一種基于超聲時間反演的醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)影像技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于超聲時間反演的醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]醫(yī)學(xué)影像是指為了醫(yī)療或醫(yī)學(xué)研宄，對人體或人體某部分，以非侵入方式取得內(nèi)部組織影像的技術(shù)與處理過程，泛指通過X光成像(X-ray)、X線計算機斷層掃面成像(CT)、磁共振成像(MRI)、超聲成像(US)、光學(xué)相干層析掃描技術(shù)(OCT)等現(xiàn)代成像技術(shù)檢查人體無法用非手術(shù)手段檢查的部位的過程。醫(yī)學(xué)影像是一種逆問題的推論演算診斷方式，即成因(活體組織的特性)是經(jīng)由結(jié)果(觀測影像信號)反推而來，在臨床應(yīng)用上非常廣泛，對疾病的診斷提供了很大的科學(xué)和直觀的依據(jù)，可以更好的配合臨床的癥狀、化驗等方面，為最終準(zhǔn)確診斷病情起到不可替代的作用。
[0003]和其他成像技術(shù)相比，醫(yī)學(xué)超聲成像具有實時性好、無損傷、無痛苦、成像精度高，以及系統(tǒng)低成本等獨特的優(yōu)點，目前已經(jīng)被廣泛的用于臨床的醫(yī)療檢測當(dāng)中。
[0004]超聲是機械波，由物體機械振動產(chǎn)生。具有波長、頻率和傳播速度等物理量。用于醫(yī)學(xué)上的超聲頻率為2.5MHz?1MHz，常用的是2.5MHz?5MHz。超聲需要在介質(zhì)中傳播，其速度因介質(zhì)不同而異，在固體中最快，液體中次之，氣體中最慢。在人體軟組織中約為150m/s。介質(zhì)有一定的聲阻抗，聲阻抗等于該介質(zhì)密度與超聲速度的乘積。
[0005]超聲在均勻介質(zhì)中以直線傳播，有良好的指向性。但在非均勻介質(zhì)中就會以不規(guī)則路徑傳播，方向是不確定的，因為在聲阻抗不同的兩種界面處會發(fā)生復(fù)雜的反射和散射。
[0006]1992年，M.Fink提出了應(yīng)用于超聲領(lǐng)域的時間反演技術(shù)(Time Reversal)，聲源發(fā)射聲波并向四周傳播，外圍的每個壓電換能器探測到達它的聲波，將聲信號轉(zhuǎn)換成電信號，再由電子系統(tǒng)進行存儲和時間反轉(zhuǎn)處理，然后重現(xiàn)相同的電信號通過壓電換能器將聲信號傳送回去，聲波沿著原先在介質(zhì)中的路徑傳播，就能重新聚焦到聲源點處。
[0007]申請?zhí)枮?01310624497.X的技術(shù)方案在整體框架與上述原理較為相似，該技術(shù)方案屬于通信無線電領(lǐng)域，并且該專利申請文件并沒有公開實質(zhì)性的電路設(shè)計，只是用信號發(fā)生器及示波器做了驗證，另外，因為聲波傳播路徑在不規(guī)則介質(zhì)中也是不規(guī)則的，這些非均勻的介質(zhì)會無規(guī)則的改變聲波的傳播路徑，在醫(yī)學(xué)影像中很難做到復(fù)雜聲場環(huán)境下的聲波聚焦。申請?zhí)枮?01310624497.X的技術(shù)方案無法簡單移用到醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域。
[0008]申請?zhí)枮?009202053648技術(shù)方案就是一種常規(guī)的超聲設(shè)備發(fā)射方式，這類發(fā)射電路只能分為導(dǎo)通和不導(dǎo)通兩種狀態(tài)，MOS管導(dǎo)通時輸出高壓，MOS不導(dǎo)通時不輸出高壓，如圖1所示，發(fā)射電壓是固定的，比如:固定為+100V和-100V，且相位形態(tài)只能是脈沖式的。常規(guī)醫(yī)學(xué)影像設(shè)備中發(fā)射電路就是只能實現(xiàn)固定電壓的發(fā)射，只有任意波形的發(fā)射電路，才能實現(xiàn)時間反演。
[0009]基于此，急需解決常規(guī)醫(yī)學(xué)影像方式不能在特殊環(huán)境下使聲波聚焦的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提出一種基于超聲時間反演的醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)，讓超聲在復(fù)雜的不均勻人體介質(zhì)內(nèi)形成聚焦，在聚焦區(qū)域得到清晰的醫(yī)學(xué)影像或進行某種醫(yī)學(xué)刺激。
[0011]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于超聲時間反演的醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)，所述醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)包括:
[0012]超聲換能電路、時間反演信號接收電路、控制單元和時間反演信號發(fā)射電路；其中，
[0013]所述超聲換能電路，用于接收所述時間反演信號發(fā)射電路輸出的電信號，并將電信號轉(zhuǎn)換為超聲信號；同時，將接收到的超聲信號轉(zhuǎn)換成電信號，并輸入至所述時間反演信號接收電路；
[0014]所述時間反演信號接收電路，用于根據(jù)控制單元的控制信號，對所述電信號進行處理，獲得超聲數(shù)字信號，并將所述超聲數(shù)字信號輸入至所述控制單元；
