超声内窥数字成像技术

超声内窥镜系统将微型超声探头通过电子内窥镜的活检通道插入消化道器官,既可通过内窥镜直接观察粘膜表面的病变形态,又可进行超声扫描成像,获得消化器官管壁各个断层的组织学特征.利用编码激励技术,以4位Barker编码的方式激励换能器,在不增加峰值负声压的前提下,显著提高超声换能器的发射功率,增大系统探测深度以及成像的信噪比;用数字下变频技术实现超声回波的中频采样、编码信号的脉冲压缩以及信号包络的提取;采用装有超声耦合液的玻璃烧杯作为实验样品,对其进行旋转扫描,得到256级灰度的超声图像,轴向分辨率达0.4 mm,验证了系统原理的正确性.     

载频调制二相编码激励的超声成像信噪比提高研究

针对压电陶瓷换能器的频带特性,采用正弦波载频调制二相编码信号的激励方案,研究换能器对单位码元载有不同周期载频的二相巴克码激励信号的影响,分析回波的脉冲压缩处理结果,优化调制参数,探讨激励信号与换能器的最佳匹配方式.利用本文提出的最佳调制参数的编码激励信号,在多目标环境下对四根靶线的复杂回波进行脉冲压缩实验研究,结果表明...     

超声内窥合成孔径成像技术的研究

将广泛应用于雷达系统的合成孔径技术引入超声内窥成像系统,提出一种基于单换能器探头的超声内窥镜合成孔径成像方法。利用单换能器探头的旋转效应,在旋转的不同时刻与位置发射并接收超声回波,等效合成较大的超声发射孔径,以增强超声图像的信噪比与分辨率。分析了单探头合成孔径技术的原理与合成方法,并在此基础上根据超声回波的编码与线性调频特性,完成纵向与横向的脉冲压缩。最后采用中心频率为8 MHz的换能器对猪皮样本进行探测,可分辨出尺寸为0.8 mm×2 mm的目标,系统的信噪比提升了9.38 dB。     

超声线性调频信号脉冲压缩的旁瓣特性研究

在超声成像中,峰值旁瓣过高形成伪像,影响超声成像质量。针对超声换能器的特性,研究线性调频信号激励超声换能器后的带宽、扫描时间与脉冲压缩峰值旁瓣水平相关性,设计相应的调制/滤波方案抑制超声成像峰值旁瓣水平。理论分析和实验结果表明,线性调频信号激励换能器脉冲压缩后的峰值旁瓣水平分别随着线性调频信号带宽和扫描时间的增加而降低,通过比对分析理论与实验的差值,得到误差函数erf(B)、erf(T);与tukey窗函数和Dolph-Chebyshev窗函数调制/滤波方案相比,kaiser窗函数调制/滤波方案更好地解决了脉冲压缩分辨率和峰值旁瓣水平的折衷问题,为最佳调制/滤波方案。     

基于相位编码技术的超大功率超声收发系统研究

针对Golay互补序列相位编码信号在超声收发系统中的应用,给出了一种实现的方法,将Golay二相编码经过合理的调制通过超声换能器激发,对于回波信号采用正交解调技术还原相位编码信号,再通过匹配滤波压缩脉冲,得到高信噪比的成像信号。并用软件得到仿真的结果,结果表明,对于对系统帧率要求较低以及不存在检测对象位移的工业大功率超声系统,是一种理想的编码方式,超声收发系统当中Golay相位编码信号可得到较高的信噪比,普通单次发射相位编码信号的2倍。     

皮肤囊肿成像用高频超声换能器及扫描方法

高频超声成像具有几十微米级的纵向分辨率,适用于皮肤等人体组织的微结构成像。该文针对皮肤囊肿等凸形的人体组织内部微结构,提出了一种适用于凸形组织的非接触式弧形超声扫描成像方法,设计并制备了一款41.5 MHz的高频超声换能器。首先采用脉冲回波法对其性能进行系统表征,然后设计了凸形旋转扫描成像装置,并对凸形皮肤囊肿模型进行扫描、滤波、补偿等信号采集和处理,最终实现了高频超声成像。结果表明,此方法所用换能器纵向分辨率为50μm,能够对皮肤囊肿模型内部精细结构进行成像,这将促进相关临床医学和超声成像技术的发展。     

可精确测距的低成本超声子系统

超声测距原理 超声传感器电路比较简单,在系统中负责发送超声脉冲流,然后采集回波信号.器件发出的脉冲信号在空气中传输,直到碰到一个目标物体并在此处产生反射回波.超声传感器通过检测这些回波,并计算出发射脉冲与接收脉冲之间的时间差,从而确定脉冲波形的传输距离.     

