超聲成像系統(tǒng)的設(shè)計考慮

　　數(shù)字波束成形器

　　ADC的輸出信號通過LVDS傳輸給數(shù)字接收波束成形器。這種傳輸方式降低了PCB走線的復(fù)雜度和接口引腳數(shù)。波束成形器內(nèi)置上變頻低通濾波器或帶通數(shù)字濾波器。這些濾波器把有效采樣速率提高4倍，提高了系統(tǒng)波束成形的精度。上變頻信號存儲在內(nèi)存中，經(jīng)過適當(dāng)?shù)难訒r，通過延遲系數(shù)加法器進行疊加，得到合適的焦點。信號還進行適當(dāng)?shù)募訖?quán)，或“變跡”。疊加之前進行變跡，可以調(diào)節(jié)接收孔徑，降低旁瓣對接收波束的影響，提高了影像質(zhì)量。

　　波束成形的數(shù)字信號處理過程

　　接收到的波束成形數(shù)字超聲信號由DSP和基于PC的設(shè)備進行處理，得到視頻和音頻輸出信號。這一過程通常可以劃分為B超或2D影像處理，以及具有彩超流體成像信息的多普勒處理。多普勒處理又分為脈沖多普勒(PWD)處理和連續(xù)多普勒CWD處理。

　　B超處理

　　B超處理中，RF波束成形數(shù)字信號經(jīng)過濾波和檢波處理。檢測信號具有極寬的動態(tài)范圍，B超處理器必須將這些信號進行數(shù)字壓縮，使其達到顯示器規(guī)定的動態(tài)范圍。

　　彩超流體信號處理

　　在彩超流體信號處理中，RF波束成形信號與正交本振信號(LO，頻率為發(fā)射頻率)進行混頻，得到I、Q基帶信號。每個接收通道采集的超聲信號都有對應(yīng)的幅度和相位。彩超流體信號處理中，8到16路超聲信號集中在一個成像通道，測量多普勒頻移。流體產(chǎn)生的反射信號或沿著成像通道移動的人體組織具有一定的多普勒頻移，從而改變了I、Q基帶采樣信號的相位。彩超流體處理器決定了成像通道的8至16路超聲信號的平均相移和時間關(guān)系。處理器還用彩色表示平均流速。通過這種方法，實現(xiàn)了流速或人體組織移動的二維造影成像。

　　多普勒頻譜

　　多普勒譜處理中，波束成形數(shù)字信號經(jīng)過數(shù)字濾波，混頻至基帶信號，然后以脈沖頻率重復(fù)采樣。利用復(fù)雜的快速傅里葉變換(FFT)獲得多普勒頻譜，以重現(xiàn)接收信號的速度信息。FFT輸出的每個二進制信號幅度，經(jīng)過計算和壓縮，使其達到顯示圖像所要求的動態(tài)范圍。最終信號幅度作為時間函數(shù)，顯示在超聲設(shè)備的顯示屏上。在連續(xù)多普勒(CWD)成像系統(tǒng)中，信號處理的過程基本相同。除了產(chǎn)生這些顯示信號外，頻譜處理器還產(chǎn)生左、右聲道的立體聲音頻信號，表示正向和負向運動。DAC對這些信號進行數(shù)字轉(zhuǎn)換，驅(qū)動外部的喇叭和耳機。

　　顯示處理

　　顯示處理器進行必要的計算，繪制極坐標(biāo)圖。B超中的聲音、影像數(shù)據(jù)或彩超流體信息被處理成矩形位圖，從而消除圖像中的雜散信號。這一過程通常稱為R-θ變換，顯示處理器還提供空間圖像增強功能。