路，接收模塊，發(fā)射模塊，波束 合成器，數字信號處理模塊。具體的實現原理是這樣的發(fā)射模塊發(fā)送 出的脈沖加到探頭陣元的晶片上，晶片發(fā)出的超聲波脈沖在人體的軟組織中傳播，當超聲波碰到人體組織后發(fā)生反射，反射回來的回波通過接
收模塊進行放大和處理，處理后的信號通過PCI卡上傳到計算機，然后
通過顯示器顯示出圖象。如果超聲診斷設備支持通過界面.改變參數，則
計算機將相應的數據進行處理后通過PCI卡下載到超聲探測裝置。
探頭接口電路包括探頭識別電路和探頭切換電路，探頭識別電路 用于識別不同的探頭，同時將識別到的信號傳送給凄t字信號處理才莫塊， 以確保此時使用的探頭是正確的，當錯誤連接探頭或探頭型號錯誤時， 能及時切斷相關的電路，從而起到保護的作用。探頭切換電路是指一組 帶有控制電路的電子開關，當控制面板發(fā)出控制信號指令時，通迚計算
機傳到PCI卡再傳到數字信號處理模塊，數字信號處理模塊發(fā)出控制信
號，使激活的探頭的陣元同發(fā)射電路高壓脈沖信號的輸出.端相連接。實
際上探頭的每個陣元和發(fā)射模塊的放大器連接。假設探頭的陣元數為n 個，則對應的發(fā)射電路也為n個。當探頭的陣元發(fā)出超聲探測信號后， 在人體的組織上產生回波，返回的微弱信號加到接收模塊的限幅器上。 而事實上，發(fā)射模塊的輸出端同接收模塊的限幅器輸入端是相連接的； 發(fā)射模塊包含脈沖驅動電路和脈沖放大電路，通常由數字信號處理模塊 發(fā)出的脈沖信號只有幾伏，需經過驅動電路放大到十幾伏的脈沖^(言號才 能驅動脈沖功率放大電路，脈沖功率放大電路將脈沖信號放大到一百多 伏，然后加到探頭陣元的晶片上，發(fā)出超聲探測信號。.
接收模塊包括限幅器，模擬電子開關，前置預放和可變增益放大 器，A/D模數轉換電路，D/A數模轉換電路，低通濾波器。從探頭返回 的信號有的很強，甚至高達幾十伏，有的則在幾個微伏，這樣就強的很 強而弱的^艮弱，所以限幅器的任務就是要將過強的^f言號衰減，限定在一 定幅度內。發(fā)射模塊的輸出端與限幅器的輸入端是連在一起的，所以它 們是——對應的。經過限幅器出來的回波信號傳送到前置放大器，并進 行方文大后傳送到矩陣模擬開關。矩陣模擬開關將信號傳送到可變增益的放大器進行進一步的放大，并進行濾波處理后，傳送給模數轉換器進行 模數轉換，模數轉換后的數字信號加到波束合成器進行處理。波束合成 器完成對超聲波束的延時和聚焦，完成聚焦后的信號傳送到數字信號處
理模塊。經數字信號處理模塊處理后的信號再傳送到PCI卡。而另一部 分傳送到D/A數模轉換電路。數才k轉換后的信號經低通濾波器濾波后， 再去控制可變增益放大器的放大倍數。 現有的超聲診斷儀有如下缺點
1具有和探頭陣元數相應的多個發(fā)射電路，并且每個發(fā)射電路的功 率^^不可調，無法對胎兒起到保護作用； -
2接收模塊只設置有一級可調的增益控制放大器，可變增益范圍 ?。贿@對近場的回波信號處理是非常不利的，會造成近場的圖象亮度過 高，看不清近場的圖象。
發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種超聲診斷儀，克服現有技術的 超聲診斷儀發(fā)射電路的功率都不可調的缺陷；以及接收模塊只設置有一 級i曽益放大器，可變增益范圍小的缺陷。
本發(fā)明為解決上述技術問題所采用的技術方案為
一種超聲診斷儀，包括前端裝置和數字信號處理裝置，所述的前端 裝置包括前端邏輯控制模塊、發(fā)射模塊、探頭陣列處理模塊和接收模塊， 所述的發(fā)射模塊包括高壓調節(jié)子模塊和發(fā)射驅動子模塊，所述的接收模 塊包括放大子模塊和模/數轉換子模塊，其特征在于所述的放大子模 塊包括至少2級時間增益控制放大器。
所述的超聲診斷儀，其中所述的放大子模塊包括依次連接的前置 預》文電路、第一時間增益控制放大器、整序與對折電路以及第二時間增益控制放大器。
