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1、实验五十七 超声回波处理电路实验目的】超声回波信号是如何经后处理然后送往显示器显示的实验器材】超声回波后处理电路图纸理论基础】增益控制电路增益控制电路用于对调相电路输出的合成回波信号进行放大，并在TGC函数电压的控制下实现对回波的时间（深度）增益补偿。增益控制电路由Trl9Tr22晶体管组成，其中Tr20和Tr21为两级具有正电增 益特性的双栅极场效应管放大电路，TGC函数电压分别加于其第二栅极，而回波信 号电压分别由它们的第一栅极输入。由于双栅极场效应管的两个栅极对漏极电流具1阴站QR74 R145 n有相同的控制特性，因此，当施加于第二栅极的TGC电压从低电平逐渐向高电平变有图可见，虽然随
2、着时间 的变化，有不同深度反射回来 的相同发射强度信号VilVi4 的幅度越来越小，但由于受第 二栅极端TGC电压的控制，双 栅极场效应管的工作点越来越 向高端偏移（由 Q1 移向 Q4）， IDVD 曲线的斜率增大， 使放大器的增益也逐渐增大， 即近场（tOtl段）增益适当 小，远场（t2t4段）增益适 当大。从而使近场的强回声信号得到压缩，而远场的相同发射界面的发射回波由于 传播而造成的衰减得到补偿，保证了不同距离的相同发射强度信号输出的电压幅度 基本相同，如图VD1VD4所示。动态滤波电路为了获得全探测深度最佳分辨力的回声图像，希望所接收的回声仅选择在体表 部分（近场）具有良好分辨力的高
3、频分量，以及容易达到体内深部（中、远场）的 低频分量。动态滤波电路就是用来选择以上具有诊断价值的频率分量，并滤除体表 部分以低频为主的强回声和深部以高频为主的干扰的这样一个动态选择器。动态滤波电路设置在增益控制电路的输入和输出端（见图纸虚线部分），它由电 感L20、电容C212. C136以及变容二极管D37. D38组成一个并联槽路，再由 L21. C150、C213和变容二极管D39. D40组成另一个DF并联槽路。DF电压分别 加于变容二极管的负端。由于变容二极管等效电容的大小决定于所施反向电压的高 低，当电压在330V之间变化时，变容二极管的等效电容值约在20PF3.5FP之 间变化，
4、所加反向电压高时，变容二极管等效容量小，所加反向电压低时，其等效 电容量大。因此当 DF 电压变化时，槽路谐振频率也将随之发生变化，在近程，由 于 DF 电压高，则变容二极管所呈现电容量小，槽路谐振频率高，而随着距离的增 加，DF电压逐渐下降，则变容二极管所呈现容量就逐渐增大，槽路谐振频率也就随 着降低。当近场时，DF加高电压，变容二极管的电容量小，谐振频率大，高频信号传输 特性好；远场时，DF加低电压，变容二极管的电容量大，谐振频率小，低频信号传 输特性好。当 DF 电压由高到低变化时，变容二极管的电容量由小到大变化，频率 由高到低变化，由近场到中场到远场，随着深度的加深，回声信号中有用信息
5、的频 率也由高到低变化，所以 LC 谐振电路的频率也有高到低变化，使有用回声信号的 传输特性加强。对数放大电路 对数放大电路用于压缩回波信号的动态范围，它是保证图像实现灰阶显示以突 出有诊断意义的图像信息的基础。超声回波幅度的动态范围很大，通常可达 100 110dB，而作为终端设备的调辉型显像管的视觉可辨亮度变化范围仅有20dB，它与 探头所接收的回波信号幅度的动态范围差别很大，如果简单的将所接收到的回波信 号经放大后加入显像管进行显示，不仅不能获得对应幅度的不同辉度显示，还将在 强信号时出现“孔阑”效应，以致强信号一片模糊，弱信号图像星星点点，使有诊断 价值的信息丢失。为此，必须通过对数压
