專(zhuān)利名稱(chēng)：高輸入動(dòng)態(tài)范圍的超聲生物顯微鏡電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲生物顯微鏡，尤其是一種超聲頻率在35Mhz以上的用于眼科 疾病診斷、預(yù)防的超聲生物顯微鏡電路。
背景技術(shù)：
超聲生物顯微鏡(Ultrasound Biomicroscope，UBM)是20世紀(jì)90年代初發(fā)展 起來(lái)的新型眼科B超影像學(xué)檢測(cè)設(shè)備。UBM作為一種無(wú)創(chuàng)傷、高清晰的眼前節(jié)成像技術(shù)， 利用了高頻超聲對(duì)眼前段組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行類(lèi)似顯微鏡檢查的一種新的影像學(xué)檢查法，可獲 得類(lèi)似于眼前段組織切片的二維超聲圖像，可以清晰地顯示睫狀體及其臨近組織的關(guān)系， 彌補(bǔ)了前房角鏡和眼部B超的不足。同時(shí)，它不受屈光間質(zhì)清晰度及眼壓高低等因素的影 響，對(duì)睫狀體脫離的范圍、高度提供了新的依據(jù)。臨床上使用的UBM —般具有比較高的增益，但在眼科超聲診斷中，角膜基質(zhì)、玻璃 體，前房、后房、視網(wǎng)膜等屬于無(wú)或弱回聲介質(zhì)，在合理的增益范圍內(nèi)，弱介質(zhì)超聲的回波信 號(hào)依舊還是非常弱，和強(qiáng)回聲介質(zhì)相比動(dòng)態(tài)范圍相差非常大。無(wú)、弱回聲介質(zhì)的診斷在臨床 上具有重要意義，例如一些炎癥、外傷導(dǎo)致前后房有房水閃輝、玻璃體混濁現(xiàn)象；角膜基質(zhì) 水腫和營(yíng)養(yǎng)不良會(huì)導(dǎo)致角膜基質(zhì)層有強(qiáng)回聲；玻璃體腔積血或異物、視網(wǎng)膜出血、裂孔、脫 離均會(huì)出現(xiàn)超聲回聲。如何在炎癥初期或者其他疾病引起無(wú)、弱回聲變強(qiáng)之前予以確診將 在臨床上給病患非常大的幫助。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有的超聲生物顯微鏡的動(dòng)態(tài)范圍不高、回波弱信號(hào)成像質(zhì)量較差的不 足，本發(fā)明提供了一種動(dòng)態(tài)范圍高、提升回波弱信號(hào)成像質(zhì)量的高輸入動(dòng)態(tài)范圍的超聲生 物顯微鏡電路。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是
一種高輸入動(dòng)態(tài)范圍的超聲生物顯微鏡電路，包括超聲波傳感器、前置放大電路、運(yùn)算 放大電路、濾波電路、TGC電路(Time Gain Compensation，即時(shí)間增益補(bǔ)償電路)和FPGA控 制器，所述超聲波傳感器、前置放大電路、運(yùn)算放大電路、濾波電路、TGC電路依次連接，所述 超聲生物顯微鏡電路還包括兩個(gè)50DB動(dòng)態(tài)范圍的對(duì)數(shù)放大電路，所述TGC電路與一個(gè)對(duì)數(shù) 放大電路，所述一個(gè)對(duì)數(shù)放大電路與另一個(gè)對(duì)數(shù)放大電路連接，所述一個(gè)對(duì)數(shù)放大電路、另 一個(gè)對(duì)數(shù)放大電路均與復(fù)用模擬開(kāi)關(guān)連接，所述復(fù)用模擬開(kāi)關(guān)與所述FPGA控制器連接，所 述復(fù)用模擬開(kāi)關(guān)與轉(zhuǎn)換電路模塊連接，所述轉(zhuǎn)換電路模塊與所述FPGA控制器連接。作為優(yōu)選的一種方案所述超聲生物顯微鏡電路還包括電源控制模塊，所述FPGA 控制器連接電源控制模塊，所述電源控制模塊連接所述另一個(gè)對(duì)數(shù)放大電路。再進(jìn)一步，所述FPGA控制器與所述TGC電路連接?？蓜?dòng)態(tài)調(diào)整TGC電路的參數(shù)， 使衰減補(bǔ)償更有效。本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為硬件可控高輸入動(dòng)態(tài)范圍的超聲生物顯微鏡電路，能提高弱回聲介質(zhì)超聲成像能力，使回波弱信號(hào)成像細(xì)節(jié)更清晰，輸入具有更高的動(dòng)態(tài)范圍。本發(fā)明在硬件電路上具有一個(gè)可切換的50DB動(dòng)態(tài)范圍的對(duì)數(shù)放大電路，硬件受 上位機(jī)軟件控制，在需要仔細(xì)觀察弱回聲介質(zhì)區(qū)域時(shí)切換電路模式，使診斷更準(zhǔn)確，更及 時(shí)。