基于脉冲压缩技术的医学超声成像研究

把先进的雷达理论和扩谱通信理论与脉冲回波超声成像技术相结合,克服了脉冲B超系统峰值功率高,信噪比差及穿透力弱等缺点.研究了基于最优二相序列激励的医学超声成像理论基础,建立了数学模型.针对最佳二相序列采用自相关解码时,信杂比不能达到医学超声成像要求的难题,提出了基于编码的"倒谱FIR滤波器(CSIFIR)",并给出了基于线性规划法的求解公式.仿真结果表明,当CSIFIR滤波器长度约为4倍的最佳二相序列长度时,用该滤波器对双极的最佳二相序列解码压缩,信号信杂比(SCR)能达到44.5 dB;而用同样长度滤波器对单极的最佳二相序列解码压缩时,信号信杂比约为37.2 dB,完全满足医学超声成像的要求.     

基于幅度加权的预失真线性调频超声编码激励

为了提高医学超声成像的轴向分辨力和确保对比度,该文提出一种基于幅度加权的预失真线性调频编码新方法.该方法将线性调频发射信号幅度加权技术和回波信号旁瓣抑制技术相结合,一方面补偿超声探头对发射信号的影响,使得回波信号的带宽不局限于探头,提高轴向分辨力;另一方面消除发射信号幅频特性的菲涅耳波纹,提高发射信号的带宽并采用失配滤波器进行脉冲压缩,实现旁瓣抑制,确保成像对比度.仿真结果表明:相对恒包络线性调频编码,预失真线性调频编码方法不仅提高了轴向分辨力,而且最大旁瓣幅度减小至-48 dB以下,满足医学成像对比度要求.FieldII仿真B超图像结果表明:恒包络线性调频和预失真线性调频编码方法的轴向分辨力分别是0.35 mm和0.25 mm.     

基于FPGA的导管式超声治疗系统设计

导管式超声在临床治疗上受到广泛关注。为实现方便、稳定的导管式超声激励系统,该文基于直接数字频率合成（DDS）技术在现场可编程门阵列（FPGA）上,设计了一款由上位机控制,波形、频率、占空比和电压幅值可灵活调节的导管式超声治疗系统,实现了脉冲激励信号的输出。测试表明,该系统人机交互方便,参数灵活,输出波形稳定,实现了对微型超声换能器的激励要求。用该系统对定制的超声换能器进行激励,实验测试了超声作用下仿体的温升情况。结果表明,该系统可有效激励超声换能器实现仿体内特定区域的热消融。     

基于FPGA的超声相控阵发射系统设计

为使水声成像系统小型化,首创性地提出了将相控阵技术和水下超声成像技术结合在一起,设计了一种基于FPGA的超声相控阵发射系统。对相控聚焦的发射原理进行了分析,利用FPGA的内部逻辑资源和丰富的I/O引脚实现了六通道超声相控阵发射,为有效激励压电换能器设计了信号调理电路对激励信号进行D/A转换及放大。通过实验测试表明,该系统可以实现超声信号的相控发射,相控延时精度达到2.5ns,发射信号稳定,系统集成度高,为水下超声成像提供了一种新的途径,具有较强的应用价值。     

超声波智能脉冲发射机的设计

超声检测中的发射电路（脉冲发生器）是给探头提供电激励脉冲的装置，设计一种查超声波探伤仪的发射电路，不仅能有效地克服目前声波发射电路的某些局限性，还能方便地调节换能器激励脉冲的宽度，使发射电路处于谐振状态，从而有利于提高发射电路的工作效率，具有一定的应用价值。主要采用通用性半导体器件来设计超声检测用高速脉冲发射器。详细论述了发射电路的设计，并指出了所确定的脉冲发射电路的适用范围。     

超声脉冲导入光纤光栅的动态光谱特性研究

提出超声以矩形脉冲波的形式轴向导入光纤光栅,分析超声脉冲作用于光纤光栅的机理;在此基础上,设计超声脉冲发生电路以及超声换能器,用高电压脉冲驱动堆栈式压电陶瓷产生沿光纤轴向的压缩脉冲,并通过符合声阻抗匹配的铝锥结构将脉冲幅值放大,高效地耦合进光纤光栅;采用CCD成像法高速采集光纤光栅在时域上的动态反射光谱,分析其时域上的光谱变化规律。结果表明:超声脉冲波长远大于光纤光栅长度时,超声脉冲导入的光纤光栅可有效搬移光谱,在脉冲作用时刻中心波长发生漂移。为超声脉冲与波分复用解调技术相结合提供参考。     

