数字超声系统（精选10篇）
数字超声系统 篇1
SR-1000是SIUI汕头超声研制的一款多功能、操作简便的便携式数字化X射线摄影系统(DR)。国内首创电池供电,成像质量高,速度快,操作简便,工作效率高,X射线剂量低,大大降低了X射线对患者和医务工作者的伤害。同时可进行图像的处理、病历管理,图像远程管理,实现医疗单位无胶片化。
•适合于病房X射线摄影、灾区急救、出诊应用、120急救等;
•国内首创电池供电,一次充电可满功率曝光200次以上;
·提供平板电源供电接口,为野外作业提供条件;
·结构设计紧凑,整套产品重量轻,便于携带;
·高精度曝光参数控制,保证了图像的清晰锐利;
•20多重安全保护及自诊断功能,提供10多种故障代码便于维护;
•选配折叠式移动支架,轻松完成各角度拍摄,携带方便;
•配置多功能移动拖箱,体积小,安全性高,可将整套系统藏于箱中,为客户出诊带来极大便利。
摘要：<正>SR-1000是SIUI汕头超声研制的一款多功能、操作简便的便携式数字化X射线摄影系统(DR)。国内首创电池供电,成像质量高,速度快,操作简便,工作效率高,X射线剂量低,大大降低了X射线对患者和医务工作者的伤害。同时可进行图像的处理、病历管理,图像远程管理,
数字超声系统 篇2
公司：
为进一步了解采购设备的市场情况，购置具有优秀性价比的医疗设备，给医院下一步招标工作提供更多的决策依据，医院决定举行设备购置洽谈会议。
根据医院前期考察和设备情况的了解，特邀请贵司参加1.5T磁共振洽谈会，请贵司派员参加，其安排与要求现特书面告知，请公司做好相关工作，遵守规则，准时出席，具体如下：
一、洽谈项目内容：1.5T磁共振（含MR专用高压注射器、稳压电源、水冷系统、专用空调、磁屏蔽工程）。
二、洽谈开始时间与地点：2012年12月10日，上午8：30，地点：台州市椒江区凤凰山庄。具体场所或如有变动另行告知。
要求参与人员中必须有一名在公司中具有中高层市场销售职位或有现场商务决策权的人员，即浙江区经理及以上。
三、设备基本要求：
（1）1.5T磁共振：数量1台，投标机型必须符合国家法律法规要求，为各投标厂商1.5T系列最高配置、最新软件硬件版本的磁共振，系统主要硬件磁体、梯度、射频、线圈等均为全新原装进口。含一套独立的原厂同品牌后处理工作站。（2）各家机型必须提供最新、最全检查技术和软件，并列出详细清单。所有选配的硬件（含线圈）、软件模块必须单独列出，并且注明“选配”，单独报价，否则将视为已包含在总价内。初次报价的具体配置以医院之前确定的配置为准。（3）高压注射器：进口，双筒型，满足磁共振检查要求，注明型号、功率、主要技术参数、产地、价格。
（4）稳压电源及UPS：要求与MR相匹配，可以采用国产知名品牌。（5）全面负责机房结构、线路等设计，并负责磁屏蔽防护工程建设。
（6）所有设备（包括附件和配件）必须取得允许在中国境内销售的所有法律文书和资格证明，在洽谈中主动出示。否则视为无效。（7）设备到货时间根据医院场地情况安排。
四、报价方式要求：（1）、按照医院与贵司确定的型号和配置作为标准配置进行报价，建议可拆分项均作分项报价，每个选配项目（软、硬件）必须分项报价。医院有权根据洽谈的价格情况调整设备配置。（2）、本次报价包含产品的附件、各类工具、商检费、报关费用、设备就位与安装调试费、进口代理费、招标代理费、运输费（以设备运抵到医院指定位置为准并负责装卸等所有费用）、考察费、验收检测费、PACS连接费用和各种税收、机房设计、磁屏蔽工程等一切费用。（3）、医院对机房配套设施建设为到机房墙面，内部管线、设施（含空调）、屏蔽等全部由洽谈意向公司负责建设。不作说明视为负责一切配套设施建设。（4）、公司提供明细分类价、分产品价、总价。有打包方案的提供打包价格。（5）本次洽谈以人民币报价，并说明付款汇率情况。
五、保修与配件报价要求：
以整机保修1年为标准报价，保修类型为整机保修；单独列出4年整机保修费用(含磁体、冷头、液氦、线圈等所有附件，仅高压注射器、水冷机组、空调机组除外)和按年购买整机保修的费用；列出所有耗材和主要维修部件价格。所有涉及保修事宜必须出具维修部门正式证明盖章。
六、文件要求：
（1）洽谈报价函：需要说明报价有效期等问题。（2）洽谈产品报价一览表（附件二）、洽谈设备配置明细（附件三）。包括品名、规格型号，原产地，价格、保修等。
（3）洽谈设备的主要技术参数、结构、性能、特点和质量水平的详细描述。列出磁体、梯度、射频、线圈、计算机系统、后处理工作站等具体参数，并提供英文原版Data Sheet证明。并列出磁共振检查技术和应用软件的详细清单。（4）报价机型的江浙沪地区用户名单及联系电话。
（5）洽谈产品售后服务承诺及质保期承诺，产品的技术服务和售后服务的内容和措施。
（6）资格证明材料如下（全部为带经营企业红章复印件）。制造商出具的代理授权书或销售证明
洽谈人代表(业务员)身份证复印件及法人代表授权书。
企业法人营业执照、组织机构代码证、税务登记证，属于分公司或代理商或办事处性质的，还须附总公司或生产厂家或总部的委托授权书与相关质量保证承诺。医疗器械经营（生产）企业许可证
医疗器械产品注册证、医疗器械产品注册登记表及附件 医疗器械产品生产制造认可表
（7）主要零配件、消耗品（或易耗品）价格清单（8）洽谈人单位情况介绍
（9）报价产品的技术说明（DATASHEET）、具体型号和原版彩色图片（10）产品制造、安装、验收标准
（11）供应商认为有必要提供的其他文件
以上资料必须装订成册（一正四副）作为洽谈文件，并在首页附目录，提供的证明材料必须真实有效。
七、其他要求与说明：（1）、不管洽谈结果如何，公司应承诺完成本次设备的所有采购程序。（2）、付款方式：1（合同签订后1周）：8（到港）：1（验收合格1年后）。90%信用证。如有异议必须说明。（3）、医院有根据洽谈情况改变设备配置的权利。（4）、洽谈会中，各公司有30分钟的技术参数和商务方案说明时间。现场承诺必须当场书写，并由公司授权代表签字（必要时谈判人要求加盖公司印章）。（5）代表人必须出具公司法人代表的授权函：授权范围为代表公司参加本次洽谈，作出的现场承诺公司予以全部承认，授权函必须有独立法人资格的单位印章，否则视为无效。（6）、本次洽谈的具体细节情况不向参与投标公司公开。
八、联系方式：
联系人：陈雄伟 联系电话：0576-88598031 *** 传真：0576-88598030
我公司已知晓上述内容，对此内容无异议。
数字超声系统 篇3
[关键词] 系统超声检查；常规检查；畸形；妊娠晚期
文章编号：1004-7484（2014）-03-1772-02
现阶段，由于生活环境和遗传基因的影响，新生儿出现畸形的几率呈上升趋势，直接影响着新生儿的生活质量，针对这一现象，常规产科超声检查已经无法满足人们的需求，胎儿系统超声开始应用与检查妊娠晚期胎儿是否畸形。对我院收治的妊娠晚期产妇胎儿诊断资料作历史性回顾，得出如下结论。
1 资料与方法
1.1 一般资料 本组抽取我院于2012年7月至2013年7月收治的妊娠晚期患者348例，年龄为22岁至27岁，平均年龄为（27.16±1.53）岁，孕周为（22±4）周。患者均采用胎儿系统超声和常规产科超声进行临床检查。
1.2 一般方法