所述的超聲診斷儀，其中所述的前置預放電路用于對接收到的回 波電信號產生增益，并提供阻抗變換，產生線性阻抗輸出。
所述的超聲診斷儀，其中所述的第一時間增益控制;^文大器用于對 所述的前置預放電路的輸出信號進行時間增益放大。
所述的超聲診斷儀，其中所述的整序與對折電路用于完成信號合 成，將所述的第一時間增益控制放大器的通道數對折成一半，并將信號 傳送到所述的第二時間增益控制放大器。
所述的超聲診斷儀，其中所述的第二時間增益控制放大器用于對 所述的整序與對折電路的輸出信號進行時間增益放大。
所述的超聲診斷儀，其中所述的第一時間增益控制放大器設為分 立元件可變增益力文大器。
所述的超聲診斷儀，其中所述的第二時間增益控制'放大器設為集 成電路可變增益放大器。
所述的超聲診斷儀，其中所述高壓調節(jié)子模塊包括D/A轉換模塊、 三端精密電壓調節(jié)器、第一控制器、第二控制器、比較放大器、第一調 整器、第二調整器、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五 電阻；D/A轉換模塊與三端精密電壓調節(jié)器的控制極相連，三端精密電 壓調節(jié)器的陰極連接第 一電阻，三端精密電壓調節(jié)器的陽極連接第一控 制器并接地，比較^L大器連接三端精密電壓調節(jié)器的陰極，并與第一控 制器、第二控制器相連，第一控制器連接第一調整器，第二控制器連接 第二調整器，第一調整器連接第五電阻，第二電阻的一端連接第二調整 器，其另一端連接第三電阻和比較放大器，第四電阻的一端連接第二調 整器，其另一端連接第五電阻和比較放大器。所述的超聲診斷儀，其中所述發(fā)射驅動子模塊包括驅動放大模塊、 P型場效應管、N型場效應管、第一電容、第二電容、T/R開關；P型 場效應管的漏極連接第二調整器，P型場效應管的柵極連接第一電容的 一端，第一電容的另一端連接驅動放大模塊，N型場效應管的源極連接 第一調整器，N型場效應管的柵極連接第二電容的一端，第二電容的另 一端連接驅動放大模塊，P型場效應管的源極連接T/R開關，N型場效 應管的漏極連接T/R開關，T/R開關連接所述探頭陣列處理模塊。
本發(fā)明的有益效果為由于本發(fā)明設置了可調功率的發(fā)射模塊，因 此可適應各類人體組織，并避免了對胎兒的傷害；并在接收模塊中設置 多級的增益控制放大器，拓展了增益范圍，降低了近場圖'象亮度，使近 場圖象更加清晰。
圖1為現有技術超聲診斷儀組成示意圖2為現有技術超聲診斷儀模塊示意圖3為本發(fā)明超聲診斷儀模塊示意圖4為本發(fā)明超聲診斷儀細分模塊示意圖5為本發(fā)明超聲診斷儀兩級時間增益控制放大器示意圖6為本發(fā)明超聲診斷儀第1級時間增益控制放大器電路圖7為本發(fā)明超聲診斷儀第2級時間增益控制放大器組成示意圖8為本發(fā)明超聲診斷儀時間增益控制的電壓-時間關系圖9為本發(fā)明超聲診斷儀發(fā)射模塊電路圖之一；
圖IO為本發(fā)明超聲診斷儀發(fā)射模塊電路圖之二。
具體實施方式
下面根據附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明 如圖3所示，本發(fā)明超聲診斷儀包括前端裝置1和數字信號處理裝 置2，數字信號處理裝置2用于完成數字信號的相位合成、移位控制和 顯示疊加；前端裝置1包括前端邏輯控制模塊11、發(fā)射模塊12、探頭陣 列處理模塊13和接收模塊14，其中，前端邏輯控制沖莫塊11為前端裝置 l主控模塊，接收數字信號處理裝置2的掃描參數，完成對發(fā)射模塊12 和才罙頭陣列處理模塊13的控制；發(fā)射模塊12根據前端邏輯控制模塊11 的控制信號，向探頭陣列處理模塊13發(fā)送脈沖信號；探頭陣列處理模 塊13發(fā)送或接收多組超聲波信號，接收發(fā)射模塊12的脈沖信號，或向 接4文模塊14傳送多路回波電信號；接收模塊14接收多路回波電信號， 完成信號放大、合成、及模/數轉換，并將經轉換后的數字信號傳遞至數 字4言號處理裝置2。
