專利名稱:超聲扇掃成象中的數(shù)字掃描變換器的制作方法
本實(shí)用新型屬電子醫(yī)療儀器制造方面的技術(shù)。
數(shù)字掃描變換器用于醫(yī)學(xué)診斷超聲波B型扇形掃描成象系統(tǒng)中。這種成象系統(tǒng)是目前醫(yī)院中廣泛用來進(jìn)行人體心血管、腹部器官和婦產(chǎn)科等臨床無損檢查的常用設(shè)備，特別是對多種心臟疾病有其獨(dú)特的、很高的診斷價(jià)值。其主要設(shè)計(jì)思想是參考美國專利“U.S.Patent4，310，907 Jan.12，1982.Tachita et al”。本實(shí)用新型對上述發(fā)明專利中提出的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了改進(jìn)，並使之具體化。
目前使用的B型扇掃超聲成象系統(tǒng)中，超聲波束一般按等角速度(或等角度增量)的偏轉(zhuǎn)方式，在約30～100°的范圍內(nèi)對人體進(jìn)行掃描。從目標(biāo)反射的回波信號(hào)按其強(qiáng)度以不同的灰度在顯示器相應(yīng)位置上進(jìn)行顯示。國內(nèi)目前生產(chǎn)的成象系統(tǒng)顯示裝置一般是使顯示掃描與聲束掃描按同樣的極座標(biāo)形式進(jìn)行，這樣得到的扇形圖象是由一根根(約一百余根)輻射狀掃描線構(gòu)成，圖象不連續(xù)，亮度不均勻，清晰度分辨率較低。多數(shù)圖象都有閃爍現(xiàn)象。國外近年來對此問題進(jìn)行了改進(jìn)，生產(chǎn)出了配有數(shù)字掃描變換器的扇掃系統(tǒng)。其數(shù)字掃描變換器除本說明書中將要介紹的外，還有如歐洲專利“EP Patent 2，061，30.05.79”、“EP Patent 45，224.03.02.82”美國專利“U.S.Patent 4，241，412.Dec.23，1980”、英國專利“GB2089537，Jun.23，1982”和“CB2114787，Aug.24，1983”等多種。數(shù)字掃描變換器將極座標(biāo)關(guān)系獲得的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地轉(zhuǎn)換為直角座標(biāo)關(guān)系，並進(jìn)行插補(bǔ)等處理，使得到的扇形回波圖象連續(xù)、均勻、清晰、無閃爍，並與標(biāo)準(zhǔn)電視掃描制式兼容。本實(shí)用新型數(shù)字掃描變換器根據(jù)國內(nèi)情況和特點(diǎn)，對上述技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，並已用國內(nèi)可得到的器件實(shí)現(xiàn)之。本實(shí)用新型數(shù)字掃描變換器與上述主要參考專利“U.S.Patent4，310，907，”(以下稱為原專利)相比主要的獨(dú)特之處有1、由于設(shè)計(jì)出了獨(dú)特的發(fā)射控制電路，使原專利提出的掃描變換方法可用于機(jī)械式探頭的扇掃超聲成象系統(tǒng)中，這比其它可用于機(jī)械式探頭的專利中介紹的方法簡單。這在國內(nèi)外是均未見報(bào)導(dǎo)的。原專利是針對電子掃描式探頭設(shè)計(jì)的，而這種探頭本身以及它的控制電路都比機(jī)械式的復(fù)雜，按國內(nèi)目前的情況，加工較困難，成本高。
2、采用了獨(dú)特的封鎖電路對超出最大深度以外的值置為零，減化了扇形形成。
3、幾乎不增加器件就可改變最大掃描深度，4、可將扇形圖形縮小到屏幕上部，將下部空出來留作M型超聲心動(dòng)圖或多普勒血流圖的顯示。
5、改變了圖象存貯器矩陣的存取方式，降低了對存貯器芯片存取速度的要求，可使用在國內(nèi)廉價(jià)易購的低速動(dòng)態(tài)隨機(jī)存貯器芯片。
6、在顯示扇形恢復(fù)部分的結(jié)構(gòu)上做了一些改動(dòng)，使所用器件減少，並且在國內(nèi)易購。同時(shí)提出了具體公式說明恢復(fù)扇形圖象時(shí)數(shù)據(jù)讀出的規(guī)律。