[0015]所述控制單元，用于控制所述時間反演信號接收電路和所述時間反演信號發(fā)射電路；同時，對所述超聲數(shù)字信號進行緩存，將緩存的超聲數(shù)字信號的序列前后反向處理，使得先緩存的信號后發(fā)出去、后緩存的信號先發(fā)出去，并將反序后的超聲數(shù)字信號進行數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換，獲得反演后的電信號；
[0016]所述時間反演信號發(fā)射電路，用于根據(jù)控制單元的控制信號，對所述反演后的電信號進行處理，并將處理后的信號輸入至所述超聲換能電路。
[0017]優(yōu)選地，所述超聲換能電路為超聲換能器或者超聲換能器陣列。
[0018]優(yōu)選地，所述時間反演信號接收電路包括切換開關(guān)、低噪聲信號放大器、可編程增益放大器、可配置模擬濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器；其中，
[0019]所述切換開關(guān)，用于在超聲換能電路發(fā)射超聲信號時處于關(guān)閉狀態(tài)，在超聲換能電路接收超聲信號時處于開啟狀態(tài)；
[0020]所述低噪聲信號放大器，用于對超聲換能電路發(fā)射的超聲信號進行第一級放大，使得在最大程度地放大超聲信號的基礎(chǔ)上，少引入其他噪聲信號；并將處理后的信號輸入至可編程增益放大器；
[0021]所述可編程增益放大器，用于對所述低噪聲信號放大器輸出的信號進一步地放大，并將放大后的信號輸入至所述可配置模擬濾波器；其中，放大的增益在邏輯控制下進行調(diào)整；
[0022]所述可配置模擬濾波器，用于對所述可編程增益放大器輸出的信號進行低通濾波，并將濾波后的信號輸入至所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器；其中，在邏輯控制下，低通濾波的截止頻率根據(jù)可編程增益放大器輸出的信號的變化進行調(diào)整；
[0023]所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于對所述可配置模擬濾波器輸出的信號進行采樣，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；其中，在邏輯控制下，采樣的頻率及精度根據(jù)所述可配置模擬濾波器輸出的信號的變化進行調(diào)整。
[0024]優(yōu)選地，所述控制單元包括:數(shù)據(jù)緩存模塊、時間反演數(shù)據(jù)序列變換模塊、數(shù)據(jù)類型變換模塊、邏輯控制芯片和數(shù)據(jù)采集邏輯控制模塊；其中，
[0025]所述邏輯控制模塊，用于對可編程增益放大器、可配置模擬濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供邏輯控制；
[0026]所述數(shù)據(jù)采集邏輯控制模塊，用于對所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供ADC工作時序控制，對所述數(shù)據(jù)緩存模塊提供RAM寫時序控制，將模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的信號讀入所述數(shù)據(jù)緩存模塊的寫數(shù)據(jù)端口；
[0027]所述數(shù)據(jù)緩存模塊，用于緩存所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的信號數(shù)據(jù)；
[0028]所述時間反演數(shù)據(jù)序列變換模塊，用于對所述數(shù)據(jù)緩存模塊提供RAM讀時序控制，將緩存的數(shù)據(jù)從所述數(shù)據(jù)緩存模塊中讀出；并通過數(shù)據(jù)緩存地址對讀出的數(shù)據(jù)序列進行調(diào)整，使得先輸出的信號為所述數(shù)據(jù)緩存模塊后緩存的信號，后輸出的信號為所述數(shù)據(jù)緩存模塊先緩存的?目號；
[0029]所述數(shù)據(jù)類型變換模塊，用于將所述時間反演數(shù)據(jù)序列變換模塊輸出的信號進行數(shù)據(jù)類型變換。
[0030]優(yōu)選地，所述時間反演信號發(fā)射電路包括幅度調(diào)制電平轉(zhuǎn)換芯片、DAC控制字緩存器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、波形合成芯片和高壓激勵芯片；其中，
[0031]所述DAC控制字緩存器，用于在邏輯控制芯片的控制下，將所述數(shù)據(jù)類型變換模塊輸出的數(shù)據(jù)進行緩存；同時，控制所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器；
[0032]所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于根據(jù)所述DAC控制字緩存器的控制，從所述DAC控制字緩存器中獲得數(shù)字信號，對數(shù)字信號進行轉(zhuǎn)換，獲得模擬信號，并傳輸至所述波形合成芯片；
[0033]所述幅度調(diào)制電平轉(zhuǎn)換芯片，用于在邏輯控制芯片的控制下向所述波形合成芯片輸出幅度調(diào)制的控制指令；
[0034]所述波形合成芯片，用于將所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號和所述幅度調(diào)制電平轉(zhuǎn)換芯片輸出的控制指令相合成，輸出調(diào)制過幅度的時間反演電信號；
[0035]所述高壓激勵芯片，用于對所述超聲換能電路進行高壓激勵，將所述波形合成芯片輸出的時間反演電信號發(fā)射至所述超聲換能電路。
[0036]優(yōu)選地，所述高壓激勵芯片包括MOS管和變壓器。
[0037]上述技術(shù)方案具有如下有益效果:本技術(shù)方案發(fā)射的波形是任意形態(tài)的，從而能夠在復(fù)雜的不均勻人體介質(zhì)內(nèi)實現(xiàn)時間反演，能在聚