如圖4所示，發(fā)射模塊12包括高壓調節(jié)子模塊121和發(fā)射驅動子 模塊122,其中，高壓調節(jié)子模塊121接收前端邏輯控制模塊11的控制 信號，對輸出電壓作相應調節(jié)，并將輸出電壓加至發(fā)射驅動子模塊122; 所述的發(fā)射驅動子模塊122產生脈沖信號，根據前端邏輯控制模塊11 的4空制信號和高壓調節(jié)子模塊121的輸出電壓，向探頭陣^']處理模塊13 發(fā)送相應脈寬、周期和幅度的脈沖信號。探頭陣列處理沖莫塊13包括電 子幵關陣列子模塊131、探頭陣列子模塊132和探頭識別子模塊i33, 其中，電子開關陣列子模塊131包括多路發(fā)送/接收通道，接收發(fā)射模塊 12傳送的脈沖信號，根據前端邏輯控制模塊11傳遞的探頭編碼信號， 將電脈沖信號通過相應的發(fā)送/接收通道傳遞至探頭陣列子模塊132中 對應的陣元；電子開關陣列子模塊131根據探頭編碼信號切換至對應的 發(fā)送/接收通道，將回波電信號傳送至接收模塊14;探頭陣列子模塊132 為具有換能器的多陣元探頭，其中各個陣元與電子開關陣列子模塊131 中的各路發(fā)送/接收通道相對應，各個陣元向外發(fā)送超聲波信號、或接收超聲回波信號；探頭識別子模塊133由探頭陣列子模塊132獲取探頭編 碼信號，并將其發(fā)送至前端邏輯控制模塊11。接收模塊14包括放大子 模塊141和模/數轉換子模塊142,放大子模塊141對探頭陣列處理模塊 13傳送的回波電信號進行放大，并將其發(fā)送至模/數轉換子模塊142轉 換為數字信號。
如圖5所示，放大子模塊141包含兩級時間增益控制JL大器，第一 時間增益控制放大器1412、第二時間增益控制放大器1414。根據需要 還可以設置多于2級的增益控制放大器。
放大子才莫塊141包括依次連接的前置預放電路1411、第一時間增益 控制放大器1412、整序與對折電路1413以及第二時間增益控制放大器 1414。前置預放電路1411用于對接收到的回波電信號產生增益，并提供 阻4元變換，產生線性阻抗輸出；第一時間增益控制》文大器1412用于對 前置預放電路1411的輸出信號進行時間增益放大；整序與對折電路1413 用亍完成信號合成，將第一時間增益控制放大器1412的.通道數對折成 一半，并將信號傳送到第二時間增益控制放大器1414;第二時間增益控 制;汰大器1414用于對整序與對折電路1413的輸出信號進行時間增益放 大。第一時間增益控制放大器1412設為分立元件可變增益》文大器，第 二葉間增益控制放大器1414設為集成電路可變增益》文大器。
如圖6所示，增益調節(jié)信號通過全橋20的處理后調節(jié)A點的電壓， 從而實現輸入信號經三級管21的放大處理，此放大的信號再經過放大 射隨電路22放大到所需要的增益，以此實現第一級時間增益放大器的 功能。
如圖7所示，第二級時間增益控制放大器包括依順序連接的的限幅 器才莫塊、低噪聲放大模塊、可變增益放大模塊、鉗位電路模塊。輸入信 號纟乏過如圖7所示的環(huán)節(jié)放大后，使放大范圍滿足了對人體近場和遠場 所需要的放大的倍數，實現了寬范圍的放大。如圖8所示，本發(fā)明由于采用不同于傳統(tǒng)的LNA放大系統(tǒng)的可調 的兩級時間增益控制放大器，有效地解決了近場白噪聲的問題，當我們 探測近場時，不需要對信號進行放大，探測遠場時需要大的增益對信號 放大，經過兩級可調時間增益控制放大器隨時間控制放大倍數，減少了 近場白噪聲并實現了可調增益的功能。