1.2.1 观察组 行系统超声检查，具体检测对象包括胎头、颜面部、颈部、脊柱、胸腔、腹部（包括胎儿及孕妇）、胎盘等。各部位检测方案大同小异，仅观察项目有所不同，以胎头为例，需要观察的项目包括：颅骨及其内部结构，其中内部检查涉及到三个不同的切面，即丘脑、侧脑室和小脑的水平切面；再以胸腔扫描为例，需要观察的项目包括肺脏形态、心脏四腔室结构关系等。总之，需要对胎儿行系统且全面的超声检查，确保其身体状况满足要求。需要注意的，我们不仅需要密切关注胎儿的生长情况，还应对孕妇进行腹部扫查，尤其是需要观察其脐带出口处的生理形态，查看是否出现脐带绕颈、绕肢等症状。
1.2.2 对照组 观察组采用常规产科超声检查：行常规检查阶段，主要观察胎儿的位置、发育情况、胎盘位置，确定胎儿是否存活，对胎盘与宫颈的位置进行探查，确定胎儿的体重情况、腹围、头围等。
2 结 果
经临床诊断，本组348例患者，诊断出16例畸形胎儿，其中神经管畸形8例，先天性心脏并2例，唇腭裂3例，胎儿胸腹水3例。其中观察组诊断出13例，神经管畸形7例，先天性心脏并1例，唇腭裂2例，胎儿胸腹水3例.诊断率为81.28%。对照组神经管畸形5例，先天性心脏并0例，唇腭裂2例，胎儿胸腹水1例.诊断率为61.54%，观察组诊断率明显高于对照组，差异具有统计学意义（P<0.05）。
3 结 论
现阶段，临床上新生儿畸形患者逐渐呈上升趋势，导致新生儿出现死亡症状。对妊娠期胎儿畸形状况进行检查时，传统的检查方法为常规产前超声检查，该检查方法具有操作简便的特点，但是在临床应用检查过程中[1]，由于其检查时间较短，确诊率也相对较低。随着医疗技术的进步，胎儿系统超声检查逐渐应用于检查妊娠期胎儿形态中。
3.1 系统超声检查的应用 不同于传统的超声检查，系统超声检查具有安全性高、操作简单、损伤性小的特点[2]。进行临床检查期间，可通过对妊娠晚期的产妇性全方位检查，通过超声影像，可观察出胎儿是否存在先天性心脏病、脑积水、唇腭裂等症状。本组348例患者，经临床病理证实，16例新生儿出现不同程度的畸形症状，采用胎儿系统超声检查进行临床诊断时，发现13例胎儿出现畸形。由于可见，胎儿系统超声检查具有较高的诊断率。
3.2 诊断时机 临床研究表明，系统超声检查受到胎位、孕周等影响较大，因此，采用系统超声进行临床检查时，为提高检查结果的准确率，可于产妇孕周为（23±1）周时行第一次超声检查，该阶段基本发育成熟，胎动活跃，可清楚地观察到胎儿在产妇中的情况。于产妇孕周为（31±1）周时行第二次超声检查，此时，胎儿的四腔、心脏等内脏结果逐渐成熟，超声影像可以清楚地观察胎儿的心脏情况，提高诊断率。
3.3 临床应用的局限性 虽然超声检查可以提高妊娠晚期胎儿畸形的诊断率，但是这一技术并未在各地区得到广泛的應用，主要是由以下几方面的原因造成：①超声检查受孕周影响较大，随着婴儿成熟，胎位不正、胎儿增大等情况，均会影响诊断的准确率[3]。②由于仪器的费用较高，而进行临床诊断的费用较低，导致很多医院无法购进精密仪器。③系统超声检查对医生检查的技术具有非常的高的要求，随着师资队伍的年轻化，很多医生不具备操作系统超声检查的技术，限制了其在临床检查中的应用[4]。
综上所述，系统超声检查能够提高对妊娠晚期胎儿畸形的诊断率，此外，应严格把握诊断时间，降低孕周等因素对的诊断结果的影响。
参考文献
[1] 张燕妮.孕中期血清学唐氏综合征筛查联合胎儿系统超声诊断胎儿畸形[J].中国妇幼保健，2012（11）：425-428.
[2] 苏虹，陈明，任慧斌，等.胎儿泌尿系统异常产前超声特征与妊娠结局[J].中华医学超声杂志（电子版），2011（4）：778-785.
[3] 卢洪涛，韩颖，胡艳萍，等.九步骤顺序扫查法在胎儿系统超声检查中的应用价值[J].中国创新医学，2012（27）：67-69.
数字超声系统 篇4
关键词：SOPC NiosⅡ,超声探伤系统
1 引言
在数字式超声探伤系统中,超声波信号经过前置放大、主放大、检波、视频放大后进行A/D转换。由于A/D采样频率高,一般在百兆赫兹以上,如果只用纯软件方法,利用MCU的处理能力进行数据采集及处理,虽然硬件开销少,系统简单,但大大加重MCU的负担,而且对MCU的要求较高,对稍复杂的系统往往无法满足实时性的要求[1]。因此,经常采用空间换时间的方法,用FPGA[2](FieldProgrammable Gate Array,现场可编程门阵列)进行数据前端处理,提高系统实时性和可靠性。
传统模式下,MCU和FPGA相对独立。随着嵌入式系统朝着小体积、低功耗、高性能的趋势发展,MCU和FP-GA在现代嵌入式系统中扮演着重要的角色,各自具有独特的优势而在某方面又略显不足。MCU因丰富的软件系统支持,在控制和处理人机接口领域占据绝对的领先地位。FPGA在高速复杂逻辑处理方面独领风骚,并凭其超大规模的单芯片容量和硬件电路的高速并行运算能力,在信号处理方面显示出突出的优势。因而,MCU和FPGA的结合是未来嵌入式系统发展的趋势。
SOPC可以将MCU、FPGA完美地结合,即SOPC=MCU+FPGA。本文通过NiosII嵌入式软核在数字式超声探伤系统中的应用,简要介绍该方法。
2 SOPC的选型
SOPC[3](System on Programmable Chip,简称为可编程片上系统)技术提供了用大规模可编程器件实现SOC(System on a Chip,片上系统)的功能。SOPC一般采用大容量FPGA作为载体,除了在一片FPGA中定制MCU处理器和DSP功能模块外,还可以设计其它逻辑功能模块。
SOPC的构成方案一般有以下两种。
(1)基于FPGA嵌入IP硬核的SOPC系统
在FPGA中预先植入嵌入式系统处理器。尽管由这些器件构成的嵌入式系统有很强的功能,但为了使系统更为灵活、完备,功能更为强大,对更多任务的完成具有更好的适应性,通常必须为此处理器配置许多接口器件才能完成一个完整的系统。然而,将IP硬核直接嵌入FPGA中的解决方案也有不足之处。由于此类硬核多来自第三方公司,FPGA厂商通常无法直接控制其知识产权费用,从而导致FPGA器件价格偏高;由于硬核是预先植入的,设计者无法根据实际需要改变处理器的结构,如总线规模、接口方式等;无法根据实际设计需要在同一FPGA中使用多个处理器核;无法裁剪处理器硬件资源以降低FPGA的成本。
(2)基于FPGA嵌入IP软核的SOPC系统
目前最具代表性的软核嵌入式系统处理器有Altera公司的Nios和NiosII核。在植入FPGA前,用户可根据设计要求,利用Quartus II和SOPC Builder,对NiosII及其外围系统进行构建,使该嵌入式系统在硬件结构、功能特点、资源占用等方面全面满足用户系统设计要求。只要FPGA的资源允许,Nios核在同一FPGA中被植入的数量没有限制;此外,Nios可植入的Altera FPGA系列几乎没有限制。因此,我们在设计中选择了后者。
3 系统总体设计
在数字式超声设备中,当探头发射的超声波脉冲在耦合良好的情况下通过被测物体到达材料分界面时,脉冲被反射回探头。探头接收的超声信号,经过前置放大,主放大,检波,视频放大后,进入A/D变换器中。由于A/D变换的速度较快,一般达到百兆赫兹以上,如何对A/D变换后的信号进行采集、处理及显示,一直是数字式超声设备的一个重点和难点。传统模式上,我们采用相互独立的MCU和FPGA对数据进行采集、处理及显示。该方法虽能满足系统设计要求,但由于采用了独立的MCU与FPGA,对PCB的设计要求严格,产品更改不灵活,功耗较大,体积无法进一步减小。如果采用NiosII嵌入式软核,以FP-GA为载体,在FPGA中定制MCU处理器,则可以实现SOPC=MCU+FPGA,使得产品的PCB设计更为简化,产品更改灵活,功耗及体积也相应减小。图1为传统数据采集、处理框图。图2为采用NiosII嵌入式软核的数据采集、处理方框图。