7、增加了預(yù)處理，后處理，圖象數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)的輸入輸出接口等功能。
本實(shí)用新型數(shù)字掃描變換器構(gòu)成的成象系統(tǒng)與國內(nèi)現(xiàn)已公開報(bào)導(dǎo)和生產(chǎn)的產(chǎn)品相比，具有圖象均勻清晰，層次豐富，有16個(gè)灰階，無閃爍，圖象可凍結(jié)，並可對信號(hào)進(jìn)行十幾種預(yù)處理和后處理。對市售標(biāo)準(zhǔn)電視監(jiān)視器不需做任何改動(dòng)就可用作圖象顯示，得到相當(dāng)于512×512象素密度的扇形回波圖象。與市售電視錄像機(jī)也可直接相配，記錄動(dòng)態(tài)超聲圖象。配有輸入輸出接口，以便與計(jì)算機(jī)連接〔52〕開始減計(jì)數(shù)，允許鎖存器〔47〕將加法器〔48〕輸出的數(shù)據(jù)在信號(hào)CP作用下置入，並關(guān)閉寄存器〔53〕的輸出，開放寄存器〔54〕的輸出，打開控制門〔55〕允許顯示緩沖器〔46〕的讀出數(shù)據(jù)送出。鎖存器〔47〕這時(shí)輸出為Aoi，加法器〔48〕這時(shí)的輸出為Aoi＋△Ai。下一個(gè)CP信號(hào)來時(shí)將加法器〔48〕的輸出置入47，這使48的輸出為(Aoi＋△Ai)＋△A＝Aoi＋2△Ai。這樣每來一個(gè)CP鎖存器〔47〕的輸出就增加一個(gè)△Ai，即其內(nèi)容以Aoi為初值，以△Ai為增量不斷累加。鎖存器47輸出的整數(shù)部份作為顯示緩沖器〔46〕的讀出地址。這樣就從顯示光柵扇形左邊緣起從顯示緩沖器內(nèi)已插補(bǔ)好的4N個(gè)數(shù)據(jù)中均勻等分地取出bi個(gè)數(shù)據(jù)送去顯示。當(dāng)?shù)赽i個(gè)數(shù)據(jù)送出后，計(jì)數(shù)器〔52〕正好減至零，這時(shí)關(guān)閉控制門〔55〕，停止數(shù)據(jù)輸出。水平光柵掃描從上至下一行行進(jìn)行，就在屏幕上恢復(fù)出了均勻連續(xù)的扇形回波圖象。這里對原專利提出的結(jié)構(gòu)設(shè)想做了較大改動(dòng)，主要是為了簡化結(jié)構(gòu)，節(jié)省器件，並可使用國內(nèi)易購的中速器件。
當(dāng)圖3A中多路器〔34〕控制端接到圖象縮小信號(hào)時(shí)，利用其輸入端預(yù)先接好的順序，使計(jì)數(shù)器〔35〕送給圖象存貯器〔32〕的讀出行地址左移1位，這相當(dāng)于對計(jì)數(shù)器〔35〕的輸出乘以2，這樣圖象存貯器〔32〕的讀出行地址速度提高了一倍。當(dāng)電視水平掃描行從上至下只掃到原扇形圖象高度的一半時(shí)，圖象存貯器〔32〕最后一行數(shù)據(jù)已送來顯示了。這就是說在電視屏幕上扇形圖像向上縮小到只有原來的一半高。由于在圖象存貯器〔32〕內(nèi)圖1中最大深度線C以下部分已存入零，不論扇形圖象是否縮小，這部份都不會(huì)顯示出來，因此扇形圖象在顯示時(shí)下部分為圓弧形。這種縮小功能為一個(gè)電視監(jiān)視器同時(shí)顯示扇掃圖象和M型超聲心動(dòng)圖等圖象提供了可能。處理，計(jì)算出水平相鄰兩采樣點(diǎn)a(i，j－1)與a(i，j)之間圖象信號(hào)的三個(gè)線性插值a′(i，j)＝ 3/4 a(i，j－1)＋ 1/4 a(i，j)，a″(i，j)＝ 1/2 a(i，j－1)＋ 1/2 a(i，j)，a″′(i，j)＝ 1/4 a(i，j－1)＋ 3/4 a(i，j)，將a(i，j－1)與a′(i，j)，a″(i，j)，a″′(i，j)一起順序存入一長度為4N的高速顯示緩沖器中。由于在恢復(fù)扇形圖象時(shí)，各水平光柵掃描線上扇形上部和下部各占的顯示象素點(diǎn)數(shù)不同，上少下多，則根據(jù)第i行水平掃描線與扇形左右兩側(cè)交點(diǎn)間的象素點(diǎn)數(shù)bi，從上述顯示緩沖器中均勻等間隔地讀出bi個(gè)數(shù)值，讀出為恒速，與象素顯示速度相等。讀出數(shù)值經(jīng)D／A變換送到陰極射線管進(jìn)行調(diào)輝，則在電視屏幕上恢復(fù)出連續(xù)均勻的扇形超聲回波圖象。
