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1、阵元：组成线阵的电气切换的基本单元，几十至几百个。相邻阵元中心距mm阵元越多扫查线数越多图像越好。 振元：独立振动的小晶体。几个振元电气连成一个阵元，以减小旁瓣。 多阵元组合工作：发射和接收时，用相邻的一组阵元同时工作，工作孔径相对较大。,第四章 超声波束的聚焦、发射与控制 第一节 对线阵探头实施多阵元 组合工作的原因,多阵元组合工作的意义,1. 减小波束扩散角，提高远场分辨力。对于圆形换能器，其半扩散角 0sin-1(0.61/a)sin-1(1.22/D) D0对于矩形振元，有相似的结论。 2. 延长近场区长度。而近场声束不扩散，故分辨力好。对于圆形换能器，近场距离 r02/D2/4 D
2、r0对于矩形振元，有相似的结论。当然，D使近场变粗，这可用可变孔径技术来克服。,3提高发射功率和接收灵敏度。 4便于实现电子聚焦（动态聚焦），改善分辨力。 5可增加扫查线，改善像质。,对阵元不同顺序的分组，可形成不同的扫查方式。 一、组合顺序扫描若4个阵元组合工作，次序为：14，25，36，47，,第二节 超声波束的扫描,性能指标, 扫查线总数：Nn-m+1N 扫查线总数 n 阵元总数m每组工作的阵元数 扫线间距：ddd扫线间距d相邻阵元中心距,二、组合间隔扫描,1. d/2间隔扫描可得： N2(n-m+1）， dd/2 扫线总数是组合顺序扫描的2倍，像质提高。,三、微角扫描,如同电视机的隔行
3、扫描，将一帧图像分为奇、偶两场。 特点 扫线比普通扫描增加一倍。 图像有微小位置误差。超声探查，扫查声线不平行，图像显示，扫描光栅平行。图像存在一定的畸变。但因是“微角”，这种误差很小。, 波束控制方法,切换并采用相控技术 工作时：奇数场声线偏向，偶数场声线偏向。 同时：施加电子聚焦延时。 波束：线扫微偏聚焦,超声聚焦：使超声束在一定深度内会聚，改善分辨力和灵敏度。分类： 声学聚焦，电子聚焦。 一、声学聚焦（几何聚焦，机械聚焦） 1. 声透镜聚焦利用声传播的折射原理进行聚焦。C1透镜介质声速，C2被测介质声速，则： 当C1C2时，凹形声透镜有会聚作用； 当C1C2时，凸形声透镜有会聚作用。焦距
4、F与曲率半径R成正比，与C1/C2成反比。,第三节 声束的聚焦,厚度：声透镜中心部位厚度取/2可有最大透射率； 匹配：为防止反射，一般需采用匹配层。 材料：通常为环氧树脂、丙稀树脂与其它成分复合。,2. 声反射镜聚焦,用凹面的声反射镜，当镜面曲率和声源离镜面距离 适当时，即具有聚焦作用。利用了声传播的反射定律。3. 凹面振子聚焦振子做成凹面，焦距F等于其曲率半径R。效果好，但工艺复杂。,二、电子聚焦,（1）原理 用一组相邻阵元组合工作。 发射时各阵元的激励信号相位按二次曲线变化，使发射超声经空间叠加后，合成超声波束产生会聚。 接收时各阵元的接收信号相位按同样形式变化，使接收信号经电路叠加后，接
5、收灵敏区域产生会聚。改变相位二次曲线变化曲率，可改变会聚焦距。二次曲线常为圆弧线,（2）电子聚焦原理图解, 无偏向无聚 焦发射各阵元 发射信号无 相位差。 叠加声波最 强区域 同相位波面 密集区域， 不偏向，不会聚。, 无偏向有聚 焦发射,各阵元的激励信号相位按二次曲线变化，叠加超声最 强区域同相位波面密集区域，在焦距内逐渐会聚，在焦距外逐渐扩散。不偏向。, 无偏向有聚 焦接收,各阵元的接收信号经延迟线，相位按二次曲线变化，使焦点处回波达到同相位，叠加电路对之有最大输出。接收灵敏区域产生会聚。不偏向。,（3）发射聚焦和接收聚焦的异同及连接, 相同信号相位二次曲线变化延迟 不同 发射聚焦：超声空