4 NiosII硬件配置
NiosII软核CPU是整个系统的控制部分,集成在FP-GA内部,由SOPC Bulider定制。NiosII是Altera公司提供的基于Harvard结构的RISC通用处理器IP Core。在系统开发中使用NiosII,可以根据需要自行配置处理器数目,开发者可在FPGA容量允许范围内,自由配置处理器的Cache大小、指令集ROM大小、片内RAM和ROM大小、I/O引脚数目和类型、中断引脚数目、定时器数目、通用串口数目、扩展地址和数据引脚等处理器的性能指标,而且可以在处理器ALU中直接加入自定义的数字逻辑,并添加自定义的处理指令。
根据系统需要,经配置后的SOPC硬件系统结构如图3所示,我们配置CPU及IP模块具体如下。
第一,添加NiosII CPU Core。NiosII CPU Core分为以下几类:经济型,占用最小逻辑的优化,占用最少的LE,功能最少;标准型,平衡性能和尺寸;全能型,最高性能的优化。由于数字式超声系统对实时性要求高,需要尽量快的处理速度,所以我们配置成全能型。
第二,加入片内存储器。片内存储器除了用作ROM外,也可以用作RAM,甚至可以被设置成双口存取。Memory Width可以被配置成8位、16位、32位、64位及128位。NiosII系统中的FPGA片内存储器配置成32位,以对应32位的NiosII处理器的32位总线结构。
第三,加入JTAG UART。JTAG通用异步接收器/发送器核是在PC主机和FPGA上的SOPC Builder系统间进行串行通信的一种实现方式。
第四,加入Avalon三态总线。Flash的数据总线是三态的。Nios II CPU与Flash相连接时需要Avalon三态总线桥。
第五,添加Timer。在一个嵌入式系统应用中,定时器往往必不可少。
第六,添加Bottom PIO,以供设备按键输入。
第七,添加PLL锁相环。PLL锁相环可以将外部时钟倍频后送给CPU。使用PLL将有助于提高系统的数据采集、压缩的速度。
第八,添加Flash。具有Avalon接口的通用Flash接口控制器核(CFI)很容易与SOPC Builder系统外符合CFI参数要求的外部Flash相连。
5 数据采集、处理设计举例
以超声信号渡越时间的计算为例。超声信号的渡越时间是超声发射到接收所经历的时间,可以据此计算出界面反射的位置。一般来说,每次发射接收过程中我们关注的是最大峰值波形的声程距离。首先,我们需要计算最大峰值的位置,然后据此来得出其时间。由于MCU得到的是压缩后的数据,通过软件计算得到的最大峰值距离就有较大的误差,难以保证其精度。所以我们采用了在FPGA中实现的硬件电路来获得峰值波形的渡越时间,这部分电路包括了逻辑控制电路,采样峰值处理电路,脉冲计数电路。渡越时间是通过由发射信号触发计数器来得到发射到接收的计数值,乘以时钟周期即得到信号的渡越时间。由于计数时钟为采样时钟,则计数误差值可以达到很小的范围,以80MHz的时钟和钢的纵波声速5900m/s,其计数误差范围约为0.037mm,保证了很高的精度。由于经过FP-GA采集、计算、锁存的渡越时间为二进制数,所以,在传统方式下,需将该二进制数通过总线,送到MCU中处理为十进制数后显示。而在采用了NiosII嵌入式软核的系统中,由于FPGA中已配置了NiosII处理器,所以可将数据直接送入NiosII处理器中进行处理。
6 结束语
嵌入式系统无疑是当今最热门、最有发展前途的IT应用领域之一。与传统的仅采用基于微处理器的软件设计或者采用ASIC/FPGA的硬件实现相比,SOPC的软硬件协同方案完全不同。它可以根据应用系统的不同要求,适当地划分软硬件的功能,以求达到最佳性价比,同时可大大简化PCB的设计,节省大量的人力物力。可以预见,随着技术的不断成熟,SOPC将会广泛的应用于数字式超声探伤系统,对超声探伤设备的设计带来新的飞跃。
参考文献
[1]中国机械工程学会无损检测学会.超声波检测Ⅱ[M].北京:机械工业出版社,2004.
[2]EDA先锋工作室.Altera FPGA/CPLD设计(基础篇)[M].北京:人民邮电出版社,2006.
数字超声系统 篇5
近年来，胎儿疾病种类越来越多，在多种胎儿疾病当中，泌尿系统疾病是比较常见的，而且是比较复杂的，而对于泌尿系统胎儿畸形种类来说，通常都要进行产前诊断检查，大量临床实践表明，产前超声诊断的诊断准确性比较高，但与此同时也会出现误诊情况和漏诊情况[1]。医学专业人员都在加大对产前超声诊断准确性提高的研究力度。为了探讨产前超声用于临床诊断胎儿泌尿系统畸形价值和预后价值，本文主要把1月至12月我院诊断的泌尿系统畸形胎儿50例当作参与者进行研究和分析，结果如下所示：
1资料与方法
1.1一般资料。相关资料和信息来自201月至月我院收治的怀有泌尿系统畸形胎儿的`孕妇50例，50例孕妇都经过了临床专业诊断和跟踪随访。50例孕妇在进行产前超声诊断时的怀孕周期在20~38周之间，平均怀孕周期为(28.13±6.14)周。孕妇年龄都在22~45岁之间，平均年龄为(28.45±3.34)岁。在进行产前诊断之前，相应孕妇都签订了知情同意书，且了解诊断和检查相关内容。
1.2方法。50例患者都采用产前超声诊断方法的同时进行了MRI诊断检查。在产前超声诊断当中，使用的仪器是TOSHI-BASSA-680和PHILPSIUElite超声诊断仪，仪器探头频率在3-7MHZ。让孕妇保持仰卧位的姿势，采取OC诊断方式，第一步先对胎儿的腹围、头围、股骨以及双顶径的具体长度进行诊断测量，同时确定孕妇羊水指数，检查胎儿脑部动脉血液流动情况，然后对胎儿的整体发育情况作出一个评价，用专业仪器确定胎儿体重，接着进行泌尿系统情况检查，重点观察胎儿泌尿系统内的肾脏横切面以及矢状切面，另外还要重点观察胎儿双肾肾门腹部矢状切面以及脊柱断面等情况。在MRI诊断检查当中，使用的仪器主要是深圳安科有限公司生产的MRI扫描仪，让孕妇保持仰卧位的姿势，让孕妇脚部先进入，完成扫描定位之后，为胎儿扫描诊断。
1.3观察项目和指标。①超声诊断准确率(%);②MRI诊断准确率(%);③泌尿系统胎儿畸形种类。1.4统计学方法。选用SPSS20.0软件进行统计学相关研究和分析，其中计量资料使用t进行检验，而计数资料使用x2进行检验，差异有统计学意义(P<0.05)。
2结果
2.155例泌尿系统胎儿畸形诊断准确率。经过观察对比，产前超声诊断准确率和MRI诊断准确率没有明显差异，差异不具有统计学意义(P>0.05)。
2.2胎儿泌尿系统畸形种类。经过产前超声诊断检查，共诊断出10种泌尿系统畸形，其中单纯肾积水占有比例最高。各畸形种类在占有比例上存在明显差异，差异有统计学意义(P<0.05)。
3讨论
数字超声系统 篇6
1 超声波发射电路
1.1 发射多路转换开关 (脉冲分配器)
B超中阵元数多达数十至上千个, 而发射聚焦延迟脉冲个数有限, 不能直接将延迟脉冲用来触发发射脉冲产生电信号, 因此设置了发射多路转换开关, 分组触发发射脉冲产生信号。
1.2 发射脉冲电路
聚焦延时电路输出的延时脉冲是逻辑信号, 不能直接激励探头的阵元, 使之产生超声震荡, 而是将这一逻辑脉冲转换成一个幅度、宽度、功率都满足阵元产生超声振荡脉冲。发射脉冲电路为完成这一转换, 实质上, 发射脉冲电路是一个高功率、高速度、高稳定的电子开关, 它输出的脉冲为单极性电压脉冲, 幅度一般为70 ~ 300 V。
2 超声接收和预处理