在圖3A發(fā)射電路〔61〕中，計(jì)數(shù)器〔10〕在時(shí)鐘信號(hào)CK作用下不斷計(jì)數(shù)，其輸出送入電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路〔4〕，作為機(jī)械式扇掃探頭〔1〕中電機(jī)〔3〕的偏轉(zhuǎn)位置信號(hào)。同時(shí)計(jì)數(shù)器〔10〕的輸出還作為可擦除可編程只讀存貯器EPROM9的地址輸入。從EPROM〔9〕中讀出的8位二進(jìn)制數(shù)按位代表在計(jì)數(shù)器〔10〕本次與下次電機(jī)偏轉(zhuǎn)位置之間探頭 發(fā)射的超聲脈沖個(gè)數(shù)和發(fā)射位置。EPROM〔9〕的內(nèi)容經(jīng)並／串轉(zhuǎn)換電路〔8〕，以8倍于CK的速度按位順序串行輸出，在探頭每偏轉(zhuǎn)相對于圖1中參考線R等tgθ角度增量時(shí)，通過發(fā)射／接收電路〔5〕觸發(fā)壓電晶片〔2〕，發(fā)射一個(gè)超聲脈沖。由于EPROM9可擦寫，所以可以根據(jù)不同探頭的具體機(jī)械特性，對其存貯內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，達(dá)到按上述最佳位置發(fā)射，達(dá)到發(fā)射與探頭偏轉(zhuǎn)的最佳配合。這使本實(shí)用新型數(shù)字掃描變換器有較大的適應(yīng)性，這是國內(nèi)外均無報(bào)導(dǎo)的。由晶片〔2〕接收到從被檢查物體反射的回波信號(hào)，通過發(fā)射／接收電路〔5〕經(jīng)放大器〔6〕和檢波器〔7〕到達(dá)A／D變換器〔30〕。
由並／串轉(zhuǎn)換電路〔8〕輸出的時(shí)鐘信號(hào)，同時(shí)作為計(jì)數(shù)器〔12〕的計(jì)數(shù)脈沖、計(jì)數(shù)器〔17〕的復(fù)位脈沖和鎖存器〔15〕的清除脈沖，EPROM〔13〕中存有對應(yīng)圖1中每條發(fā)射束U上回波信號(hào)的采樣時(shí)間增量值△Tj，j＝1～N。對于第j條發(fā)射聲束，△Tj是固定值，而各條之間互不相同，其變化規(guī)律為圖1中偏轉(zhuǎn)角θ的余弦Cosθ成反比?！鱐j值送入加法器〔14〕的輸入端口，其另一輸入端口與鎖存器〔15〕的輸出相接。當(dāng)每個(gè)發(fā)射時(shí)鐘信號(hào)發(fā)出后，鎖存器〔15〕和計(jì)算器〔17〕的輸出均為零，二者經(jīng)比較器比較相等，比較器輸出一信號(hào)，此信號(hào)作為鎖存器〔15〕的更新時(shí)鐘將加法器〔14〕的輸出值△Tj打入該鎖存器，計(jì)數(shù)器〔17〕這時(shí)也以信號(hào)CP為時(shí)鐘進(jìn)行加法計(jì)數(shù)。鎖存器〔15〕這時(shí)的輸出為△Tj，加法器〔14〕的輸出為△Tj＋△Tj＝2△Tj。當(dāng)計(jì)數(shù)器〔17〕的輸出與鎖存器〔15〕輸出(△Tj〕再次相等時(shí)，比較器〔16〕又輸出信號(hào)將2△Tj打入鎖存器〔15〕。加法器〔15〕這時(shí)的輸出變?yōu)?△Tj＋△Tj＝3△Tj。這樣鎖存器的內(nèi)容不斷與計(jì)數(shù)器〔17〕的輸出進(jìn)行比較，每當(dāng)相等比較器〔16〕就輸出一信號(hào)，使鎖存器〔15〕的內(nèi)容遞增△Tj。這樣比較器的輸出就是按△Tj為間隔的一串脈沖，它作為A／D變換器〔30〕的采樣時(shí)鐘，對檢波后的模擬回波信號(hào)進(jìn)行采樣，將其變?yōu)?位數(shù)字信號(hào)。這樣采樣的結(jié)果使圖1中各條發(fā)射聲束U上左右相鄰的采樣點(diǎn)在空間上成一條與參考線R垂直的直線L。各L線之間距離△Y相等，等于在電視屏幕上顯示扇形圖象時(shí)兩水平光柵掃描之間所代表的距離，且每條L線上采樣點(diǎn)距相等。改變EPROM13的深度選擇信號(hào)，可使其輸出對應(yīng)不同最大掃描深度的一組△Tj。這里共有三組△Tj可選，分別對應(yīng)最大掃描深度為12，16和18cm。