6、间叠加，合成超声聚焦。 接收聚焦：信号电路叠加，灵敏范围聚焦。,（4）聚焦延迟线计算公式,i号阵元距焦点的声程(距离)Si：其中：i=1,2,阵元序号 阵元数Lii号阵元距线阵组中心距F焦距d相邻阵元中心距 i号阵元所接延迟线的延时量i：其中：c1540m/s 声速,（5）数值例,设：F35mm，d0.5mm，m8，则可求得： S1S835.043723mm 180ns S2S735.022314mm 2713.9ns S3S635.008034mm 3623.17ns S4S535.000893mm 4527.81ns,三、延迟线,（1）作用：将信号延迟(输出相对于输入有一定延时)。 （2）
7、分类： 模拟延迟线：模拟信号，L+C构成，廉,中低档。 数字延迟线：数字信号，A/D+RAM，贵，高档。 1.模拟延迟线以分布参数长线理论设计的集中参数延迟线。假定电阻小到可以忽略，等效电路如下。,有关参数关系：,C中电压产生电场，L中电流产生磁场。信号的传播过 程，实质上是电磁波在线路中的传播。有：其中：Vc传播速度，延迟线特性阻抗 当=RH与负载匹配时，有：tdL/Vc 其中：td延迟时间，L延迟线长度，RH负载阻抗 2.可变延迟电路 （1）作用：延迟量的数控分级可变。,（2）实际电路,图中延迟线有7个抽头，分别对输入信号有不同的延时， 每两个相邻抽头间的延时量为10ns。 用多路转换开关
8、选通输出。 A、B、C输入选通控制码。 选通控制码与延时量的关系如右表。,补充：多路转换开关简介, 型号：74HC4051、74HCT4051、CD4051、MC14051等功能同，电压、速度不同。 功能：8选1，双向模拟多路开关。 引脚功能：I/O0-7： 输入/输出O/I ： 公共输出/输入A, B, C：选通控制码E/： 使能控制Vdd, Vss：电源，接地Vee： 信号零点,四、动态电子聚焦,在扫查过程中动态地改变焦点，使整个探测深度内 波束都有良好的会聚。1.等声速动态电子聚焦 （1）定义以超声在人体中的平均探测速度，移动波束焦点。（实际上，只能在接收系统中实现）。 （2）探测速度V
9、D 因接收时，超声波在人体内往返一次，故：VDc/2770m/s0.77m/ms0.77mm/us即应以VD改变延迟线的延时分布曲率，即焦距。需要用专用计算机进行，速度快，且精度要求高。在高档机中使用。实际很少采用。,2.分段动态电子聚焦（非实时）,（1）基本原理 将探测的深度划分成n段。 (通常：n24)。 发射按近、中、远场顺序，n个焦 点，发射n次。 接收每次发射后接收。但只将本次 发射焦点附近相应的回波数据写 入存储器。经n次发射、接收后的数据组合，获得一行所有信息。,（2）等效的波束,整个探测深度内都有较高的分辨力。（3）优缺点 优点焦点不多，延迟线分级数少,延迟线转换速度低,电路易
10、实现。 缺点一行信息经多次发射、接收，时间长，使帧频低，图像闪烁。需对存贮器以“慢入快出”方式写读，以稳定显示。,虽然多振元组合发射实现了动态电子聚焦，但多振元组合发射、接收，又使换能器的有效孔径增大，尽管这一结果使近场区增长，远场也得到一定程度的改善，然而孔径增大意味着近场区的分辨力降低。改进的方法是：采用动态电子聚焦和可变孔径相结合的方式工作。可变孔径是在发射、接收过程中实现的，对于近场，为缩小孔径（提高分辨力），发射、接收用较少的振元；对于远场，为扩大孔径，发射、接收用较多振元工作。这样保证了近场和远场都有较高的分辨力。,五、发射聚焦电路,1.SSD256型B超仪发射聚焦电路SSD256
11、型B超仪的收发电路共有16路，此为其中一路。 组成：延迟线、多路开关、锁存器、驱动器等。 延迟线分级DL101：10ns，DL102：80ns。 控制聚焦码A0A5 功能多路开关选通延迟线抽头，得到不同延时。, 控制接通关系,例：某一控制码为010 011， 高三位010控制IC6，使延迟线DL102的3抽头输出， 低三位011控制IC3，使延迟线DL101的4抽头输出。 总的延迟时间为：802103190ns 改变控制码A0A5，就能改变总的延迟时间。,2.EUB240型B超仪 发射聚焦电路,（1）硬件组成延迟线：DL1DL5 多路选择器：IC3IC7驱动器：IC1,IC2,IC8 （2）信