為了提高輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，本發(fā)明的對(duì)數(shù)放大電路采用級(jí)聯(lián)的方式，可采用 單級(jí)對(duì)數(shù)放大或者兩級(jí)級(jí)聯(lián)。FPGA控制復(fù)用模擬開(kāi)關(guān)選擇對(duì)數(shù)放大電路，單采用單級(jí)對(duì)數(shù) 放大時(shí)，F(xiàn)PGA控制繼電器來(lái)切斷第二級(jí)對(duì)數(shù)放大電路的電源和斷開(kāi)第二路復(fù)用模擬開(kāi)關(guān)。 由于單級(jí)對(duì)數(shù)放大和兩級(jí)對(duì)數(shù)放大輸出電流不同，所以在電流轉(zhuǎn)化電壓電路里才用數(shù)字電 位器來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電阻，使輸出的視頻信號(hào)在合理的A/D采集電平范圍內(nèi)。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在動(dòng)態(tài)范圍高、提升回波弱信號(hào)成像質(zhì)量。


圖1是本發(fā)明的超聲生物顯微鏡的原理框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。參照?qǐng)D1，一種高輸入動(dòng)態(tài)范圍的超聲生物顯微鏡電路，包括超聲波傳感器、前置 放大電路、運(yùn)算放大電路、濾波電路、TGC電路和FPGA控制器，所述超聲波傳感器、前置放 大電路、運(yùn)算放大電路、濾波電路、TGC電路依次連接，所述超聲生物顯微鏡電路還包括兩個(gè) 50DB動(dòng)態(tài)范圍的對(duì)數(shù)放大電路，所述TGC電路與一個(gè)對(duì)數(shù)放大電路，所述一個(gè)對(duì)數(shù)放大電 路與另一個(gè)對(duì)數(shù)放大電路連接，所述一個(gè)對(duì)數(shù)放大電路、另一個(gè)對(duì)數(shù)放大電路均與復(fù)用模 擬開(kāi)關(guān)連接，所述復(fù)用模擬開(kāi)關(guān)與所述FPGA控制器連接，所述復(fù)用模擬開(kāi)關(guān)與轉(zhuǎn)換電路模 塊連接，所述轉(zhuǎn)換電路模塊與所述FPGA控制器連接。所述超聲生物顯微鏡電路還包括電源控制模塊，所述FPGA控制器連接電源控制 模塊，所述電源控制模塊連接所述另一個(gè)對(duì)數(shù)放大電路。所述FPGA控制器與所述TGC電路 連接。可動(dòng)態(tài)調(diào)整TGC電路的參數(shù)，使衰減補(bǔ)償更有效。在超聲接收系統(tǒng)中，超聲波傳感器輸出的回波信號(hào)非常弱，屬于mv級(jí)別的電壓信 號(hào)，此級(jí)別的信號(hào)非常容易引入噪聲干擾。因此需要使用高共模抑制比的前置放大電路來(lái) 放大信號(hào)，該前置放大電路一般都沒(méi)有很高的增益，所以后級(jí)需要運(yùn)算放大電路來(lái)再次放 大信號(hào)。在信號(hào)的放大過(guò)程中，總會(huì)引入一些噪聲的放大，因此采用濾波電路來(lái)濾除噪聲干 擾。因?yàn)槌暬夭ㄔ谌梭w組織中傳輸衰減很快，因此需要采用TGC電路來(lái)補(bǔ)充人體組織造 成的衰減信號(hào)。TGC電路采用FPGA (Field Programmable Gate Array)來(lái)控制，可動(dòng)態(tài)調(diào) 整TGC電路的參數(shù)，使衰減補(bǔ)償更有效。電源控制模塊主要包括一個(gè)微型固態(tài)繼電器，電源控制模塊是控制另一個(gè)對(duì)數(shù)放 大電路的供電系統(tǒng)，當(dāng)僅需要一個(gè)對(duì)數(shù)放大電路時(shí)，該模塊通過(guò)FPGA控制器切斷另一個(gè)對(duì) 數(shù)放大電路的供電，因此不會(huì)對(duì)前一個(gè)對(duì)數(shù)放大有負(fù)載，信號(hào)的輸出也不受另一對(duì)數(shù)放大 電路的影響。該對(duì)數(shù)放大電路功耗比較大，因此切斷不適用時(shí)的電路功耗，提高電源利用率。轉(zhuǎn)換電路中包含數(shù)字電位器，轉(zhuǎn)換電路的作用是將對(duì)數(shù)放大電路電流輸出轉(zhuǎn)換為電壓輸出變成視頻信號(hào)。