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1、 一、概述 接收系统的主要作用 （1）换能器接收灵敏度范围的控制 接收阵元(位置)转接(线阵中)；接收方向控制 （相控阵中)；接收孔径变换；接收聚焦。 （2）回波信号预处理 前置放大，TGC放大，动态滤波，对数放大，检波， 边缘增强等。 第五章第五章 超声回波的接收和预处理超声回波的接收和预处理 第一节第一节 超声接收系统概况超声接收系统概况 接收系统的位置及特点 信号通道的前段接收系统模拟处理。 信号通道中后段数字扫描变换器数字处理。 信号通道：信号经过的从换能器至显示器的所有电路。 接收系统典型结构框图（EUB-240型线扫式B超） （双线箭头多路信号；单线箭头单路信号） 二、各部分的简要
2、工作原理 探头 作用：声电换能。发射接收两用。 结构：80阵元线阵， 二极管开关, 以减少连线和前置放大器。 前置放大器 作用：放大微弱的接收信号，以利传输，提高信噪比 。 要求：外部干扰小，内部噪声低，灵敏度高，频带宽 。 数量：前置放大器有16路。 接收多路转换开关 作用：选择16路前置放大器输出中的11路扫查。 并合成为6个信号F0-F5。 控制：RQA/RQE/码。 可变孔径电路 作用：实现可变孔径接收。 具体：近距离(近场)回波，用小孔径接收，波束窄。 远距离(远场)回波，用大孔径接收，以利聚焦。 方法：随时间逐次开通孔径边缘信号F2、F1、F0。 控制：AP0/AP2/信号。 相位
3、调整（接收聚焦电路） 作用：接收灵敏范围的聚焦。 方法：对F0F5各信号按二次曲线变化延迟，再相加。 控制：FCN0FCN2码，控制延迟变化的二次曲线曲率， 也即控制聚焦焦距。 增益控制和动态滤波 （1）TGC电路时间增益控制技术 作用：补偿回波因深度增加而造成的衰减：I=I0e-2x 方法：由TGC控制电压，控制压控放大器的增益，随 接 收深度而上升。 结果：使近区增益适当小，远区增益逐渐增大。 （2）DF动态滤波技术 作用：滤除近场过强的低频，和深部的高频杂波干扰 。 方法：由DF控制电压，控制压控带通滤波器的通带中 心频率，随接收深度而下降。 结果：近场滤除低频，提高分辨力； 远场滤除高
4、频，提高信噪比。 对数放大器 作用：压缩信号的动态范围，适配显像管的动态范围 ， 防止有用信息的丢失。 动态范围：信号100dB，显像管约30dB， 特点：信号越大，增益越小。 检波器 作用：检出调制信号。射频信号视频信号 回波调制：超声振荡受矩形脉冲幅度调制。 勾边电路（边缘增强电路） 作用：增强视频信号的边缘，突出图像的轮廓，使之 便于识别和测量。 控制：ENH信号，控制增强效果。 一、基本要求 原因：阵元获取信号10-30Vp-p， 合成电路本身噪音30Vp-p， 故需加前置放大器，以提高信噪比。 路数：线阵B超，前置放大常为多路，各机型有所差异 。 EUB-240型B超有16路，EUB
5、-40型B超有24路。 基本要求： （1）与探头馈线匹配良好。 馈线特性阻抗前放输入阻抗。 否则： 信号被反射入馈线，信号减弱。 多重反射，造成图象重影。 第二节第二节 前置信号放大前置信号放大 （2）动态范围大 前放动态范围信号动态范围100dB， 不丢失有价值的信息。 （3）功率增益(P)大 P= 10lgKP (dB) 其中，KP放大器功率放大倍数 P大，则极限灵敏度高，信噪比高。 日立EUB系列B超，前放 P24dB。 （4）噪声系数(F)小 F输入端信噪比/输出端信噪比1 理想：F1，即放大器无附加噪声。 实际：F1，晶体管、电阻等总有噪声。 F小，有限噪声灵敏度高，放大器动态范围大
6、。 二、前置放大器电路 1. 前置放大器之一 东芝SAL系列线扫B超的前置放大器 特点分析 由三级直接耦合放大器组成。A7（17dB） TR20为射随器，使之与延时线负载阻抗匹配。 R62引入深度负反馈，展宽频带，提高稳定性。 D33,D34组成双向限幅器，防止大信号阻塞放大器。 15V，5V供电，使输出信号动态范围达15V以上。 各级射极直流负反馈，稳定工作点，最小可辨信号小。 L20，C31，C32电源滤波，减小噪声。 C25高频补偿，C18耦合电容。 2. 前置放大器之二 日立公司B超常用的前置放大器。EUB-240型也用此。 特点： IC1是大动态、高稳定的集成运算放大器H724B01
7、。 D1，D17组成双向限幅器，防止大信号造成放大器阻塞 。 L1，R1，C1为高通滤波器。 C17，C33，C148，C149电源退耦电容。 VR1电位器可调节增益，设计增益24dB。 C33 一、回波合成法 1. 直接合成法 方法：各阵元信号孔径控制聚焦延迟相加合成 。 优点：可不对称延迟，进行微角扫查。 缺点：路数多，设备量大。 实例：Aloka SSD-256型B超仪用之。 第三节第三节 超声回波信号的合成超声回波信号的合成 2. 二步合成法 方法：各阵元信号对称合成孔径控制聚焦延迟 相加合成。 条件：具有对称延迟特性（无偏向）。 优点：孔径控制电路、聚焦电路减少一半。 实例：日立EU
