一种基于非衍射波的高帧率超声成像发射系统的研究-物理学报.PDF

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 63, No. 19 (2014) 198702 一种基于非衍射波的高帧率超声成像 发射系统的研究 韦永梅 彭虎 1)(阜阳师范学院物理与电子科学学院, 阜阳 236041 ) 2)(合肥工业大学医学工程学院, 合肥 230026 ) ( 2014 年4 月3 日收到; 2014 年6 月2 日收到修改稿) 基于非衍射波的高帧率(high frame rate, HFR) 超声成像的前提是发射阵列波(array beam) 声场, 但由 于阵列波的正弦函数特征使对超声发射信号加权处理变得比较困难, 导致了发射系统复杂. 针对这一问题, 本 文提出一种有效的解决方案. 基于傅里叶变换理论, 从方波的能量成分主要集中在基波这一特性出发, 采用单 值方波对超声传感器发射信号进行加权, 用一个功率信号源和简单的电子开关网络实现了HFR 系统中所需 要的发射电路. 实验表明, 这种方案对HFR 的成像质量几乎没有什么影响, 但大大简化了HFR 成像系统, 这为 HFR 超声成像方法在现有B 超声系统上的实现提供了一个可行的方法. 关键词: 超声成像, 电子开关, 功率信号源, 方波 PACS: 87.57.–s, 87.57.C–, 87.85.–d DOI: 10.7498/aps.63.198702 超声阵元才能最终实现有限衍射波Array Beam 的 1 引 言 发射. 对于现代的二维超声B 超, 一般在128 个 以上, 这将意味着需要128 个功率发射电路. 因此 Lu 在文献[1,2] 提出了一种高帧率(high frame 由于发射电路系统过于臃肿, 电路功耗太大, 直接 rate, HFR) 超声成像系统. 这个系统不同于传统的 限制了这种很有希望的新型超声成像仪器的实现. 3 45 在时域中进行成像 的超声系统 , 它首先在角 文献[12] 提出了一种简化方案, 用两种极性相 谱域中重建图像频谱, 通过频谱合成, 形成一幅完 反的信号源作为发射激励信号和电子开关网络, 根 整图像的宽带频谱, 然后通过Fourier 变换得到图 据不同参数的Array Beam 信号来确定电子开关的 像. 该系统在理论上可以给出每秒3750 帧图像(成 导通和闭合, 这样传感器阵元就只发射两种激励信 像深度为200 mm), 具有很高的时间分辨率和空间 67 号, 产生近似的Array Beam 声场. 这种方法极大 分辨率 . 众所周知, 传感器结构和波的衍射特性会影响 地简化了HFR 的发射电路, 并保持了和直接发射 89 Array Beam 声场几乎一样的成像质量. 但这种方 成像质量 , 在HFR 系统中, 传感器采用线性传 感器, 测量声场常采用有限衍射波10 , 比如阵列波 案需要两个功率信