數(shù)字電位器的作用就是一個(gè)通過(guò)FPGA控制的可變電阻，在一級(jí)對(duì) 數(shù)和兩級(jí)對(duì)數(shù)放大電路切換時(shí)，對(duì)數(shù)電路輸出的電流變化了，因此需要?jiǎng)討B(tài)地更改該數(shù)字 電位器的電阻值，這樣的目的是使視頻信號(hào)在合理的采集電平范圍內(nèi)。本實(shí)施例中，在硬件電路上具有一個(gè)可切換的50DB動(dòng)態(tài)范圍的對(duì)數(shù)放大電路，硬 件受上位機(jī)軟件控制，在需要仔細(xì)觀察弱回聲介質(zhì)區(qū)域時(shí)切換電路模式，使診斷更準(zhǔn)確，更 及時(shí)。對(duì)數(shù)放大電路采用級(jí)聯(lián)的方式，可采用單級(jí)對(duì)數(shù)放大或者兩級(jí)級(jí)聯(lián)。FPGA控制復(fù) 用模擬開(kāi)關(guān)選擇對(duì)數(shù)放大電路，單采用單級(jí)對(duì)數(shù)放大時(shí)，F(xiàn)PGA控制繼電器來(lái)切斷第二級(jí)對(duì) 數(shù)放大電路的電源和斷開(kāi)多路復(fù)用模擬開(kāi)關(guān)，這樣就不會(huì)對(duì)視頻信號(hào)造成影響。由于單級(jí) 對(duì)數(shù)放大和兩級(jí)對(duì)數(shù)放大輸出電流不同，所以在電流轉(zhuǎn)化電壓電路里才用數(shù)字電位器來(lái)動(dòng) 態(tài)調(diào)節(jié)電阻。
權(quán)利要求
1.一種高輸入動(dòng)態(tài)范圍的超聲生物顯微鏡電路，包括超聲波傳感器、前置放大電路、運(yùn) 算放大電路、濾波電路、TGC電路和FPGA控制器，所述超聲波傳感器、前置放大電路、運(yùn)算放 大電路、濾波電路、TGC電路依次連接，其特征在于所述超聲生物顯微鏡電路還包括兩個(gè) 50DB動(dòng)態(tài)范圍的對(duì)數(shù)放大電路，所述TGC電路與一個(gè)對(duì)數(shù)放大電路，所述一個(gè)對(duì)數(shù)放大電 路與另一個(gè)對(duì)數(shù)放大電路連接，所述一個(gè)對(duì)數(shù)放大電路、另一個(gè)對(duì)數(shù)放大電路均與復(fù)用模 擬開(kāi)關(guān)連接，所述復(fù)用模擬開(kāi)關(guān)與所述FPGA控制器連接，所述復(fù)用模擬開(kāi)關(guān)與轉(zhuǎn)換電路模 塊連接，所述轉(zhuǎn)換電路模塊與所述FPGA控制器連接。
2.如權(quán)利要求1所述的高輸入動(dòng)態(tài)范圍的超聲生物顯微鏡電路，其特征在于所述超 聲生物顯微鏡電路還包括電源控制模塊，所述FPGA控制器連接電源控制模塊，所述電源控 制模塊連接所述另一個(gè)對(duì)數(shù)放大電路。
3.如權(quán)利要求1或2所述的高輸入動(dòng)態(tài)范圍的超聲生物顯微鏡電路，其特征在于所 述FPGA控制器與所述TGC電路連接。
全文摘要
一種高輸入動(dòng)態(tài)范圍的超聲生物顯微鏡電路，包括超聲波傳感器、前置放大電路、運(yùn)算放大電路、濾波電路、TGC電路和FPGA控制器，所述超聲波傳感器、前置放大電路、運(yùn)算放大電路、濾波電路、TGC電路依次連接，所述超聲生物顯微鏡電路還包括兩個(gè)50DB動(dòng)態(tài)范圍的對(duì)數(shù)放大電路，所述TGC電路與一個(gè)對(duì)數(shù)放大電路，所述一個(gè)對(duì)數(shù)放大電路與另一個(gè)對(duì)數(shù)放大電路連接，所述一個(gè)對(duì)數(shù)放大電路、另一個(gè)對(duì)數(shù)放大電路均與復(fù)用模擬開(kāi)關(guān)連接，所述復(fù)用模擬開(kāi)關(guān)與所述FPGA控制器連接，所述復(fù)用模擬開(kāi)關(guān)與轉(zhuǎn)換電路模塊連接，所述轉(zhuǎn)換電路模塊與所述FPGA控制器連接。本發(fā)明動(dòng)態(tài)范圍高、提升回波弱信號(hào)成像質(zhì)量。
文檔編號(hào)A61B8/10GK102078206SQ20101056182
公開(kāi)日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者徐亮禹, 朱明善, 陳浩 申請(qǐng)人:溫州醫(yī)學(xué)院眼視光器械有限公司, 溫州醫(yī)學(xué)院眼視光研究院