A／D變換器〔30〕輸出的6位數(shù)字信號(hào)送入預(yù)處理器〔29〕中。預(yù)處理器〔29〕由只讀存貯器構(gòu)成，處理采用查表方式，可對輸入信號(hào)進(jìn)行黑白顛倒、對數(shù)壓縮、指數(shù)變換、局部加強(qiáng)或壓縮等多種處理。本實(shí)用新型有16種，也可擴(kuò)展到32種或64種，這是原專利沒有的，對多種臟器的觀察和疾病診斷都有很大價(jià)值。由預(yù)處理〔29〕輸出經(jīng)過處理后的4位數(shù)字信號(hào)，送入串／並鎖存器〔28〕。在此鎖存器內(nèi)將先后到來的兩個(gè)4位信號(hào)並為一個(gè)8位信號(hào)，低4位為前一點(diǎn)，高4位為后一點(diǎn)，送到暫存器〔26〕、〔27〕的入口處。
二選一多路選擇器〔20〕的兩路輸入端一路接比較器〔16〕的輸出，另一路接比較器〔16〕經(jīng)過2分頻器〔21〕的時(shí)鐘信號(hào)。計(jì)數(shù)器〔21〕的輸出送到雙路交換器〔25〕的一個(gè)輸入端口，其另一個(gè)輸入端口接計(jì)數(shù)器〔33〕的輸出。雙路交換器〔25〕還有兩個(gè)輸出端口，其功能是可將其輸入端的兩組數(shù)據(jù)相互對調(diào)輸出，相當(dāng)于一組雙刀雙擲開關(guān)。計(jì)數(shù)器〔33〕的時(shí)鐘為信號(hào)L經(jīng)過2分頻器〔37〕的信號(hào)。來自時(shí)鐘源〔1〕的信號(hào)L的周期約為電視光柵一行掃描時(shí)間的N分之一。信號(hào)L作為觸發(fā)器〔38〕的時(shí)鐘，控制圖象存貯器矩陣〔32〕交替讀寫。計(jì)數(shù)器〔33〕和計(jì)數(shù)器〔12〕的輸出分別作為圖象存貯器〔32〕行列的寫入地址。T觸發(fā)器〔18〕每當(dāng)來一個(gè)發(fā)射脈沖時(shí)鐘就翻轉(zhuǎn)一次，控制雙路交換器〔25〕將兩路輸出對調(diào)，此兩路輸出分別送至?xí)捍嫫鳌?6〕和〔27〕，作為它們的讀或?qū)懙刂?。來自?jì)數(shù)器〔33〕的為讀地址，來自計(jì)數(shù)器〔21〕的為寫地址。暫存器〔26〕和〔27〕的容量各為M／2字節(jié)，每字節(jié)8位。當(dāng)一個(gè)暫存器從串／並鎖存器28的輸出順序?qū)懭氲趈條發(fā)射聲束線上的采樣點(diǎn)時(shí)，另一暫存器則將已存滿的第j－1條發(fā)射聲束線上的采樣值順序讀出，經(jīng)控制門〔13〕送入圖象存貯器〔32〕作為其寫入數(shù)據(jù)，低4位寫入圖2中的奇數(shù)行，高4位寫入圖2中的偶數(shù)行，按順序?qū)懭搿捍嫫鳌?6〕、〔27〕的讀寫每來一個(gè)發(fā)射時(shí)鐘信號(hào)交換一次。
如果多路器〔20〕的控制端(稱為深度減半信號(hào)端)，使其輸出選為比較器〔16〕的輸出信號(hào)，則計(jì)數(shù)器〔21〕的計(jì)數(shù)速度提高一倍，並控制串／並鎖存器〔28〕直接將一個(gè)4位輸入同時(shí)作為低4位和高4位並為一8位信號(hào)輸出。寫入暫存器〔26〕或〔27〕的速度這時(shí)也提高一倍。這樣存滿暫存器〔26〕或〔27〕只需原來前一半的采樣點(diǎn)，而采樣頻率沒變。這相當(dāng)于最大掃描深度減少一半而扇形大小並未變，即相當(dāng)于圖象放大。這樣可將原深度(12，15，18Cm三檔)變?yōu)?，7.5，9Cm三檔。這只用很少器件就實(shí)現(xiàn)了深度變換，並且不必對A／D變換器〔30〕速度上提出更高要求。這樣做並沒有損失實(shí)際超聲圖象的分辨率，因?yàn)橐话愠Ｓ贸曁筋^的軸向分辨率為1mm左右，而對應(yīng)6，7.5，9Cm三檔的采樣分辨力為0.23，0.29，0.35mm，完全滿足要求。這也是原專利沒有的功能。