如圖9所示，本發(fā)明的發(fā)射模塊12包括高壓調節(jié)子模塊121和發(fā) 射驅動子模塊122,高壓調節(jié)子模塊121接收前端邏輯控制模塊(FPGA) ll的控制信號，對輸出電壓作相應調節(jié)，并將輸出電壓加至發(fā)射驅動子 模塊122。發(fā)射驅動子模塊122產生脈沖信號，根據前端邏輯控制模塊 4的控制信號和高壓調節(jié)子模塊121的輸出電壓，向探頭陣列子模塊132 發(fā)送相應脈寬、周期和幅度的脈沖信號。
如圖9所示，高壓調節(jié)子模塊121包括D/A轉換模塊70、三端精密 電壓調節(jié)器6、控制器71、控制器73、比較放大器7、調整器72、調整 器74、電阻53、電阻75、電阻76、電阻77、電阻78; D/A 4爭4奐4莫塊 70與三端精密電壓調節(jié)器6的控制4及相連，三端精密電壓調節(jié)器6的陰 極連接電阻53，三端精密電壓調節(jié)器6的陽極連接控制器71并接地， 比凈史放大器7連接三端精密電壓調節(jié)器6的陰極，并與控制器71、控制 器73相連，控制器71連接調整器72，控制器73連接調整器74,調整 器72連接電阻78，電阻75的一端連接調整器74，其另一端連接電阻 76禾口比較放大器7，電阻77的一端連接調整器74，其另一端連接電阻 78和比較放大器7。發(fā)射驅動子模塊122包括驅動放大模塊20、 P型場 效應管16、 N型場效應管19、電容17、電容18、 T/R開關79; P型場 效應管16的漏極連接調整器74, P型場效應管16的柵極連接電容17 的一端，電容17的另一端連接驅動放大模塊20, N型場效應管19的源 極逸接調整器72， N型場效應管19的柵極連接電容18的一端，電容18 的另 一端連接驅動放大模塊20, P型場效應管16的源極連接T/R開關
ii79， N型場效應管19的漏極連接T/R開關79， T/R開關79連接纟果頭 陣列處理模塊13。
如圖9所示，前端邏輯控制模塊11發(fā)出的一數位信號經D/A轉換 模塊70,完成對it位信號的解碼和模數轉換，轉換后的電壓來提供三端 精密電壓調節(jié)器6的控制極的電壓，使其在A點形成一穩(wěn)定電壓，此電 壓在不同的前端邏輯控制模塊11輸出數位信號下有不同的值，此電壓值 與電阻75、電阻76電阻對調整器74的分壓值通過比較放大器7的B模 塊比較放大輸出來驅動控制器73，控制器73控制調整器74，形成正端 電壓線性可調輸出。電阻77,電阻78對正負電壓線性可'調輸出的絕對 差值與GND的電壓通過比較放大器7的模塊C比較放大，其輸出電壓 驅動控制器71的導通來控制調整器72,形成負端電壓線性可調輸出， 此車命出值的絕對值與正電壓可調輸出的絕對值相互調整以達到一致。以 此實現電壓可調以完成高壓調節(jié)子模塊121輸出部分的調節(jié)。
前端邏輯控制模塊11輸出的一定占空比的脈沖信號比較微弱，其經 驅動放大模塊20后再經過電容17,電容18后形成正負脈沖波去驅動場 效應管(MOSFET ) 16和場效應管19 (MOSFET)， ^吏高壓調節(jié)子才莫塊 121輸出電壓經MOSFET 16和MOSFET19和T/R開關79來完成驅動 功率可調的探頭陣列的脈沖信號的輸入到達探頭陣列處理13，以此達到 探頭陣列處理模塊13可調功率輸入部分的調節(jié)。
圖IO是圖9電路的細化示意圖，其中控制器71、控制器73、調整 器72、調整器74、都可以由晶體管來具體實現。
本領域4支術人員不脫離本發(fā)明的實質和精神，可以有多種變形方案 實J見本發(fā)明，以上所述僅為本發(fā)明較佳可行的實施例而已，并非因此局 限本發(fā)明的4又利范圍，凡運用本發(fā)明說明書及附圖內容所作的等效結構 變化，均包含于本發(fā)明的權利范圍之內。
權利要求