激光参数对激光激发超声信号的影响分析

研究了激光参数对激光激发超声信号的影响.研究中首先理论分析激光激发超声过程中,激光参数对激发超声信号的影响.同时,设计并搭建一种激光激发超声的实验装置,实验验证理论分析结果.该实验装置应用脉冲激光配合光衰减结构对被测目标激发产生超声波,通过超声探头实现激光超声信号的探测.实验中以铝板为检测对象,对激光脉冲能量和照射光斑大小对激发超声信号的影响进行实验分析.通过理论分析及实验验证,可得出照射光斑直径与激光能量会直接影响入射激光功率密度,从而影响激发超声的幅度.     

基于预失真编码激励与最小方差波束形成的超声成像算法

为了提高医学超声成像的轴向分辨力,文中提出一种基于预失真编码激励与改进最小方差自适应波束相结合的成像方法。该方法一方面对编码激励信号进行预失真和旁瓣抑制处理,补偿探头对信号的影响,提高发射端的分辨率与成像对比度;另一方面对接收数据采用改进的最小方差波束形成,有效提高了医学超声成像过程中的分辨率并改善自适应算法的鲁棒性。仿真结果表明,相对于恒包络信号与传统的延时叠加波束形成算法,文中算法从信号源和接收数据两方面提高了成像的对比度和分辨力,为实现高质量的超声成像系统提供了理论依据。     

MEMS压电超声换能器二维阵列的制备方法

针对超声换能器阵列中阵元密度难以提升和工艺重复性差等问题,提出了一种基于硅-硅键合技术的MEMS压电超声换能器二维阵列的制备方法,并采用该方法制备了阵元间距小至150μm的密排二维换能器阵列。阵列中每个声学单元均为由上电极、压电材料(PZT)层、下电极和支撑层组成的多层膜结构,并通过其弯曲振动模式实现超声波的发射和接收。制备样品的测试结果表明,采用该方法制作MEMS压电超声换能器阵列,具有阵元间距小、工艺流程可靠、成品率高、一致性好、工作频率(2.45MHz)与设计值(2.5MHz)的吻合度高等优点,适用于医学成像等高频超声成像系统。     

基于AD9832的高频超声波驱动电路的设计研究

为了探究超声波检测技术在猪妊娠诊断中的应用,进一步了解和研究高频超声波检测系统中超声波产生驱动电路,设计了一种基于直接频率合成器（DDS）芯片AD9832的高频超声波驱动电路系统。根据AD9832的工作原理．采用AVR单片机控制AD9832产生2MHz脉冲,经过带通滤波器滤波,使用脉冲变压器放大电压,激励超声波换能器发射高频超声波。通过电路仿真和制作PCB板输出波形的方法来分析电路的处理效果。结果表明各部分电路设计合理实用,并且系统体积小,成本低,功耗小,可以为高频超声波检测系统的设计提供参考和依据。     

参量阵扬声器系统的超声发射阵指向性研究

在参量阵扬声器系统中,需采用若干个压电陶瓷超声换能器单元组成换能器发射阵,换能器单元的数目和排列位置会对发射阵的指向性产生影响。通过改变换能器数目及之间的相对距离,模拟了超声发射阵的空间指向性。与实测结果进行了比较,验证了在设计超声发射阵列时,此模拟方法的可靠性和实用性。     

基于二进制编码的管道缺陷超声检测方法研究

脉冲信号激励的超声波用于管道缺陷检测时,存在平均发射声功率小及探测信号频带单一的局限,且在多发多收的阵列检测场合,很难确定接收回波的发射源,不利于被测体全声场的声学特征参数解算。为此,提出了采用正弦波频率调制的二进制超声编码方法检测管道缺陷。建立传感器编码激励响应的数学模型,通过仿真得到了传感器在不同激励频率、分数带宽和码位数下的幅频响应规律,并实现了对接收信号的有效区分和发射声源的有效标识。将该方法用于管道缺陷的超声检测,实现了管道不同种类缺陷的有效检出和发射声源的有效标识,并分析了二进制编码激励方式下缺陷对不同频带的敏感性。统计结果表明,2~4位码对管道渗漏孔和裂纹缺陷的检出率高于62%,对回波信号的标识正确率高于97%。