EPROM〔23〕中存有圖1中各條發(fā)射聲束U在最大深度弧線C以上的采樣點(diǎn)數(shù)，其輸出與計(jì)數(shù)器〔33〕的輸出進(jìn)行比較，當(dāng)后者大于前者時(shí)，比較器〔24〕的輸出將封鎖控制門〔31〕，使其輸出為零。這樣在圖2中相應(yīng)于圖1中最大深度弧線C以下部分采樣點(diǎn)的存貯單元內(nèi)均存入零，如圖2中陰影部分所示。這是原專利沒有的。這有利于簡化扇形圖象縮小電路，在實(shí)現(xiàn)時(shí)EPROM〔23〕並非為一單獨(dú)的存貯器，而是與EPROM〔13〕合在一起，以節(jié)省器件。
圖象存貯器〔32〕為512行×128列×4位的數(shù)字存貯器矩陣，如圖2所示，由16片16K×1的動(dòng)態(tài)MOS存貯器芯片構(gòu)成。數(shù)據(jù)按列的順序兩兩寫入(一次寫入8位)，按行的順序兩兩讀出。讀寫交替進(jìn)行。由于采用了本實(shí)用新型這種掃描變換方法和上述讀寫方式，降低了對圖象存貯器容量和讀寫速度的要求，使容量只有通常的四分之一左右；讀寫電路也大為簡化，在芯片電路的安排上采取了一些措施，省去了刷新電路。為了使超聲成象系統(tǒng)能與外部計(jì)算機(jī)連接，進(jìn)行數(shù)字圖象處理和識(shí)別，本實(shí)用新型還為圖象存貯器〔32〕配上了圖象輸入輸出接口〔60〕。這是原專利沒有的。
圖象存貯器〔32〕的讀出行，列的地址分別由計(jì)數(shù)器〔35〕和〔36〕提供。多路器〔34〕的作用后邊將提到。由時(shí)鐘源〔11〕來的電視場掃描同步信號(hào)VS作為計(jì)數(shù)器〔35〕的復(fù)位信號(hào)，行掃描同步信號(hào)HS分別作為計(jì)數(shù)器〔35〕，〔36〕的時(shí)鐘和復(fù)位信號(hào)。計(jì)數(shù)器〔36〕的時(shí)鐘來自2分頻器〔37〕的輸出。從圖象存貯器〔32〕中一次讀出的8位數(shù)據(jù)為圖1中水平線L上相鄰的兩個(gè)采樣值a(i，j)，a(i，j＋1)，分別送入插補(bǔ)器〔63〕中的鎖存器〔40〕和〔41〕。鎖存器〔39〕中存有上一次讀出與a(i，j)左側(cè)相鄰的采樣值a(i，j－1)。a(i，j－1)和a(i，j)在運(yùn)算單元〔42〕，〔43〕，〔44〕中運(yùn)行得到四個(gè)輸出，其中除a(i，j－1)本身外，另三個(gè)為a′(i，j)＝ 3/4 a(i，j－1)＋ 1/4 a(i，j)，a″(i，j)＝ 1/2 a(i，j－1)＋ 1/2 a(i，j)，a′″(i，j)＝ 1/4 a(i，j－1)＋ 3/4 a(i，j)。以計(jì)數(shù)器〔36〕的輸出為高位地址將這四個(gè)值順序存入顯示緩沖器〔46〕中。在信號(hào)L的作用下將a(i，j)移入鎖存器〔39〕中，將a(i，j＋1)移入鎖存器〔40〕中，重復(fù)上述運(yùn)算，得到a(i，j)，a′(i，j＋1)，a″(i，j＋1)，a″′(i，j＋1)，接在a″′(i，j)之后順序存入顯示緩沖器〔46〕。在下一次從圖象存貯器〔32〕中讀出新的數(shù)值並寫入鎖存器〔40〕〔41〕的同時(shí)，將原鎖存器〔40〕中的a(i，j＋1)移入鎖存器〔39〕，作為再一次重復(fù)上述插補(bǔ)過程中新的a(i，j－1)。
顯示緩沖器〔46〕由兩組高速隨機(jī)存貯器構(gòu)成。每組容量為4N×4位。兩組存貯器中一組進(jìn)行寫入時(shí)，另一組進(jìn)行讀出。每來一個(gè)HS信號(hào)T觸發(fā)器〔45〕翻轉(zhuǎn)一次，將原來寫入的組改為讀出，已讀出的進(jìn)行新的寫入。顯示緩沖器〔46〕的讀地址由圖3B中的鎖存器〔47〕提供。