超声接收和预处理电路, 主要由前置放大器、接受多路转换开关、可变孔劲电路、接收相位调整电路、增益控制与动态滤波、对数放大器、检波电路和沟边电路组成。调整电路以后的部分成为预处理电路, 其主要作用是接受探头阵元信号并对该信号进行放大、预处理, 使超声信号携带的生物信息最大程度的显示出来。
3 数字扫描变换器
数字扫描变换器实质上是一个带有图像存储器的数字计算机系统, 但又不是以CPU为中心的系统安排结构。图像存储器有单独的读写地址发生器, 与CPU不发生直接联系 (不受CPU控制) 。一个数字扫描变换器 (DSC) 系统不仅仅是作为扫描变换器, 它同时还包括前处理与后处理部分, 即具有较强的信号处理功能, 此时, 可称为数字扫描处理器 (DSP) 。采用DSP技术的超声诊断仪, 不仅能用标准电视的方法显示清晰的动态图像, 而且提供了强大的图像后处理功能。可同时提供VGA、HDMI等信号输出。
4 计算机控制中心和多维图像处理中心
超声诊断仪是一个较为复杂的电子测量仪器, 要使各部分电路有条不紊地工作, 必须对整机进行有序协调地控制。在发射多段动态聚焦、可变孔径接收、信号相关处理、数据补差、TV显示等问题时有许多控制信号, 这些控制信号都来自CPU。CPU在程序控制下, 发出各种控制信号, 并接受键盘命令, 从而完成超声的发射、接收、存储以及DSC处理的各种任务。
图像处理中心:把到达DSC的超声回波数据存储, 并进行分析处理, 在二维中以像素累积为平面图像。利用最新的图像重建技术, 引入体素的概念进行图像重建, 是一种将二维平面图像中的每一个像素都转换到一个三维坐标系中的三维重建方法。这种重建方法保存了全部原始数据。医生可以根据诊断需要得到人体内被检查器官的任意切面图, 三维重建空间几何形状图像, 四维重建加入时间时序得到被检查器官的运动图像。多维图像重建, 还原器官的几何形状, 按时序的运动状态, 器官颜色结构等信息图像, 是超声技术与计算机技术紧密结合的结晶。
5 现代超声诊断仪器的维护
5.1 超声设备使用注意事项
(1) 现代数字超声诊断设备价格都比较昂贵, 操作人员必须接受厂方工程师的操作培训合格才能上机操作, 使用过程中认真阅读操作使用说明书, 有问题应咨询厂方工程师。 (2) 超声成像设备的核心部件是超声探头, 一台机器通常有几个不同功能、不同频率的探头, 价格昂贵, 几乎都是由偏铌酸铅压电陶瓷组成, 其物理性质硬脆、易碎裂, 所以要注意防碰撞。每一个探头一条线, M型、B型超声探头是由几十和几百探头组成的矩阵探头, 连接电缆是由几十至上百条比较细的导线组合而成, 防折断的保护非常重要, 操作者在操作过程中, 关键保护措施为连接电缆尽量保持较大的曲率半径。探头使用过程中应轻拿轻放, 拆装都应当关闭整机电源后进行, 不允许接触有机溶剂, 使用非油性、无腐蚀性的耦合剂, 不能用高温消毒法, 非水密封探头不能浸水中使用, 以免损坏探头内部电路, 在开机使用时, 若是检查患者暂停, 应及时按冻结键, 使仪器处于冻结状态, 超声波发射电路处于暂停状态, 小心保护探头表面, 防止划损, 使用完毕, 及时用湿纱布或柔软的卫生纸将耦合剂擦净。
5.2 超声设备的日常维护
(1) 由于现代超声诊断设备中大量的使用电子元器件, 有的电路板使用多层电路板, 印刷电路板上排线密度高, 整机功耗较大的特点, 做好4 防:防水、防潮、防尘、防堵 (通风) 是日常维护的重点。 (2) 严防水淋到机内印刷电路板块上, 避免潮湿、湿度过大而降低元器件的绝缘性能;灰尘会引起高压元件拉丝放电, 定期除尘是非常重要的事项, 可避免空气循环通道堵塞, 保证散热空气清洁循环, 保证电子元件的正常工作温度, 减少超声诊断设备的故障。 (3) 电源保护:突然断电、市电电压波动过大, 都会使超声诊断设备受到损坏和工作异常, 使用精密度交流净化稳压电源、UPS不间断电源供电可防止操作人员和患者触电, 保证接地电阻小于4 Ω, 接地接头要定期检查, 排除隐患。
机内供电电源提供超声设备正常工作的能量供给, 有±5 V、±12 V、±18 V, 超声发射脉冲电路由70 ~ 300 V的电压、AC220 V等组成。其发热量大, 需要通风散热良好, 因为其内保险管比较多, 如果设备工作不正常, 应首先检查超声电源电路各组电压是否正常, 及对应的保险管是否烧断。
超声诊断仪是一个较为复杂的电子测量仪器, 应做好定期校准工作, 每年由技术监督局做定期校准, 确保测得的参数准确无误。
参考文献
超声检测中收发波形的数字化处理 篇7
随着超声波传感器制作成本的降低,超声波技术已被揭开神秘的面纱,并紧贴人们生活而得到广泛的应用。超声波技术目前主要应用于功率超声、检测超声及超声通讯等方面,例如超声焊接、超声清洗、超声医疗、回声测深、金属探伤等[1]。在检测超声技术中,其中有一部分就是通过发射接收超声波时差计算来确定目标的位置。
近年来数字电子技术高速发展,数字可编程逻辑器件因其具有灵活配置与高速反应的特性而在很多应用中替代了传统的单个逻辑门器件与时钟发生电路,简化电路的设计与缩小电路空间的同时也大大节省了成本。结合可编程逻辑器件与单片机的灵活性,超声检测技术的数字化设计将得到更广泛的认同。
2 工作原理与系统组成
2.1 工作原理
时差法超声波检测的原理即是通过定时器对发射与首次接收之间的时差进行定时以求得超声波往返时间t,在超声波速度v已知的情况下,超声波往返的距离可以通过该公式求得,进而在检测过程中进行目标物、障碍物、反射面等的探测。如公式(1)所示:
公式(1)中因子1/2的增加是为了求得单程距离,超声波作为声波的一种,它的速度v主要由介质决定,例如在空气中超声波的速度是340米/秒,但随着温度的变化,v会有细微的变化,因此实际应用过程中一般以声速仪的实测值为参考,或者添加温度传感器进行实时校正而达到更高的精度,参数d表示设计中各种因素引起的综合系统误差。
2.2 系统组成
时差法超声检测系统分为微处理单元、发射驱动、超声波换能器、接收滤波放大处理电路、接口电路五个部分,其系统框图如图1所示。
3 发射波的处理
超声发射波的处理是由发射电路的拓扑结构决定的,近几年随着MOSFET频率范围的扩大,用MOSFET来实现超声波驱动已成为可能,在大部分超声检测中,超声发射电路并不需要功放驱动喇叭那样追求高保真和高线性,因此本文选择以双MOSFET管组成的推挽驱动方式来驱动超声波换能器,其拓扑结构如图2所示。
时差法超声检测系统中超声信号的发射是断续式的,也就是说在某一段时间内连续发射多个波,当激发驱动超声波换能器后就停止发射,直到接收电路收到回波。
图3表示了两个发射管的驱动波形,由于超声波频率较高,低则几十千赫兹,高则达到数兆赫兹,因此要用MCU直接合成高频率超声波驱动信号存在难度,且稳定性也较差。图3中超声波是断续式发射的,由信号CN进行控制,CN的周期比较长,因此可以用MCU进行控制,许多微处理芯片都具有PWM波形发生功能,且其占空比可在0%~100%内灵活调整。因此本设计中选择具有PWM发生功能的C8051系列单片机作为处理单元,采用PWM中断方式产生CN波形,通过调整占空比而达到调整发射持续时间[2]。
对于超声波频率的产生,可以利用CPLD对MCU的主频与CN控制进行数字合成而不需要添加额外电路。下面就是用VHDL语言编写的一个产生Tr_A和Tr_B两个发射信号的进程。
进程中SYSCLK是晶振频率,COUNT_ALL是分频常数,而COUNT_ON是用来微调占空比以避免两管同时导通出现短路。
因此,在该发射电路中发射波形的产生直接利用CPLD对MCU的主频及PWM产生的控制信号数字合成即可,电路相对简化了许多,也对死区作了有效的控制。