6、缩来均衡这种差异，任何经过这样一种幅 度压缩技术处理过的回波图就称为灰阶显示回波图。具有灰阶显示的回波图像虽然 其动态范围远小于原图像信息的动态范围，但其仍基本保留了原图像信息的差异， 因而最终得到的超声回波图像中就包含了各种幅度的信息，使得图像层次丰富，表 现力大为提高。检波电路检波电路用于将对数放大器输出的高频回波信号变换为视频脉冲输出，它由差 动放大器IC46.检波二极管D41和D42以及运算放大器IC47组成，如图。图中，差动放大器IC46引入对数放大器输出的差动信号,它们一般是以3.5MHz（或5MHz）为中心的、具有一定频带宽度的调幅信号，如下图中波形A所示，必 须将它们转换为视频
7、输出才能对其实施DSA处理和屏幕显示。检波电路用于完成这 一转换，它由二极管D41. D42以及负载电阻R87组成。从等效电路（b）可以看出， 这是一个双向检波器，差动放大器的输出可以等效为差动信号源V7 （由IC46的第 7脚输出的信号）和V8 （由IC46的第8脚输出的信号），当它们的极性如图中所标, 为上正下负时，二极管D42导通，而当它们的极性反转为下正上负时，二极管D41 导通，因此，不论输入信号为正半周还是负半周，在负载电阻R87上总可以获得左 正右负的压降，对B点来说，当然是连续的负极性脉冲，如图（c）中波形B所示, 此信号再经低通滤波放大器IC47处理后，在其输出端（a图中的c
8、点）将获得波形 B的包络（视频脉冲），如波形c所示。由于二极管导通电压死区的存在（一般为0.6V），将使小信号检波丢失，大信 号检波则出现失真，为了克服这一影响，电路设计由二极管D43为检波器提供一定 的偏置。由于D43的加入，使两个检波二极管的负载端平时具有一0.6V左右的起始 点位，其导通电压将趋于零，因而可防止信号的丢失和失真。V?IR87D43I C46BVsBCCl 65T卜Q Cl 66 IF（c）波形示意图（a）检波电路（b）等效电路高频。 差动输入视频输出边缘增强电路边缘增强又称之为“勾边”，其目的是加强图像的轮廓，它使图像的识别变得容 易，并可提高对图像测量的精度。信号数字化
9、处理与存贮电路（_） A/D转换将超声视频模拟信号进行A/D转换，即将超声图像数字化。（二）前处理在 A/D 转换之后，在图像存储器之前的这一段处理称为图像的前处理。大致可 概括为：对数压缩、指数变换、回波幅度深度校正、行相关和帧相关等。（三）图像存储器图像存储器，又叫主存储器或帧存储器，是DSC的核心部分，是数字图像处理 的基础。它一方面要将来自A/D转换器的超声数据实时写入存储器，在写入的同时， 又要不间断地读出所存的数据送显示器显示。而且写入（采用读修改/写的方式） 只能在电视显示的空间时间进行。为协调慢速写入、快速读出的时间上的矛盾。图 像存储采用双页结构，在图像存储器的前面设置两个容
10、量相同可分别存储一行像素 的缓冲存储器（读/写交替式工作），并在图像存储器的前后采用串/并和并/串转换器。图像存储器根据不同的需要，有不同的读出方式。若要实时显示超声图像， 可采用先进的先读出方式。若要将图像放大，可对写入的每一单元数据重复两次 读出，使一次超声扫描获得的信息在荧光屏上相邻的两条扫描线上显示。若要将 图像冻结，可停止存储器的写入，并对已存储的一帧图像数据重复不断的读出，则 屏幕上显示一副静止的图像。（四）后处理在图像存储器之后到D/A转换之前的这一段处理，可称为图像的后处理。后处 理是以提高图像清晰度、突出各具有诊断价值的图像特征为目的。例如，可根据不 同要求随意改变显示图像的灰阶范围，特别是那些可存储多幅图像的高档设备，借 用电影演放功能把脏器活动的全过程展示在大夫面前。一般后处理有一下内容：灰 度修正、灰阶的扩展与压缩、伽玛校正、直方均衡、电子放大与插行处理以及正/负 像翻转等。（五）D/A转换D/A 转换将数字信号转换成模拟信号，并同时与电视同步信号合成为全电视复 合信号输出。
超声成像处理电路分析