1、一種超聲診斷儀，包括前端裝置和數字信號處理裝置，所述的前端裝置包括前端邏輯控制模塊、發(fā)射模塊、探頭陣列處理模塊和接收模塊，所述的發(fā)射模塊包括高壓調節(jié)子模塊和發(fā)射驅動子模塊，所述的接收模塊包括放大子模塊和模/數轉換子模塊，其特征在于所述的放大子模塊包括至少2級時間增益控制放大器。
2、 根據權利要求1所述的超聲診斷儀，其特征在于'所述的放大 子模塊包括依次連接的前置預放電路、第一時間增益控制放大器、整序 與^j"折電路以及第二時間增益控制放大器。
3、 根據權利要求2所述的超聲診斷儀，其特征在于所述的前置 預放電路用于對接收到的回波電信號產生增益，并提供阻抗變換，產生 線'性阻抗輸出。
4、 根^^權利要求3所述的超聲診斷儀，其特征在于所述的第一 時間增益控制放大器用于對所述的前置預放電路的輸出倌號進^f亍時間 增益放大。
5、 根^"權利要求4所述的超聲診斷儀，其特征在于所述的整序 與對折電路用于完成信號合成，將所述的第一時間增益控制放大器的通 道凄丈對折成一半，并將信號傳送到所述的第二時間增益控制^L大器。
6、 根據權利要求5所述的超聲診斷儀，其特征在于所述的第二 時間增益控制放大器用于對所述的整序與對折電路的輸出信號進行時 間增益放大。
7、 根據權利要求6所述的超聲診斷儀，其特征在于所述的第一時間增益控制放大器設為分立元件可變增益放大器。
8、 根據權利要求7所述的超聲診斷儀，其特4i在于所述的第二 時間增益控制放大器設為集成電路可變增益放大器。
9、 根據權利要求1至8任一所逸的超聲診斷4義，其特征在于所 述高壓調節(jié)子模塊包括D/A轉換模塊、三端精密電壓調節(jié)器、第一控制 器、第二控制器、比較放大器、第一調整器、第二調整器、第一電阻、 第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻；D/A轉換才莫塊與三端精密 電壓調節(jié)器的控制極相連，三端精密電壓調節(jié)器的陰極連接第一電阻， 三端精密電壓調節(jié)器的陽極連接第一控制器并接地，比較放大器連接三 端^"密電壓調節(jié)器的陰極，并與第一控制器、第二控制器相連，第一控 制器連接第一調整器，第二控制器連接第二調整器，第一調整器連"l妄第 五電阻，第二電阻的一端連^^妄第二調整器，其另一端連接第三電阻和比 較;故大器，第四電阻的一端連接第二調整器，其另一端連接第五電阻和 比津交;改大器。
10 、根據權利要求9所述的超聲診斷儀，其特征在'于所述發(fā)射 驅動子模塊包括驅動放大模塊、P型場效應管、N型場效應管、第一電 容、第二電容、T/R開關；P型場效應管的漏極連接第二調整器，P型 場步支應管的^)l極連接第一電容的一端，第一電容的另 一端連接驅動力文大 模塊，N型場效應管的源極連接第一調整器，N型場效應管的柵極連接 第二電容的一端，第二電容的另一端連接驅動放大模塊，P型場效應管的源才及連接T/R開關，N型場效應管的漏極連接T/R開關，T/R開關 連接所述探頭陣列處理模塊。
全文摘要
一種超聲診斷儀，包括前端裝置和數字信號處理裝置，所述的前端裝置包括前端邏輯控制模塊、發(fā)射模塊、探頭陣列處理模塊和接收模塊，所述的發(fā)射模塊包括高壓調節(jié)子模塊和發(fā)射驅動子模塊，所述的接收模塊包括放大子模塊和模/數轉換子模塊，其特征在于所述的放大子模塊包括至少2級時間增益控制放大器。由于本發(fā)明設置了可調功率的發(fā)射模塊，因此可適應各類人體組織，并避免了對胎兒的傷害；并在接收模塊中設置多級的增益控制放大器，拓展了增益范圍，降低了近場圖象亮度，使近場圖象更加清晰。
文檔編號A61B8/00GK101305923SQ20071007439
公開日2008年11月19日 申請日期2007年5月18日 優(yōu)先權日2007年5月18日
發(fā)明者林陽輝 申請人:深圳市藍韻實業(yè)有限公司