在圖3B中，EPROM〔49〕內(nèi)存有供在標(biāo)準(zhǔn)電視監(jiān)視器上恢復(fù)扇形圖象的有關(guān)數(shù)據(jù)。在電視水平光柵掃描每行開始前，由置數(shù)控制器〔50〕根據(jù)計(jì)數(shù)器〔35〕提供的地址，從EPROM〔49〕中將該行需要的有關(guān)數(shù)據(jù)分別置入可預(yù)置減法計(jì)數(shù)器〔51〕、〔52〕和三態(tài)輸出寄存器〔53〕、〔54〕中。計(jì)數(shù)器〔51〕中置入從該水平光柵掃描行左邊起到顯示扇形左側(cè)邊緣與該行相交處的顯示象素點(diǎn)數(shù)Ci。計(jì)數(shù)器〔52〕中置入顯示扇形左右邊緣與該水平掃描行兩交點(diǎn)之間的顯示象素bi。寄存器〔53〕中置入值為Aoi＝ (2n)/(bi) 。寄存器〔54〕中置入值為△Ai＝ (4N)/(bi) 。該水平掃描行開始掃描后，計(jì)數(shù)器〔51〕以來自圖3A中時(shí)鐘源〔11〕的12.5MHZ(每個(gè)顯示象素的輸出頻率)象素時(shí)鐘信號(hào)CP為時(shí)鐘進(jìn)行減計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器〔51〕未減到零禁止計(jì)數(shù)器〔52〕計(jì)數(shù)，並開放寄存器〔53〕的三態(tài)輸出端，而關(guān)閉寄存器〔54〕的輸出，同時(shí)置鎖存器〔47〕為零，並關(guān)閉控制門〔55〕不便顯示緩沖器〔46〕的輸出數(shù)據(jù)送出。加法器〔48〕這時(shí)的輸出為寄存器〔53〕中的內(nèi)容Aoi。當(dāng)計(jì)數(shù)器〔51〕減至零后則停止計(jì)數(shù)，同時(shí)允許計(jì)數(shù)器進(jìn)行圖象處理，最大掃描深度有6，7.5，9，12，15和18Cm六檔可調(diào)。由于采用了標(biāo)準(zhǔn)電視光柵掃描制式(625行50場隔行掃描)，為字符，曲線圖表等顯示和自動(dòng)距離、面積測量提供了方便。對目前國內(nèi)已生產(chǎn)的機(jī)械式扇掃成象系統(tǒng)無需作很大改動(dòng)就可與本掃描變換器相配，實(shí)現(xiàn)老產(chǎn)品的更新?lián)Q代。稍做修改也適用于電子扇形掃描的超聲成象系統(tǒng)。
附圖1為探頭發(fā)射超聲束和信號(hào)采樣位置關(guān)系圖，是本實(shí)用新型數(shù)字掃描變換器的基本變換原理示意圖。
附圖2為采樣數(shù)據(jù)在圖象存貯器矩陣中存入讀出順序和相對位置關(guān)系示意圖。
附圖3A為本實(shí)用新型數(shù)字掃描變換器信號(hào)獲取、存貯及插補(bǔ)處理部分原理框圖。
附圖3B為本實(shí)用新型數(shù)字掃描變換器扇形圖象恢復(fù)及信號(hào)輸出部分原理框圖。
圖1中常規(guī)的機(jī)械式擺動(dòng)或旋轉(zhuǎn)探頭的壓電晶片，在以O(shè)點(diǎn)為圓心連續(xù)勻角速度擺動(dòng)或旋轉(zhuǎn)的過程中，數(shù)字掃描變換器控制晶片在相對于參考線R等tgθ增量位置處發(fā)射超聲波束U，並接收回波信號(hào)。對此信號(hào)按與Cosθ成反比的時(shí)間間隔進(jìn)行采樣並經(jīng)A／D變換得到數(shù)值a(i，j)，i＝1～M，j＝1～N，對圖1中最大深度弧線C以外的采樣值令為零，這里M為聲束線上的采樣點(diǎn)數(shù)，這里為512；N為在扇掃范圍內(nèi)(這里為79.5°)依次發(fā)射的超聲束數(shù)，這里為128。這樣使采樣點(diǎn)a(i，j)的空間位置在水平方向與電視光柵掃描線重合，並且每行上的采樣點(diǎn)都是按等間隔分布。得到的a(i，j)沿列的方向依次存入－512行×128列的圖象存貯器矩陣中，如圖2所示。
數(shù)據(jù)從圖象存貯器中按行的方向讀出。對讀出數(shù)據(jù)首先進(jìn)行插補(bǔ)這是原專利中所沒有的。