12、号输入：DP脉冲输出：F0/F5/脉冲控制码：FCN0/FCN2/ （3）电路功能F0/F5/按二次曲线变化延迟。控制码不同，二次曲线曲率不同，焦距不同。,（4）控制码FCN0-2/与脉冲F0-5/延时的关系,当使用不同频率的探头时，动态聚焦的焦点位置不同， 因此所需的延迟时间变化率也不同。共有8种焦点。,（5）脉冲F0-5/与阵元的触发关系,可见：, 每路脉冲激励二个阵元，以F5/为中心。 焦点越远，被激励的阵元越多，即可变孔径。 每次发射，各阵元激励信号相位均按二次曲线变化，但曲线曲率不同，使焦距不同。可得如下聚焦效果：,作用：对聚焦电路输出的经不同延迟的发射触发脉冲（例如F0/F5/）的
13、转接、分配，以实现扫查。 一、SSD256发射多路转换开关(简介） 线阵：共80个阵元。对应80个发射脉冲产生器。 组合：每5个一组，共分成16组，有16个脉冲分配器，分配16路经不同延时的发射触发脉冲m1-m16。 工作：在多个控制码的控制下，每次激励16个阵元，发射聚焦且带微偏的声束，有序推进，形成微角线形扫查。(见P57,图4-18),第四节 发射多路转换开关脉冲 分配器,二、EUB240发射多路开关 结构与功能,（1）电路组成8选1开关：IC9IC32驱动管：TR112TR116 （2）信号输入：FO/F5/输出：P1P16控制：TQATQE （3）电路功能将FO/F5/对称地，选择接
14、通P1P16中的12个。控制码不同，选择不同。,P.58,（4）连接特点, FO/F5/，每个接4片IC的O/I(图中Y)。 各片IC的I/O0-7 (图中D1-8 )接P1-P1616个发射脉冲发生器。接法不同，有序。 TQATQC接各片IC的A-C。 TQETQD/,TQD接单号IC的E/(图中G)。TQD0，单号有效。TQE接双号IC的E/(图中G)。TQE0，双号有效。 （5）几点说明 因12个阵元对称触发，故仅需6个信号(F0/F5/)。 因对称触发，故不存在偏向。,（6）具体分析例, 当TQETQA10 000时：双号IC无效，单号IC有效。多路开关I/O0(D1)开通。F0P1，
15、P12；F1P2，P11；F5P6，P7。 当TQETQA10 001时：双号IC无效，单号IC有效。多路开关I/O1(D2)开通。F0P2，P13；F1P3，P12；F5P7，P8。,（7）控制码与F0F5的分配输出关系,注：HP1HP16P1P6接16个发射脉冲发生器, 作用：由触发脉冲产生对阵元的发射激励脉冲。 要求：波形最好是单个单极性脉冲。脉幅决定输出功率（与材料有关），约100V。EUB240：125V； SSD256：120V。脉宽决定轴向分辨力（与工作频率有关）。,第五节 发射脉冲产生电路,触发脉冲 (Fi /),一、EUB240型B超发射脉冲产生电路, 组成及作用 IC33：驱动门(与非门)倒相、电平提升。 TR1： 开关场效应管工作状态控制。 C17： 储能电容储备发射能量。 D1、D17：隔离二极管接收时与接收电路隔离。 L：峰化电感减小C0引起的振荡，使脉冲变窄。 T：阵元换能。 C0：阵元的静态分布电容, 工作过程, 触发脉冲未到前电容C17充电Fi“1”, Vg 0V, TR1截止，E R1,C17,R221 C17充电 触发脉冲到来时电容C17放电Fi“0”, Vg12V, TR1导通，C17对T放电，与T谐振产生振荡：T两端振荡电压，因逆向压电效应使T产生超声输出。,