8、B系列B超（如EUB-240）采用此法。 二、接收多路转换开关 （1）组成 IC17IC38：8选1转接开关 TR2TR6：倒相驱动管。 （2）信号 输入：CH1CH16：前放输出, 输出：F0F5：转接合成输出 ， 控制：RQA/RQE/码 （3）功能 从16路前置放大器输出中， 每次选通11路，并对称合成为 F0F5的6个信号。 控制码变化，选择通路变化 ，实现切换扫查。 （4）电路分析 转接开关的使能端与RQE,RQD的连接，简化为图5-7. RQE,RQD1,0或0,1，有输出的芯片编号，如图58 。 前置放大输出的转接合成关系(HPi=CHi) 例如： RQE/RQA/01111，经
9、TR2TR6倒相，为10000，则 F0CH1+CH11, F1CH2+CH10, F2CH3+CH9, F3CH4+CH8, F4CH5+CH7, F5CH6 RQE/RQA/01110，经TR2TR6倒相，为10001，则 F0CH2+CH12, F1CH3+CH11, F2CH4+CH10, F3CH5+CH9, F4CH6+CH8, F5CH7 三、可变孔径电路 可变孔径的提出及其实现方法 （1）接收灵敏范围与孔径的关系 根据：发射与接收的互易性；发射超声场的结论。 非聚焦： 近场：孔径越小，灵敏范围越小； 远场：孔径越大，灵敏范围扩散角越小。 聚焦： 焦点处直径： df2.44F/D
10、 D接收孔径 即：为使df小，当F增大时，D也应增大。 （2）方法 近场用小孔径，远场用大孔径可变孔径技术 。 （3）意义 近场、远场灵敏范围(波束)均较窄，横向分辨力好 。 可变孔径电路 （1）组成及作用 MXIC：模拟调制分离器 A=“0”,XX0, A=“1”,XX1, X端RC：低通滤波器； C：隔低频，通高频信号 ； L：隔高频，通低频信号 。 D：二极管开关； （2）信号 F0-5： 回波信号(高频) AP0-2：门控信号(低频) （3）单路工作原理 因D负极经L，低频接地 AP“1”：X-8V，D截 止 AP“0”：X+8V，D导 通 （4）组合工作过程 由于，各阵元接收的回波信
11、号对应为： F0F5周边中心 因此，切断F0，F1，F2等信号进入回波合成电路， 使周边阵元接收信号无效，即缩小了接收孔径。 （5）时间段计算举例 将探测深度分四段：近场，中场，远场，远场。 分界距离：S120mm，S250mm，S390mm。 由式： tKiSi /VD2Si/c 可算得各段时间： tK0117s，tK165s，tK226s 四、接收相位调整电路（接收聚焦电路） 作用 对各阵元接收的回波信号进行延迟调整（二次曲线 变化），使焦点处回波达到同相位叠加。 其实质是换能器空间灵敏范围的聚焦。 分段聚焦的类型 非实时分段动态聚焦： 多次发射，多次接收。发射与接收同焦距，每次固定 。
12、实时分段动态聚焦： 一次发射，一次接收。发射固定焦距，接收动态焦距 。 实时分段动态聚焦原理 （1）简述：以超声探查速度，同步分段地移动焦点。 （2）例接收实时4段动态聚焦： 若对应距离z1,z2,z3，回波所需时间为t1,t2,t3。则 ： 回波接收过程： 0t1时间： 接收0z1内回波，用48阵元，焦点N，波束如()。 t1t2时间： 接收z1z2内回波,用39阵元，焦点M，波束如()。 t2t3时间： 接收z2z3内回波,用210阵元，焦点F1，波束如() 。 t3以后时间： 接收z3以外回波，用111阵元，焦点F2，波束如()。 可见：有效接收范围如图中粗线所围区域，有四个焦点。 接收
13、聚焦电路 （EUB-240型B超所用） （1）电路组成 DL1DL5：模拟延时线。 IC39IC43：多路转接开关。 （2）信号 输入：接收回波信号F0F5。 输出：合成信号。 控制：聚焦码FCN0-2/。 （3）功能 对各阵元接收回波信号经 二次曲线变化延迟，相加合 成为一个信号。 聚焦码控制二次曲线曲率， 即焦距。与可变孔径电路， 协同完成接收动态聚焦。 （4）各控制状态下的延时关系 有两种频率(3.5MHz，5MHz)，各4个焦点，共8个焦点。 (书中数值有误) 一、时间增益补偿（TGC）电路 实现时间增益补偿的意义及方法 （1）补偿的意义 由于超声波随传播距离（时间）的衰减，使相同反
14、射系数的界面近距离反射强，远距离反射弱，若不给 予补偿，则图像将随深度（时间）而逐渐变暗。 时间增益补偿：控制放大器增益随探测深度（时间 ）的增加而加大，以补偿超声随传播距离的衰减。 （2）各种名称 时间增益补偿 (Time Gain CompensationTGC) 深度增益补偿 (Depth Gain CompensationDGC) 灵敏度时间控制(Sensitivity Time Control STC) 第四节第四节 预处理电路预处理电路 （3）补偿原理 声传播强度与时间(距离)的关系： II0e-2xI0e-2ct 时间负指数关系。 声-电转换、前置放大等时间线性关系。 经声-电转换、前置放大等处理，回波信号仍是： 时间负指数关系。 可用时间正指数放大补偿。 （4）实际情况及措施 上述分析忽略了多种因素，仅为大致的补偿关系。 .实际情况的复杂性 受超声工作频率的影响 f， f，频率高，衰减快。 多重界面反射的影响 实际常有多重界面，回波穿过界面越多，强度越弱。 临床诊断感兴趣深度的不同 临床对同一患者不同部位，或同一部位不同患者， 成像时关注深度往往有所不同。 .对策 TGC控制波形指数波形(可变速率)修正波形 操作者可调节：指数波形速率，修正波形形状 根据实际情况，通过面板按钮、电位器操作。 TGC