由控制門〔55〕輸出的扇形圖象信號(hào)與灰階發(fā)電器〔58〕產(chǎn)生的灰階信號(hào)(可在屏幕左側(cè)顯示一條灰階等級(jí)圖)，經(jīng)迭加器〔57〕合為一復(fù)合信號(hào)，送入后處理D／A變換視頻混合器〔56〕。在此混合器中將從時(shí)鐘源〔11〕來的電視復(fù)合同步信號(hào)CS、復(fù)合消隱信號(hào)CN與迭回器〔57〕輸出的圖象信號(hào)合成在一起，經(jīng)后處理、D／A變換變?yōu)槟M視頻信號(hào)。這個(gè)峰值為1V的正極性標(biāo)準(zhǔn)全電視信號(hào)經(jīng)75Ω同軸電纜可送入電視監(jiān)視器、錄象機(jī)等進(jìn)行動(dòng)態(tài)超聲回波圖象的顯示與記錄?；旌掀鳌?6〕的后處理功能是通過調(diào)整改變D／A變換的16個(gè)權(quán)重，達(dá)到對16個(gè)灰度的亮度進(jìn)行任意調(diào)整，從而可根據(jù)顯示器發(fā)光特性及照像感光材料的特性，對亮度進(jìn)行非線性校正，即所謂“伽瑪校正”，分別達(dá)到人眼觀察和照像灰度層次的最佳水平。本實(shí)用型的后處理亮度非線性校正曲線形狀任意可調(diào)，曲線數(shù)量可根據(jù)需要增加。這些是原專利沒有的。
以上各部份中除了明確指出與原專利不同之處和增加了多種功能外，在許多地方或多或少地從結(jié)構(gòu)上對原專利進(jìn)行了改進(jìn)。其目的一方面是使結(jié)構(gòu)更合理，更接近實(shí)用；另一方面是為了降低對實(shí)現(xiàn)器件的要求，使所有使用器件都能在國內(nèi)市場上買到，便于國內(nèi)實(shí)現(xiàn)和生產(chǎn)，並降低成本。
權(quán)利要求
1.將極座標(biāo)扇掃形式接收到的超聲回波信號(hào)變?yōu)榭晒┰跇?biāo)準(zhǔn)電視上作光柵掃描顯出直角座標(biāo)形式的數(shù)字掃描變換器，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，信號(hào)獲取、存貯、插補(bǔ)處理、扇形圖象恢復(fù)及信號(hào)輸出諸電路組成，其特征在于用固化在只讀存貯器中的位置控制探頭壓電晶片在與參考線成等正切角度增量方向上發(fā)射超聲波束，使水平方向直線與扇掃中各超塊束交點(diǎn)間距離相等；每一射一超聲波束后，根據(jù)固化在只讀存貯器中與參考線夾角的余弦成反比的時(shí)間間隔值，對回波信號(hào)進(jìn)行采樣，使各條發(fā)射聲束線上左右相鄰的采樣點(diǎn)排成間隔相等與參考線垂直的直線；有一個(gè)M行N列的數(shù)字存貯器矩陣，其中M為在每一發(fā)射聲束方向上對回波信號(hào)的采樣點(diǎn)數(shù)，N為在扇形掃描范圍內(nèi)發(fā)射聲束數(shù)；對采樣后得到的數(shù)字信號(hào)經(jīng)只讀存貯器按查表方式進(jìn)行預(yù)處理；采樣后得到的數(shù)字信號(hào)經(jīng)暫存器兩兩按列順序?qū)懭霐?shù)字存貯器矩陣，并按行的順序兩兩讀出，且讀寫交替進(jìn)行；在數(shù)字存貯器矩陣中按行讀出的水平相鄰兩回波采樣信號(hào)值之間用數(shù)字加法器進(jìn)行三點(diǎn)線性插值，并將原信號(hào)與計(jì)算出的三個(gè)插補(bǔ)值一起順序存入顯示緩沖器；根據(jù)固化在只讀存貯器中的數(shù)據(jù)按預(yù)先定好的方式等速地從顯示緩沖器中等間隔地順序讀出其中數(shù)值恢復(fù)扇形圖象；用權(quán)重可調(diào)數(shù)模變換器將顯示緩沖器中讀出的數(shù)值變?yōu)槟M量視頻全電視信號(hào)，并進(jìn)行亮度非線性校正。
2.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1所述的數(shù)字掃描變換器，其特征在于用計(jì)數(shù)器，只讀存貯器和二進(jìn)制并行串行轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制位標(biāo)志發(fā)射位置。
