第5章 B超回波的接收与预处理.pdf

医学超声仪器原理讲义

第5章B超回波的接收与预处理

§5.1超声回波的接收

5.1.1需要解决的问题

不同类型的超声诊断仪，其接收电路也有不同的结构。如A超，由于采
用单振元探头发射与接收，其电路结构简单明了；而B超，由于采用多振元
组合发射与接收，其电路要复杂得多，为此有以下几个问题需要解决：
①由于多振元接收，被测介质同一介界的回声，各振元接收到的回波
之间存在相位差，必须对振元进行移相合成。
②振元组在发射和接收时，其位置是随着扫描位置的变化而变化的，
因此接收电路与振元之间需进行切换。
③由于采用多振元组合发射，振元组有效孔径增大，造成近场横向分
开力变差，因此需采用变孔径技术。
④由于超声在人体中随着传播距离增大，衰减也增大，所以必须解决
超声衰减的补偿问题。
⑤由于人体反射回波的动态范围高达100dB以上，而一般接收显示系
统的动态范围仅有20~30dB，所以必须解决回波动态范围的压缩。
⑥接收电路的稳定性问题。

5.1.2超声接收系统的结构框图及简要工作原理

超声接收系统框图如图5-1所示。它是由前置放大器、接收多路转换开
关、可变孔径电路、接收相位调整电路、增益控制与动态滤波、对数放大器、
检波电路和勾边电路等组成。调相电路以后的部分又称为预处理电路。下面
对各部分作简要介绍。

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第5章B超回波的接收与预处理

图5-1超声接收系统框图
1．前置放大器

来自探头振元的信号都十分微弱，其回波幅度通常在10~30μ范围内。
Vp-p
因此对前置放大器的要求是灵敏度高，同时要求外部干扰小，内部噪声低。
也就是说，在做到低噪声和外部干扰小的前提下，尽可能提高放大器的增益。
因为灵敏度高，意味着探测小病灶的能力越强，意味着探测深度越深。
由于所接收的回波是矩形脉冲所调制的超声振荡，占据频带宽，所以要
求接收放大器要有足够的带宽，否则容易产生波形失真，从而导致纵向分辨
力下降。
2．接收多路转换开关

由于采用多振元组合发射与接收，每次发射和接收的振元只是整个阵列
中的一部分。为了减少发射和接收电路的数目，通常采用二极管开关控制。
在EUB-240型B超中，二极管开关与发射、接收电路的连线为16根，接收机
前端共设置16路放大器。因此接收开关的任务就是要从前置放大器16路输
出中，选出当前有回波输出的11路，并将其合成为6路（~）输出。
F0F5
3．可变孔径电路

采用多振元组合发射，虽实现了动态电子聚焦，但接收就会带来换能器

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有效孔径增大的问题，孔径增大意味着近场分辨力降低。因此采用可变孔径
接收，近场用小孔径，中、远场用较大孔径，这样既保证了近场分辨力不会
降低，又照顾到中、远场的指标。
4．相位调整

接收多路转换开关已将11路回波对称合成为6路（~）信号，但这
F0F5
6路信号之间还存在相差，以为基准（相关为0）相差依次增大。要实现同
F5
相合成必须以为基准，根据先到达的等后来的原则进行调整。
F0
5．增益控制和动态滤波

由于超声波在人体组织中传播时，必然会产生反射和吸收等能量损失。
时间增益控制（TimeGainControl，TGC）就是补偿回波因探测深度的增加
（或工作频率的更换）而造成的衰减。而动态滤波是为了把有诊断价值的回
波提取出，而滤除近场过强的低频和深部的高频干扰。
6．对数放大器

TGC已将回波从100~110dB压缩到40~60dB，这是第一次压缩，而对数
放大器是对回波信号进行第二次压缩，即对数放大器把60dB的动态范围再
压缩到30dB以内，使之能与显像管的视放可辨范围（20~26dB）相“吻合”，
使所显示的图像层次更加丰富，表现力更强。
7．检波器

由于回波是矩形脉冲调制的超声振荡，检波器的任务就是要将高频
（或）的回波转换（解调）为视频信号输出。
3.5MHZ5MHZ
8．勾边电路

为了突出图像的轮廓，使之便于识别和测量，采用勾边（边缘增强）电
路即达到此目的。

§5.2前置信号放大

探头获得的回波信号十分微弱，其幅度约在10~30μ范围之间，再加
VP-P
上传输衰减，其信噪比就降得更低。因此应预先给予一定量的放大，才能送

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往后级合成处理。
前置放大器路数的多少与一次投入工作的振元数目和开关二极管阵列
的控制有关。EUB-240型B超仪，共设置16路前置放大器。
B超仪中前置放大器的主要指标是：
1．匹配
置放大器与探头馈线要有良好的匹配，即前置放大器的输入阻抗与探头
馈线的特性阻抗应相等，以避免发生反射。
2．动态范围
为不丢失有诊断价值的信息，前置放大器应具有100dB以上的动态范围。
3．功率增益
前置放大器具有较大的功率增益，以利于提高整机信噪比。日立E