4 接收波的处理
超声波接收电路要经过多重放大和滤波才能达到高增益高信噪比,在此不作详述。在时差法超声检测电路中,模拟回波需进行数字转换才能被MCU检测,在要求高的情况下,可以对回波进行包络检波再用高速ADC进行采样,辅以复杂的算法以求得精确时差及波形幅度信息;许多情况下,只需要时差信息而不需要波形信息,这时就可以对接收模拟回波进行比较数字转换后送入MCU的外部中断中,从而终止MCU内部的定时器。
图4表示了时差法超声接收回路中模拟波形及数字化需求的目标波形,只要对第一次回波的前沿进行准确检测就可以达到精确计时的目标,因此需对接收波进行数字化处理进而得到图中Pulse波形。
这里可以不经过包络检测而直接把模拟信号放入高速比较器进行低阈值比较,然后输出数字波形Rx到CPLD进行处理,再根据回波判断产生Pulse触发MCU中断。下面是CPLD进行的回波处理进程:
程序中用CNFIL这个常量进行了简单的毛刺剔除,以防止小干扰影响检测的稳定性。
在接收回路中,还是以简化电路为主要设计思想,利用高速比较器完成从模拟到数字的转变,再经CPLD进行回波的处理,由于数字电路的灵活性,对回波的判断中添加了一些智能判断的程序以提高检测的准确性与稳定性。
5 结束语
时差法超声检测手段在各检测领域的应用日趋广泛,怎样结合当今高速发展的数字电路和微机技术,简化电路设计,降低系统成本,提高系统稳定性能成为检测行业追求的目标,本文根据超声波的特性,以CPLD为基础,对发射与接收波形进行了数字化处理,并且可以联合MCU进行一些智能控制以提高系统稳定性,该处理方案已在实际应用中得以实现并取得了良好的效果。
摘要：时差法超声检测是通过对发射波与第一次回波之间的时差进行计时进而求得探测目标位置的一种方法。本文以CPLD(Complex Programmable Logic Device)为基础,结合MCU(Micro Control Unit)的处理特点,介绍了发射驱动信号与接收回波检测的数字化处理方法与程序设计,简化了电路设计,加大了控制的灵活性。
关键词：CPLD,数字化,时差法
参考文献
[1]袁易全,陈思忠.近代超声原理与应用[M].南京:南京大学出版社,1996:1,195-198.
数字超声系统 篇8
微波、光波、声波入射粗糙界面后,其散射场会呈现无规则分布的斑纹结构,这就是所谓的散斑.散斑现象早在牛顿时代就被人们所认识,人们一直把散斑作为噪声设法消除或克服.后来研究者们认识到散斑也是一种信息载体,促进了散斑计量术的诞生.今天,散斑技术已经成为一门重要的应用技术.
自从20世纪70年代Leendertz开创了散斑干涉计量法以来,大多数研究者都是停留在用激光散斑计量术来进行形变和形貌的测量,而与激光散斑几乎同时被人们注意到的超声散斑却一直被人们忽视,这是因为超声散斑的信号只能用数字信号来表示,其散斑也只能用数字信号表示,不能像激光散斑那样用CCD接收到直观的光强信息.随着计算机技术的发展,已经能够用软件实现超声波信号的干涉叠加,并且对超声信号进行相移和频移的处理,因此用超声波散斑代替激光散斑来测量物体的变形已经有效可行的了.超声波能够在气体、液体甚至固体中传播,它可直接对固体内部进行测量,对激光来说这是难以实现的,因此超声散斑干涉计量术将会比激光散斑计量术更有前景.本文将利用相位和变形的关系理论以及相移技术初步建立用超声计量术测量物体变形的理论并给予试验验证.
1 理论分析
当超声波发射到粗糙物体表面时,物体表面发生漫反射,这时在物体表面附近的声场中会产生与激光散斑一类似的超声散斑.超声散斑数字干涉是在散斑场中引入参考声波,使散斑与参考声波在微机内用软件进行干涉——这种称之为数字干涉的方法,它不要求物声波与参考声波在空间的实际干涉叠加,避免了分束器的使用要求.设物体位移前散斑场中某点的声振幅为UO,ΦO,参考声波振幅与相位分别为UR,ΦR,则
散斑信号与参考声波在微机内干涉后的声强为
物体有了微小位移后,散斑信号与参考声波在微机内干涉后的声强为
由式(3)可知干涉叠加后的声强信息中包含了新的相位(Φ0-ΦR).由式(4)可知物体位移后相位有了ΔΦ的变化.令Φ=Φ0-ΦR,根据相移原理公式
可知连续改变3次参考声波的相位后分别和原散斑信号叠加后共产生4个不同的声强,把这不同的4个声强带入式(4)便可得出散斑信号的相位Φ.物体产生小位移后,用上述同样的方法可得位移以后散斑信号的相位Φ′,前后两次相位相减可得位移前后的相位变化ΔΦ=Φ′-Φ根据相位与位移的关系式可计算出此点的位移.由于测量的是小位移此处不存在判断物面位移前后相位差是否超过2π的问题.
1.1 离面位移测量原理
物体外层界面离面位移的测量系统如图1(a)所示,置于水中的试件外层界面(上表面)粗糙,表面起伏高度峰值为亚毫米级,等同一般非经打磨的物面;而内层界面(下表面)光滑.采用自发自收工作模式.程控函数发生器产生一定长度的正弦波列,对超声探头R进行激励,R聚焦于上表面测点O1上.R发射超声至O1上,然后又接收该处的散斑信号,并输出至数字存储示波器,经A/D转换后的散斑数据即物声波数据被输入至微机.另一方面,函数发生器输出与物声波同频率的信号至数字存储示波器,经A/D转换后所形成的参考声波数据也输入至微机.应用软件,使参考声波数据与物声波数据进行叠加运算,获得干涉声强I1,然后,应用数字相移技术,即应用软件,重写参考声波数据,使原参考声波的相位分别延迟π/2,π和π/2后,再分别与原物声波数据叠加运算,获得干涉声强I2,I3和I4,再根据式(5),可求得测点的相位Φ.当O1点在Z方向有离面位移后,R在原位置上进行同样的测量,可得O1点位移后的相位Φ′.根据位移前后的相位差,可求测点的离面位移d0.根据相干原理,若O1点存在面内位移,它不影响对离面位移的测量.
物体内层界面离面位移的测量系统如图1(b)所示.这时试件上表面光滑,下表面粗糙.R聚焦于下表面测点O2处,其测量方法和步骤与测量外层界面时的完全相同.
1.2 面内位移测量原理
物体外层界面面内位移测量系统如图2(a)所示.置于水中的试件外层界面(上表面)粗糙,而内层界面(下表面)光滑.采用一发一收工作模式.程控函数发生器先后激励超声发射探头T1和T2,使两探头发射的超声以O1为中心对称地斜入射至试件的上表面,聚焦于测点O1的探头R位于对称轴位置.在物体位移前,先激励探头T1发射超声,探头R接收O1处的散斑信号,并输出至数字存储示波器,经A/D转换后的散斑数据被输入至微机,应用软件,使参考声波数据与物声波数据进行叠加运算,获得干涉声强I1,然后用测离面位移的方法重写参考声波数据,使原参考声波的相位分别延迟π/2,π和3π/2后,再分别与原物声波数据叠加运算,获得干涉声强I2,I3和I4,再根据式(5),可求得测点的相位.再激励探头T2发射超声,探头R接收O1处的散斑信号,用上面同样方法算出激励探头T2发射超声时O1点散斑信号的相位;当物体位移后再按上述方法接收两次信号,并算出物体位移后分别由T1,T2发射超声时O1点散斑信号的相位.然后,分别算出激励T1,T2发射超声时位移前后的相位差ΔΦ1,ΔΦ2.若把ΔΦ1,ΔΦ2分为由离面位移和面内位移引起的相位差ΔΦ′和Φ″,那么可写成和将ΔΦ1,ΔΦ2做相减运算可得,因为和是同一点离面位移引起的相位差,所以是相等的,这样相减运算后得结果可以写成是同一点引起的面内位移,它们是数值相等符号相反的,所以O1处得面内位移引起得相位差
由相位差便可间接求得面内位移d1.