3.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1所述的數(shù)字掃描變換器，其特征在于用存在只讀存貯器中預(yù)先計(jì)算好的時(shí)間增量不斷累加比較來實(shí)現(xiàn)對回波信號(hào)采樣，用改變增量值實(shí)現(xiàn)改變最大掃描的深度。
4.根據(jù)權(quán)項(xiàng)3所述的數(shù)字掃描變換器，其特征在于由只讀存貯器，數(shù)字加法器，鎖存器，數(shù)字比較器和計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)時(shí)間增量的累加。
5.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1所述的數(shù)字掃描變換器，其特征在于采用只讀存貯器，數(shù)字比較器實(shí)現(xiàn)使最大深度弧線以外的存貯器矩陣送入值為零。
6.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1所述的數(shù)字掃描變換器，其特征在于將預(yù)處理后4位采樣值兩兩合并為8位，通過兩組暫存器，一組將此8位信號(hào)寫入，另一組將前一條聲束線上已采到的采樣值送入存貯矩陣，和通過適當(dāng)封鎖此送入的采樣值使超出最大深度弧線以外的送入值為零來實(shí)現(xiàn)對存貯器矩陣的讀寫，并使存貯器矩陣讀出行地址乘以2來實(shí)現(xiàn)將顯示扇形的高度縮小為原來的二分之一。
7.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1所述的裝置，其特征在于采用兩組寄存器，數(shù)字加法器和鎖存器實(shí)現(xiàn)用累加值整數(shù)部分作為顯示緩沖器讀出地址。
8.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1所述的裝置，其特征在于用兩組可預(yù)置減法計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)允許和結(jié)束從顯示緩沖器讀出數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1所述的數(shù)字掃描變換器，其特征在于采用一個(gè)二進(jìn)制輸入值權(quán)重分別可調(diào)的數(shù)模變換器對輸入的扇形圖象數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)模變換，并通過分別調(diào)整各權(quán)重得到所需的非線性亮度校正特性，變換后的模擬視頻信號(hào)送電視監(jiān)視器陰極射線管調(diào)輝。
專利摘要
超聲扇掃成象中的數(shù)字掃描變換器，屬電子醫(yī)療儀器制造方面的技術(shù)。用于醫(yī)學(xué)B型超聲扇掃成象系統(tǒng)中，將探頭以極座標(biāo)形式按等正切角度增量方式接收的超聲回波信號(hào)，按與接收偏角余弦成反比的時(shí)間間隔進(jìn)行采樣，經(jīng)存貯、線性插補(bǔ)和選擇讀出等處理后，將回波信號(hào)以直角座標(biāo)形式送到標(biāo)準(zhǔn)電視監(jiān)視器進(jìn)行光柵掃描顯示，恢復(fù)出象素密度為512×512點(diǎn)，并有16個(gè)灰度等級(jí)的扇形回波圖象。
文檔編號(hào)G01S15/00GK85200048SQ85200048
公開日1986年2月19日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者翁力, 沈力鴻 申請人:清華大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan