林瑞鵬福建衛生職業技術學院第三章B超基本結構分析第一節

超聲成像的換能器技術第二節

B超成像工作原理與整機結構分析第三節

B超發射聲束的形成與掃描電路第四節

B超接收電路的基本結構與工作原理目錄第3章B超基本結構分析第五節

超聲回波信號顯示前處理第六節

數字掃描變換器第七節

超聲圖像數字化第八節

TV合成與D/A變換第九節

系統控制概述超聲回波信號顯示前處理第五節第三章B超基本結構分析超聲回波信號顯示前處理經過相位調整電路合成的單路信號很弱且具有較大的動態范圍，需要通過對數放大電路為其提供一定的放大倍數和給予適當的對數壓縮，使信號能適應終端顯示的動態范圍。同時，接收靈敏度控制電壓在此對回波實施深度增益補償(TGC)和動態濾波，然后該信號被檢波成視頻輸出，送往數字掃描變換器(DSC)。第五節超聲回波信號顯示前處理US板DF和TGC電路第五節超聲回波信號顯示前處理討論：

超聲顯像中的一個基本問題是人體軟組織對超聲的衰減與頻率大致成線性關系，例如，人的肝臟對超聲的衰減大約為0.5dB/(MHz·cm)。這樣：2.5MHz超聲脈沖在肝臟組織中來回傳播過20cm時將衰減25dB？那么多少

MHz超聲脈沖在肝臟組織中來回傳播過20cm時衰減50dB。第五節超聲回波信號顯示前處理（P131）多層匹配超聲探頭

未與墊襯、負載匹配的換能器系統雖然有較高的靈敏度，但頻響帶寬卻最窄（曲線a）。動態濾波電路第五節超聲回波信號顯示前處理探頭中多層介質的匹配情況對系統的頻響影響很大。多層匹配超聲探頭墊襯匹配但負載不匹配時，雖然帶寬得到展寬，但系統靈敏度大大降低，且曲線起伏較大（曲線c）。

動態濾波電路第五節超聲回波信號顯示前處理探頭中多層介質的匹配情況對系統的頻響影響很大。多層匹配超聲探頭只有當換能器與墊襯、負載都匹配良好時,系統帶寬和靈敏度才能得到兼顧（曲線b）。動態濾波電路第五節超聲回波信號顯示前處理探頭中多層介質的匹配情況對系統的頻響影響很大。多層匹配超聲探頭第五節超聲回波信號顯示前處理試驗證明，當頻率為3,5MHz的雙層匹配超聲探頭接受電激勵后，所發射的超聲波的頻帶寬度可達(2~9MHz)，遠高于一般探頭約2MHz帶寬的水平。就是說由于多層匹配的效果，使原為窄頻發射的超聲探頭變為寬頻帶發射。動態濾波的意義動態濾波電路第五節超聲回波信號顯示前處理組織的衰減不僅與被探測介質的深度有關，還與超聲波的頻率有關，隨著頻率升高，介質對超聲能量的衰減系數增大。當所發射的超聲波具有較寬的頻帶時，則所接收的回波中頻率成分必然與距離有關。在近場，回波頻率成分主要集中在頻帶的高端，隨著深度的增加，回波頻率成分逐漸向頻帶的低端偏移。當探測深度較大時，高頻成分甚至不能到達介質的深部便已經全部被吸收了。動態濾波的意義第五節超聲回波信號顯示前處理以3.5MHz寬頻探頭為例，所接收的回波頻率成分在全探測深度的分布范圍中，Ⅱ區為最具有診斷價值的回波頻率成分所占的范圍，Ⅲ區為人體介質吸收衰減所占的頻率范圍，Ⅰ區為近場低頻回聲區過強的低頻分量占有，不僅對近場的回聲灰度顯示沒有多大的必要，還將嚴重影響近場的分辨力，因此要考慮濾除。動態濾波的意義通常對深部組織的顯像使用較低頻率的換能器，而對淺部的顯像使用較高頻率的換能器，以便獲得優質的圖像。

動態濾波電路用于自動選擇回聲信號中有診新價值的頻率成分，并濾除近體表以低頻率為主的強回聲和遠場以高頻為主的干擾，從而提高了近場分辨力和遠場信噪比，使回聲圖像得到了改善。超聲回波信號顯示前處理第五節超聲回波信號顯示前處理

DF電路和DF電壓發生器動態濾波電路第五節超聲回波信號顯示前處理

DF是英文dynamicfilter（動態濾波）的縮寫。顧名思義，DF電路就是一個選頻網絡，它與一般選頻網絡的不同之處在于其濾波頻率不是固定的，而是隨著接收深度的增加而升高的。

為了實現濾波頻率隨著探測深度的變化，通常仍需要采用變容二極管作為槽路頻率控制元件，并通過改變施加于其兩端控制電壓的數值來改變其等效容量，使槽路頻率隨之改變。變容二極管第五節超聲回波信號顯示前處理在探測深度范圍的淺表段，由于DF電壓比較高，變容二極管所呈現的結電容小，則槽路諧振頻率高，因而具有高通特性，隨著DF電壓的下降，變容二極管所呈現的結電容逐漸增大，槽路特性逐漸由高通轉為低通。高通：通高頻濾低頻低通：通低頻濾高頻

DF電壓發生器第五節超聲回波信號顯示前處理采用微機技術的現代B超中，用數字式函數發生器獲取DF函數電壓比較方便。該電路采用數據列表和D/A變換方式產生動態濾波控制(DF或EFC)電壓。CPU送出的EFC編碼送入D/A變換D913，再經兩級運算放大器N911放大后即輸出，這就是我們所需要的DF函數電壓。數字式DF電壓發生器典型電路動態濾波電路的工作原理動態濾波電路第五節超聲回波信號顯示前處理為了獲得全探測深度最佳分辨力的回聲圖像，希望所接收的回聲僅選擇在體表部分(近場)具有良好分辨力的高頻分量，以及容易達到體內深部(中、遠場)的低頻分量。動態濾波電路就是用來自動選擇以上具有診斷價值的頻率分量，并濾除體表部分以低頻為主的強回聲和深部以高頻為主的干擾的這樣一個動態選頻器。動態濾波典型電路動態濾波電路的工作原理動態濾波電路第五節超聲回波信號顯示前處理(EFC)動態濾波電路的工作原理動態濾波電路第五節超聲回波信號顯示前處理近場EFC電壓高，變容二極管結電容小，槽路諧振頻率高，槽路高頻傳輸特性好，而對低頻呈現較大的阻抗，使近場低頻分量得到很大的衰減(即濾除了近場過強的低頻成分）。阻抗-頻率曲線動態濾波電路的工作原理動態濾波電路第五節超聲回波信號顯示前處理當EFC電壓隨探測深度的增加而逐漸下降時，變容二極管的結電容隨之逐漸增大，槽路的諧振頻率也就隨之逐漸降低，因此遠場的低頻傳輸特性好，對高頻呈現的阻抗大，使遠場的高頻分量得到衰減，從而實現了動態濾波。阻抗-頻率曲線第五節超聲回波信號顯示前處理濾波類型高通：通高頻濾低頻低通：通低頻濾高頻帶通帶阻實現深度增益補償的意義時間增益補償（TGC）電路第五節超聲回波信號顯示前處理由于介質對超聲波的散射與吸收作用，由探頭發射的超聲能量在介質中傳播時，將受這種作用的影響而造成損耗，使超聲能量隨著深度的增加而逐漸減弱。并且人體介質對超聲的衰減，不僅與介質密度、探測深度有關，還與超聲工作頻率有關，相同的介質密度和深度，對高頻超聲能量的衰減遠大于低頻。

實現深度增益補償的意義第五節超聲回波信號顯示前處理例如，人體軟組織(內臟組織和肌肉)對超聲的衰減約為1dB/cm，當超聲工作頻率為1MHz時，超聲在人體中往返1cm的衰減為2dB，儀器探測深度為20cm，往返全程則衰減為40dB；當超聲工作頻率為3.5MHz時，超聲在人體中往返1cm的衰減為7dB，往返全程則衰減為140dB；當工作頻率變為10MHz時，這種衰減就更加厲害，往返全程20cm總衰減將達200dB。衰減系數單位dB/(cm·MHz)實現深度增益補償的意義時間增益補償（TGC）電路第五節超聲回波信號顯示前處理對于不同深度的相同聲阻抗差界面，反射回波的幅度將不同，距離近的，反射回波幅度強，而距離遠的，反射回波幅度弱。

如果不對遠距離的回波給予一定的增益補償，不同深度的相同聲阻抗差界面在顯示器上將有不同輝度的顯示，因而可能導致對回聲圖像的錯誤認識。實現深度增益補償的意義時間增益補償（TGC）電路第五節超聲回波信號顯示前處理

時間增益補償就是通過某種方式，控制接收機的增益，使其隨探測距離的加大而加大，結果使介質中不同深度的相同聲阻抗差界面回波在顯示器上有相同輝度的顯示。實現深度增益補償的意義時間增益補償（TGC）電路第五節超聲回波信號顯示前處理因為不同深度的界面回波表現在超聲回波傳遞過程中是時間的先后，因此，深度增益DGC(depthgaincompensation)也可稱作時間增益補償TGC(timegaincompensation)，或稱作靈敏度時間控制STC(sensitivitytimecompensation)。TGC電壓產生的典型電路

TGC電壓產生電路第五節超聲回波信號顯示前處理TGC電路在時間增益補償電壓TGC脈沖的控制下，實現對接收回波信號的深度增益補償。TGC電壓產生電路采用數據列表和D/A變換方式產生TGC電壓。時間增益補償（TGC）電路時間增益控制電路第五節超聲回波信號顯示前處理TGC電壓是結合了超聲衰減規律、探頭工作頻率，電子放大和操作者意愿等因素而產生的高精度TGC電壓波形，該波形電壓經三級運算放大器放大后輸出,送往增益控制電路。

增益控制（時間增益補償）電路是對相位調整電路輸出的已經合成為一路的回波信號進行放大，并在TGC電壓的控制下實現對回波的時間（深度）增益補償。時間增益補償（TGC）電路時間增益控制電路第五節超聲回波信號顯示前處理時間增益補償（TGC）電路

時間增益補償（TGC）第五節超聲回波信號顯示前處理TGC示意圖TGC按鈕時間增益補償（TGC）電路US板對數放大電路第五節超聲回波信號顯示前處理超聲回波的動態范圍第五節超聲回波信號顯示前處理

超聲回波幅度的動態范圍很大，通常可達100~110dB。在這一動態范圍中，由組織界面差異引起的回波幅度的動態范圍約為20dB(骨骼與軟組織之間界面例外)，由于聲束方向特性即聲束與界面成不同角度產生所謂“對準效應”所引起的約為30dB，再就是由于人體組織對超聲波的衰減所引起的回波幅度變化，它隨超聲波的頻率以及其在人體中傳播的距離不同而變化，約為1dB/(cm·MHz)。超聲回波的動態范圍第五節超聲回波信號顯示前處理而作為終端設備的調輝型顯像管的視覺可分辨亮度變化范圍僅有20dB左右。如果簡單地將所接收到的回波信號經放大后加入顯像管進行顯示，不僅不能獲得對應幅度的不同輝度顯示，還將在強信號時出現“孔闌”效應，以致強信號圖像-片模糊，弱信號星星點點，使有診斷價值的信息丟失。對數放大電路超聲回波的灰階顯示第五節超聲回波信號顯示前處理需通過對數壓縮來均衡這種差異，任何經過這樣一種幅度壓縮技術處理過的回波圖就稱為灰階顯示回波圖。具有灰階顯示的回波圖像雖然其動態范圍遠小于原圖像信息的動態范圍，但仍基本保留了原圖像信息的差異，因而最終得到的超聲回波圖像中就包含了各種幅度的信息，使得圖像層次分明，表現力大為提高。對數放大電路對數放大電路實現超聲回波圖像的灰階顯示可以使所顯示的圖像層次更為豐富，而對射頻回聲信號實施對數壓縮則是實現灰階顯示的基礎，它是模擬圖像處理的一項重要內容。對數放大器是用于對信號實施對數壓縮的一種非線性放大器，它在醫用B超診斷設備中得到了普遍應用。超聲回波信號顯示前處理第五節超聲回波信號顯示前處理灰階顯示等級與圖像視覺效果關系示意圖超聲回波的動態范圍與灰階顯示第五節超聲回波信號顯示前處理

對回波信息的對數壓縮是通過對數放大器來實現的。對數壓縮級通常設計在時間增益補償(TGC)之后。這樣的好處是由于時間增益補償的效果，使大約100dB動態范圍的射頻信號被壓縮了40~60dB，因而對數放大器的動態范圍就可以僅取40~60dB設計，其壓縮比要求可以降低，對數放大器的電路可以簡化。對數放大器性能的優劣直接影響到超聲回波灰階顯示的效果，它也是信號通道中的重要環節之一。對數放大電路TL441CN在B超中的應用第五節超聲回波信號顯示前處理根據不同的輸人動態范圍要求，對T441CN可以有不同的運用方式。當要求覆蓋的動態范圍較小(比如小于50dB)時，可以僅使用TL441CN的一半電路來構成對數放大器。當要求覆蓋的動態范圍較寬(比如大于80dB)時，則可以使用一片TL441CN中的全部電路來構成一寬動態范圍的對數放大器。理論上TL441CN具有30dBx4=120dB的動態范圍，實際應用可獲得的動態范圍僅有80dB左右。B超對數放大器典型電路第五節超聲回波信號顯示前處理B超對數放大器典型電路對數放大電路TGC與對數放大器第五節超聲回波信號顯示前處理TGC電路已將回波從100~110dB壓縮到10~60dB，這是第一次壓縮，而對數放大器是對回波信號進行第二次壓縮，即對數放大器把60dB的動態范圍再壓縮到30dB以內，使之能與顯像管的視放可辨范圍(20~26dB)相吻合，防止有診斷價值的信息丟失，并使所顯示的圖像層次更加豐富，表現力更強。對數放大電路US板檢波和邊緣增強電路第五節超聲回波信號顯示前處理檢波電路第五節超聲回波信號顯示前處理

振幅調制波的解調簡稱檢波，它要求從振幅調制波中不失真地檢出調制信號，這是調制的逆過程。完成這種解調作用的電路稱為振幅檢波器。檢測脈沖反射回波幅度信息的B超儀就是要檢測出反射回波的包絡。檢波電路用于將對數放大器輸出的高頻回波信號變換為視頻脈沖輸出（視頻信號）。超聲回波信號顯示前處理典型檢波電路第五節超聲回波信號顯示前處理檢波電路由差分放大器N21、檢波二極管V112和V116以及運算放大器N20組成。超聲回波信號顯示前處理檢波電路第五節超聲回波信號顯示前處理波形(A)為等效電路(D)中于A1、A2的輸入波形，對B點來說，當然是連續的負極性脈沖，如圖(B)波形所示，此信號在經低通濾波放大器處理后，在其輸出端將獲得波形B點的包絡(視頻脈沖)，如波形(C)所示。超聲回波信號顯示前處理邊緣增強電路第五節超聲回波信號顯示前處理