物体内层界面面内位移的测量系统如图2(b)所示.这时试件上表面光滑,下表面粗糙.T1和T2发射的两束超声对称地斜入射至试件的下表面,R聚焦于下表面测点O2处,其测量方法和步骤与测量外层界面时的完全相同.
2 实验与结果
本文用上述原理设计了测量位移的实验系统,如图3所示.采用f2.5的聚焦探头接收信号,焦距为30 mm,普通f2.5直探头发射信号,信号发生器为CTS-230A型超声探伤仪,采用GOLDSTAR OS-3040型号数字存储示波器进行A/D转换并将数据存储于微机内.试件和水槽均放在平移台上,可直接读出位移实际值.本文给出了实验测量值和实际值的对比,如图4所示(单位mm).从图4可以看出实验值与实际值还有一定差距,在试验中的误差可以主要分为3部分:实验方法误差、实验系统误差、计算误差.在实际测量中这3部分误差是很难从数据中区分开来的,选对了好的实验方法误差的大体就可以确定在一个范围内,所以改进实验方法是减小误差的最主要工作.在以后的研究中可首先考虑改进实验方法,用正弦信号发射器代替脉冲信号发射器来进行测量,之后可考虑在不同材料试件下测量的重复误差.
3 结论
本文在数字散斑干涉理论的基础上,应用相移-频移技术推导了超声散斑数字干涉法测量位移的基本原理,根据此原理当物体发生微小位移后,测得被物体漫射后的散斑的信息便可得到此物体位移的具体数值.本文的实验值也表明理论分析是正确的.超声数字散斑干涉测量不需要在减震台上操作,不需要进行全场条纹分析,特别是具有能在液下和其他恶劣环境中应用的优点.位移测量将是超声数字散斑干涉法的初步应用,它还可应用于物体内部应变、振动的测量.
摘要：提出了用超声散斑干涉法来测量物体的位移，并且基于数字干涉和相移-频移技术对超声散斑数字干涉测量法进行了初步的理论推导．为了验证理论分析的结果，对一铝试件进行了离面位移和面内位移的试验测量．试验结果显示理论分析是正确的，在测量位移和变形时此方法是有效可行的．
关键词：超声散斑,数字干涉,位移测量
参考文献
[1] Hong ZK,Han JB.Consideration on speckle pattern inter- ferometry of ultrasonic speckles.Ultrasoncis,1997,35(4): 329～332
[2]朱鸿茂，刘永辉，胡鹏等．界面反射超声散斑统计特性．声学学报，2002，27(3)：213～217(zhu Hongmao,Liu Yonghui, Hu Peng,et al.Statistical properties of reflected ultra- sonic speckles.Acta Acustica,2002,27(3):213～217(in Chinese))
[3]吴艳阳，朱鸿茂，王寅现．高斯界面背向散射超声散斑复振幅统计特性．声学学报，2004，29(3)：249～253(Wu Yanyang, Zhu Hongmao,Wang Yinguan.Statistical properties of complex amplitude of ultrasonic speckles back scattered from a Gaussian interface.Acta Acustica,2004,29(3): 249～253(in Chinese))
[4] Zhu Hongmao,Zheng Weihua.Statistical properties of P- SV mode converted wave ultrasonic speckles reflected from an interface.Chinese Journal of Acoustics,2004,23(4): 307～315
[5]朱鸿茂，郑伟花，黄忠文等．应用相关原理分析界面反射超声散斑的空间运动．物理学报，2004，53(8)：2614～2620(zhu Hong- mao,Zheng Weihua,Huang Zhongwen,et al.Research on spatial motion of ultrasonic speckles back-scattered from an interface in motion.Acta Physica Sinica,2004,53(8): 2614～2620(in Chinese))
数字超声系统 篇9
在现代煤矿仪器仪表中,振荡频率源有着广泛的应用,很多矿用电子系统实现高性能指标的关键因素就是需要设计高稳定振荡频率源,甚至很多矿用电子设备和系统的功能都直接依赖于所使用的频率源的性能,比如矿用超声波料位仪、超声波流量计、超声波风速传感器等。由于煤矿井下空气湿度大,并含有少量腐蚀性气体,电子设备如果长期在这样的环境下使用,元器件的参数和性能必然会发生变化。传统的超声波振荡电路大多采用数字或模拟的自激振荡电路,振荡频率的调整一般都是通过改变电阻或电容值的大小来实现,一旦调整到最佳频率点,该电路的振荡频率就被固定下来。然而,电阻或电容值会随环境温度、湿度的变化而发生改变,导致电路的振荡频率也随之发生变化,从而影响设备性能指标,甚至需要定期校正或不能正常工作。另外,超声波振荡电路一般都有一个最佳频率工作点,传统的超声波振荡电路都是靠手工调整频率来寻找这个最佳工作频率点,这样严重影响了产品的生产效率,也要求生产人员必须具备较高的技术水平,造成生产瓶颈。要想保证振荡频率的精准度,同时能自动进行动态扫描完成寻找最佳工作点的工作,采用单片机控制直接数字合成芯片正好能实现这项功能。本文在介绍直接数字频率合成技术(DDS)基本工作原理的基础上,设计了一种超声波振荡电路,解决了矿用仪器仪表电路中超声波振荡电路频率漂移的问题。
1 DDS基本工作原理
DDS基本工作原理如图1所示。它主要是利用采样定理,通过查表来产生波形,由基准时钟源、相位累加器、相位/幅度变换器、DA转换器、低通滤波器等构成。基准时钟源是产生稳定波形(包括频率和相位波形)的前提,它直接用于DDS中各功能组件之间的同步[1]。简而言之,DDS就是对相位进行等间隔的采样。
相位累加器是实现DDS的核心部分,它由一个加法器和一个与加法器等宽的相位寄存器组成,如图2所示。加法器的2个输入量分别为外部频率控制字K和相位寄存器的反馈输出,在时钟脉冲沿到来时,加法器将上一个时钟周期内相位寄存器的值与频率控制字K进行累加,其累加和被相位寄存器采样并保持,当时钟脉冲沿到达时作为相位累加器在此刻时钟的输出,并反馈到加法器的一个输入端[2]。相位累加器输出的高位部分作为查询波形表的地址,从波形表中读出相应的幅度数据送到DA转换器转换成模拟信号。
当DDS电路工作时,在基准时钟源的控制下,相位累加器连续进行相位线性累加(每次累加的步进量为频率控制字K),当累加和超过相位累加器的宽度时就会产生取模溢出,从而完成一个周期性的翻转,这个周期就是DDS输出信号的频率周期。输出频率的计算公式为
式中:fout为输出频率;N为加法器的位宽度;K为外部输入的频率控制字;fc为基准时钟源频率。
当K=1时,输出频率达到最小值,因此输出频率的最小分辨率为fmin=fc/2N。可见,输出频率的最小分辨率与加法器的宽度以及输入的基准时钟源频率的大小有关。
2 DDS的特点
相对于直接模拟频率合成以及锁相环频率合成这两种传统的合成技术而言,DDS由于采用了数字处理技术,并且以固定的时钟脉冲为基础,因而能够避免许多传统技术的不足。DDS具有以下主要特点:
(1)输出波形频率具有极高的分辨率。
当输入基准时钟频率满足系统要求时,增加相位累加器的位宽可以使输出分辨率足够小。以AD9850芯片为例,假设输入基准频率为12 MHz,相位累加器和频率控制字的位宽为32 bit,即式(1)中的N=32,当K=1时,输出分辨率可以达到2.8 MHz。而传统的模拟锁相环频率合成技术通常只能够达到1 kHz左右的分辨率。
(2)输出频率变化时间短。
DDS是一个开环系统,不带反馈环节,DDS的频率控制字改变后,最多经过一个基准时钟源周期的等待时间,相位累加器就会按新的相位步进量进行累加,即可实现输出频率的改变,因此,输入基准时钟源的频率越高,则频率转换耗时就越短。目前DDS的频率转换时间可达到纳秒级,要比采用其它频率合成方法快2～3个数量级[3]。
(3)输出信号频率动态范围大。
因为DDS的输出信号不像模拟锁相环频率合成电路那样容易受电路稳定性的影响,理论上只要在满足抽样定理的前提下,输出频率可以达到输入基准时钟源频率的50%,但考虑到输入低通滤波器的特性以及电路设计的难度,达到基准时钟频率的40%是可行的[4]。
(4)输出波形灵活。
从DDS实现的基本原理可知,只要在DDS内部加上所需要的特定控制功能,即可在输出端获得相应波形,比如实现调频、调幅和调相等。另外,可在波形ROM中存放特定的波形数据,在输出端可获得相应的波形,甚至可输出多路波形不同的信号。理论上可产生任意波形信号。
3 超声波振荡电路的设计
与传统的振荡电路设计相比,采用DDS设计的振荡电路硬件更为简单,没有自激振荡,也没有稳频、稳幅电路等环节,只需要一个单片机(本文采用C8051F021),一片DDS芯片(本文采用AD9850)以及简单的无源滤波电路即可构成一个高稳定的振荡器。该振荡器由C8051F021向AD9850提供基准时钟源以及频率控制字,并对AD9850进行控制,由AD9850根据频率控制字自动产生特定频率的正弦波形。由于AD9850的输出波形是由DA转换器产生的,其中含有高频分量,所以在AD9850的输出端必须增加一定的滤波措施。一般情况下,超声波换能器是由脉冲方波驱动的,所以增加一级比较器(本文采用LM293)将正弦波转换成方波,然后接功率放大电路就可以直接驱动超声波发射器了。本电路简单可靠,不需要任何可调器件,输出信号的幅度、频率极为稳定,只要C8051F021的输出基准时钟稳定,振荡器的输出信号就不会随环境温度、湿度的变化而变化,频率调整由C8051F021控制,可以小于1 Hz的步距进行调整,并且可调范围广,其参数性能明显优于传统振荡器。
AD9850是AD公司推出的高性能DDS芯片,它采用3.3 V或5 V电源供电,最高输入基准时钟频率可达125 MHz,内含一个可编程的DDS核心、波形存储器、一个10 bit的高速DAC和一个高速比较器,相位累加器位宽为32 bit,控制接口形式既具有并行方式也具有串行方式,波形存储器中存放的是正弦波形数据。在5 V供电、输入基准时钟为125 MHz时,芯片功耗仅为380 mW。当芯片正常工作时,相位寄存器的输出作为正弦波形查找表地址,通过查询表把输入地址的相位信息映射成正弦波幅度信号,最后驱动DAC以输出正弦波形。由于AD9850属于高速的数模混合器件,要想获得良好的效果,PCB布局布线也需要引起足够的重视,推荐采用4层板设计以保证电源和地信号的完整性。如果采用数字信号与模拟信号分开的话,地信号应该在AD9850芯片底下连接,连接芯片电源,地的铜导线应尽量宽。为消除高频开关噪声,在每个电源引脚附件加退耦电容是必要的。C8051F021与AD9850之间的连接方式可根据需要而定,可分为串行连接根数据线和并行连接根数据线2种方式,本文采用串行连接方式,具体电路如图3所示。
CLKIN为参考频率源输入,由C8051F021的时钟通过分频输出得到。W CLK为串行时钟信号,D7(DIO)为串行数据输入输出端。FQ UD为输出刷新控制信号。C8051F021每次向AD9850送40 bit数据(5 B),其中包括32 bit频率控制字,3 bit状态控制字和5 bit相位控制字[5]。AD9850的输出为正弦波,一般需要进行滤波处理,输出信号幅度随负载电阻变化,负载电阻大小的选择是决定输出信号幅度和波形好坏的关键因素。如图3所示,通过电阻R46、R47和电容C17可得到输出波形的基准电压,将该基准电压与输出波形进行比较即可获得占空比为50%方波输出。
4 AD9850驱动程序的实现
AD9850驱动程序相对比较简单,只需要实现2个函数:第一个函数为初始化函数,第二个函数实现向AD9850写数据的功能。函数声明如下:
void AD9850 Init(void);
void Write AD9850(uchar*freq data);
根据AD9850的复位时序要求,W CLK和FQ UD需要分别有一个上升沿跳变的过程,要注意2个上升沿之间的延时间隔。另外,向AD9850送数据时要求低位先送,芯片在上升沿采样数据,在送出最后一位数据且保证数据线仍然有效的前提下,将W CLK设置为低电平,同时设置FQ UD向高电平跳变。如果需要改变输出频率,只需要改变32 bit的频率控制字即可,输出频率精度极高,而且稳定可靠,只要参考源频率稳定,输出频率就一定稳定。AD9850控制字写入程序流程如图4所示。
5 结语
采用芯片的振荡电路已成功应用于矿用风速传感器的设计中。该振荡电路运行稳定可靠,不会随温度、湿度的变化产生频率漂移;频率调整极为方便,在使用过程中不需要重新调校,对改善风速传感器的性能起到了关键作用。这种通过采用DDS芯片来设计高稳定振荡信号源的方法,对于提高产品性能、可靠性以及智能化程度具有重要意义,并且这种对频率信号源的改进方法也具有通用性,不仅是对超声波振荡电路的改进,而且也对其它需要高稳定频率信号源的仪器仪表的性能提高具有借鉴意义。
参考文献
[1]王家礼,孙璐.频率合成技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2009.
[2]姜田华.实现直接数字频率合成器的三种技术方案[J].电子技术应用,2004(3):1-3.
[3]陈思忠,袁易全.近代超声波原理与应用[M].南京:南京大学出版社,2006.
[4]石雄.直接数字频率合成技术的应用与研究[D].武汉:华中科技大学,2007.
数字超声系统 篇10
关键词：早期乳腺癌,数字化乳腺摄影,高频超声
近年来我国女性乳腺癌的发病率有明显上升趋势,在部分大中城市,已跃居女性肿瘤发病首位,因此,早期准确诊断乳腺癌是我们面临的重要课题。随着乳腺摄影和超声技术的发展,应用乳腺摄影和超声已成为检查乳腺肿块的重要方法[1,2,3]。本文回顾性分析了2007年4月至2009年7月42例小乳腺癌的X线征象及超声声像图表现,旨在探讨早期乳腺癌的影像特征,以提高小乳癌的诊断准确率。
1 资料与方法
1.1 研究对象
本组42例均为2007年4月至2009年7月间在我院行数字化乳腺摄影和彩超检查并经手术病理证实的女性患者,年龄24~58岁,平均44岁。
1.2 方法
1.2.1 数字化乳腺摄影
使用美国GE公司Diamond数字化钼靶X-线摄影机,采用系统的全自动曝光控制模式。常规摄取双侧乳房轴位与斜位(CC,MLO)必要时加照局部点压放大片。准确描绘所显示肿块的形态,边缘和密度;分析钙化灶的形状,数量,颗粒大小,是否均质;记录有无局部结构紊乱等影像及患者的乳腺类型、乳头乳晕皮肤等有否改变。
1.2.2 超声检查
使用德国SIMENS SEQUOIA 512型彩色多普勒超声诊断仪,探头频率为7.5~10 MHz。患者取仰卧位,双臂上举,充分暴露双侧乳房,先用二维超声检查乳腺的各个象限,确定肿块的位置,并观察肿块的大小,边缘形态,内部回声,纵横径比,后方有无声衰减等,常规检查双侧腋窝淋巴结有无肿大。用彩色多普勒仔细观察病灶周边及内部血流情况,记录血流分级,按Adler半定量法[1]记录肿块彩色多普勒血流信号分级及阻力指数(RI)。
1.3 统计学方法
采用SPSS10.0软件进行统计分析,进行计数资料的χ2检验,P<0.05有统计学意义。
2 结果
早期乳腺癌数字化乳腺摄影的直接征象有肿块和微小钙化;间接征象有局部结构紊乱,不规则致密影,异常血管相和大导管相、漏斗征等。典型的乳腺癌超声声像图特征为[4]:肿块呈实质性低回声包块、形态大多数不规则、呈锯齿状或蟹足状,边界不清、内部回声不均匀,可有微小钙化,后方回声衰减,纵横径比率大于1等。血流分布状况:CDFI显示典型的乳腺癌肿块内部多有中量以上的血流信号,为Ⅱ~Ⅲ级血流,主要分布于肿瘤的边缘内侧,频谱分析显示PSV>20 cm/s,RI>0.70。
本组42例早期乳腺癌病例中,经数字化乳腺X线摄影确诊共35例,诊断准确率为83.3%,经超声检查确诊共31例,诊断准确率为73.8%,但经统计分析,二者之间差异无统计学意义(P>0.05)。数字化乳腺摄影联合超声检查确诊共38例,诊断准确率为90.5%。
经病理证实,本组42例早期乳腺癌患者中,病理类型分别为:浸润性导管癌21例,小叶癌7例,导管内癌4例,硬癌3例,原位癌、黏液癌、髓样癌各2例,印戒细胞癌1例。
3 讨论
3.1 数字化乳腺摄影对早期乳腺癌的诊断价值
典型的乳腺癌肿块表现为高密度,且密度越高,恶性度越大;肿块形态不规则,边缘呈毛刺状或分叶状(见图1)。肿块边缘征象被认为是最重要的,肿块呈浸润状边缘,毛刺状边缘及小分叶状边缘被认为是恶性征象,而边缘清晰常为良性征象。浸润边缘、毛刺状边缘形成的病理基础是癌灶向周围组织、血管、导管等浸润所致,小分叶状边缘的形成机制为肿瘤的多中心生长以及肿瘤生长不均衡所致。本组42例乳腺癌中乳腺摄影发现肿块33例(占78.6%),23例呈高密度(占69.7%),26例肿块边缘呈毛刺状或分叶状(占81.2)。
微小钙化是乳腺癌的另一重要特征。恶性钙化灶的颗粒细小,直径多小于0.5 mm,形态多样,可以呈杆状、棒状、针尖样、泥沙状等,且密度不均匀,钙化灶发生的位置可以在肿块的内部,也可以在肿块外,或肿块内外兼有,有学者认为,钙化灶的数量超过5枚/mm2时对诊断乳腺癌有意义[2]。本组42例早期乳腺癌病例中,共发现恶性钙化灶26例,均呈簇状钙化,位于肿块内的钙化12例,内外兼有8例,肿块外6例,钙化灶呈杆状、棒状或泥沙样。当钼靶X线片上出现典型恶性钙化灶时,虽不伴有其他恶性征象亦可以诊断为乳腺癌[3]。值得注意的是良性肿瘤有时也可出现钙化灶,但良性肿瘤的钙化灶一般为块状及粗颗粒状,要注意鉴别。
本组42例中发现的X线间接征象有:局部结构紊乱16例,不规则致密影10例,异常血管相7例,漏斗征、大导管相各2例。间接征象对乳腺癌的早期诊断有重要意义,在诊断乳腺癌早期,与良性肿块的X线征象有时表现相似,如果有间接征象的配合,则可以提高诊断正确率,仅有间接征象,缺乏直接征象时,应结合其他检查甚至穿刺活检,使患者得到尽早确诊。
3.2 超声检查对早期乳腺癌的诊断价值
病灶形态不规则、边界不清晰是典型乳腺癌的表现,具有较高的特异性。本组42例小乳癌中,有25例表现出这两种声像图特征,这可能是因为病灶缺乏完整包膜并呈浸润性生长的缘故。而较小的乳癌并不表现为蟹足样浸润生长,可能与肿块尚小,生长时间较短有关。乳腺增生结节也可表现为形态不规则,边界不清晰,在二维声像图上与小乳癌相似,较难区分,需要结合彩色多普勒等其他表现来加以鉴别。如果病灶同侧腋窝发现类圆形肿大淋巴结,对诊断乳腺癌有很大的帮助。尽管乳腺癌的原发灶很小,但早期就可以发生淋巴结转移。本组小乳癌中,有9例发现有淋巴结转移。微小钙化诊断乳腺癌的特异性很高,但敏感性太低,尤其是在小乳癌中的发现率较低,本组病例中,仅有4例被检出有微小钙化。
42例小乳癌肿块中血流分级达Ⅱ级~Ⅲ级的共29例,占69%(29/42),较文献报道稍低。由于恶性肿瘤快速的浸润性生长,使病变区内血供丰富,新生滋养血管增多,故癌肿的四周及内部可见到相对丰富的高速高阻的动脉供血,因此肿瘤血供的丰富程度,能客观地反映良、恶性肿瘤的血供特征。声像图上表现典型的彩色血流信号和多普勒频谱对乳癌的诊断有较大的帮助,不典型的则易引起误诊。若在肿块的内部或附近探及高速高阻的动脉血流,结合二维图像,对乳癌的诊断有较高的价值[5](见图2)。
如果一个乳腺肿块同时具备恶性肿块的多种征象,肿块的恶性几率就大,而良性肿块较少同时具备以上多种声像表现。
3.3 数字化乳腺摄影联合超声对早期乳腺癌的诊断价值
数字化乳腺摄影和超声对早期乳腺癌的诊断各有优缺点。数字化乳腺摄影较传统的钼靶摄影有更多的优势,经过乳腺软件处理的图像分辨率高,能清晰地显示乳腺皮肤、皮下组织、乳腺内部结构,同时能清晰显示乳腺结构和密度的变化,尤其是对钙化灶敏感。本组有4例早期乳腺癌病例在临床未扪及肿块,数字化乳腺摄影和高频超声均未发现明确肿块的情况下,根据数字化乳腺摄影发现乳腺内恶性钙化灶,伴或不伴局部结构紊乱、不规则致密影征象而得到确诊并经病理证实。但对于腺体丰富致密的乳腺内的病灶,数字化乳腺摄影可能因为致密的乳腺组织形成高密度的阴影掩盖病灶而漏诊,而超声则对肿块敏感。本组有2例早期乳腺癌数字化乳腺摄影未发现肿块而漏诊,而超声检查发现明确肿块确定诊断。超声虽对肿块敏感,但对边缘规则清楚的肿块难以定性,尤其是肿块直径小于10 mm时。因此需要结合彩色多普勒超声仔细观察肿块内部及周边的血流信号来分析肿块性质。
综上所述,通过对数字化乳腺摄影和超声检查结果的分析,前者的诊断准确率虽然高于超声,但经统计分析,二者的差异并无显著性。数字化乳腺摄影最明显的优势在于能够发现尚未形成明显肿块的早期乳腺癌,据报道,它可在乳腺癌发展成扪诊阳性的肿块之前两年显示病变,使其得到早期诊断和治疗,大大提高了患者的生存率[6]。超声检查亦可弥补数字化乳腺摄影的一些不足,且随着超声新技术的发展,如通过检测肿块硬度来鉴别乳腺肿块良恶性的超声弹性成像技术的成熟,对乳腺癌的早期确诊会有更大的帮助[7,8]。将两种检查方法联合应用可以提高早期乳腺癌的诊断率从而使乳腺癌患者得到及时治疗,提高患者生存率。
参考文献
[1]Adler DD,Curson PL,Rubin JM,et al.Doppler ultrasound color flow imaging in the study of breast cancer.prelimimary finding[J].Ultra-sound Med Biol,1990,16(3):553-558.
[2]苗英,戎悦,章士正.乳腺摄影技术标准化的探讨[J].中华放射学杂志,2000,34(3):159-161.
[3]鲍润贤.中华影像医学乳腺卷[M].北京,人民卫生出版社,2002:66.
[4]周永昌,郭万学.超声医学[M].第4版.北京:科学技术文献出版社,2002:397-401.
[5]韩增辉,王建宏,钱蕴秋,等.小乳腺癌的高频声像图及能量多普勒血流特征[J].中国超声医学杂志,2001,17(7):499-502.
[6]冯敢生,韩萍.重视乳腺影像学[J].临床放射学杂志,2001,20(1):5-6.
[7]Krouskop TA,Wheeler TM,Kallel F,et al.Elastic moduli of breast and prostate tissues under compression[J].Ultrason Imaging,1998,20(4):260-274.