專利名稱：一種連續(xù)多普勒信號處理裝置和處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲成像設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種連續(xù)多普勒(cw
Doppler)信號處理裝置和處理方法。
背景技術(shù)：
多普勒成像系統(tǒng)中CW模式通常是這樣工作的探頭的一部分陣元 用于發(fā)射，另外一部分陣元用于接收。這樣就可以一直連續(xù)的發(fā)射脈沖 波形，因而CW模式不和像脈沖多普勒(PW)模式那樣發(fā)生頻語混疊 的現(xiàn)象。這樣就可以將CW用于流速較快的血流信號的測量。
但是CW通常有一個問題是由于發(fā)射和接收是同時進行的，因而 CW所接收的回波信號通常比較大，特別是近場的信號。而當(dāng)多個通道 的回波信號進行波束合成(Beamforming )后會形成更大的信號，這就 要求后續(xù)處理信號的器件要有更大的動態(tài)工作范圍。
CW模式通常的處理方式如圖l所示，N條通道(整數(shù)N通常是16、 32或更大的2的整數(shù)次冪)的回波信號先通過前置低噪聲放大器(LNA) 進行預(yù)放大，再將各個接收通道進行波束合成，然后將合成后的信號進 行正交解調(diào)(I/Q Demodulate),最后進行模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC )。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種連續(xù)多普勒信號處理裝置和處理方法，克服現(xiàn)有技術(shù)的連續(xù)多普勒成像系統(tǒng)在對連續(xù)多普勒信號進
行波束合成時，1/Q解調(diào)器容易飽和的缺陷。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所釆用的技術(shù)方案為
一種連續(xù)多普勒信號處理裝置，包括至少兩個前置低噪聲放大器 LNA、數(shù)量與所述前置低噪聲放大器LNA個數(shù)相同的I/Q解調(diào)器、第一波 束合成器與第二波束合成器，每個所述前置低噪聲放大器的輸出端與一 個相異的I/Q解調(diào)器輸入端相連，每個所述I/Q解調(diào)器的I信號輸出端與第 一波束合成器的輸入端相連，每個所述I/Q解調(diào)器的Q信號輸出端與第二 波束合成器的輸入端相連。
所述的連續(xù)多普勒信號處理裝置，其中第一波束合成器的輸出端連 接第一帶通濾波器。
所述的連續(xù)多普勒信號處理裝置，其中第二波束合成器的輸出端連 接第二帶通濾波器。
所述的連續(xù)多普勒信號處理裝置，其中第一帶通濾波器的輸出端連 接第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。
所述的連續(xù)多普勒信號處理裝置，其中第二帶通濾波器的輸出端連 接第二模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。
所述的連續(xù)多普勒信號處理裝置，其中所述前置低噪聲放大器LNA 的個數(shù)設(shè)為16或者大于16的2的整數(shù)次冪。
一種連續(xù)多普勒信號處理方法，包括步驟
Al、將回波信號通過前置低噪聲放大器LNA預(yù)放大；
A2、對每一路經(jīng)預(yù)放大的信號進行I/Q解調(diào)；
A3、將I信號和Q信號分別進行波束合成；
A4、將合成后的信號濾波后進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明連續(xù)多普勒信號處理裝置和處理方法與 傳統(tǒng)的方式相比，明顯降低了I/Q解調(diào)器飽和的機率，可以在使用相同規(guī) 格的I/Q解調(diào)器時增加波束合成的通道數(shù)，進而提高連續(xù)多普勒成像系統(tǒng) 的信噪比。


本發(fā)明包括如下附圖
圖1為現(xiàn)有技術(shù)連續(xù)多普勒信號處理裝置示意圖； 圖2為本發(fā)明連續(xù)多普勒信號處理裝置示意圖； 圖3為本發(fā)明連續(xù)多普勒信號處理裝置I/Q解調(diào)器示意圖； 圖4為本發(fā)明連續(xù)多普勒信號處理裝置波束合成器電路圖； 圖5為本發(fā)明連續(xù)多普勒信號處理裝置帶通濾波器與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 連接示意圖。
具體實施例方式
下面根據(jù)附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明
如圖2、圖3、圖4和圖5所示，本發(fā)明連續(xù)多普勒信號處理裝置包括 N個(N的優(yōu)化取值為2的整數(shù)次冪)前置低噪聲放大器LNA、數(shù)量與前 置低噪聲放大器LNA個數(shù)相同的I/Q解調(diào)器、第一波束合成器與第二波束 合成器，每個前置低噪聲放大器的輸出端與一個相異的I/Q解調(diào)器輸入端 相連，每個I/Q解調(diào)器的I信號輸出端與第一波束合成器的輸入端相連， 每個I/Q解調(diào)器的Q信號輸出端與第二波束合成器的輸入端相連。第 一波 束合成器的輸出端連接第一帶通濾波器，第二波束合成器的輸出端連接 第二帶通濾波器，第一帶通濾波器的輸出端連接第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，第 二帶通濾波器的輸出端連接第二模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。
CW回波信號經(jīng)過前置低噪聲放大器LNA進行前置放大，由于回波信號較大，前置低噪聲放大器LNA的放大倍數(shù)通常在20dB左右，太大 的放大倍數(shù)容易使后級電路飽和。然后放大的信號進入I/Q解調(diào)器進行 1/Q解調(diào)，鑒別多普勒頻移信號的方向。如圖3所示，1/Q解調(diào)器由兩個 對稱的吉爾伯特(Gilbert)乘法器實現(xiàn)，輸入乘法器的兩個信號分別是CW 回波信號和本振信號(LO)，其中LO信號是同CW發(fā)射同頻率的信號， 而Q通道輸入的本振信號同I通道的相差90°的相位。解調(diào)出來的結(jié)果 是CW信號和LO信號相乘所得的信號。其中的的差頻信號即是所需的 多普勒頻移信號，而和頻信號需要后級的濾波器濾除。如果I信號輸出 相位滯后Q信號的輸出相位，則說明多普勒頻移信號是正向頻移信號(血 流方向流向探頭)；如果I信號輸出相位超前Q信號的輸出相位，則說 明多普勒頻移信號是反向向頻移信號(血流方向遠離探頭)。
將解調(diào)后的I、 Q信號分別進行波束合成。波束合成有兩個作用，一 是將不同的通道加在一起提高信噪比，二是通過控制不同通道的延時達 到聚焦的目的。波束合成器的實現(xiàn)方式如圖4所示，波束合成器是由電 感和電容構(gòu)成，電流流經(jīng)時會有一定的延時(通常是ns級別)，不同的 抽頭到輸出有不同的延遲時間。這樣只需要將需要不同延遲時間的LNA 輸出接到相應(yīng)的抽頭上就可以實現(xiàn)聚焦。由于1/Q解調(diào)器的輸出通常是 電流信號，所以可以將解調(diào)后的信號直接接到波束合成器上，最后的輸 出即是各個通道的和信號。而和信號同樣是電流信號，所以需要在波束 合成器內(nèi)增加一個電流電壓轉(zhuǎn)換器，本發(fā)明中這一功能由運算放大器來 實現(xiàn)。
通常情況血流多普勒的頻移信號在lkHz-50kHz范圍內(nèi)，所以波束合 成后的信號還要帶通濾波器來去除頻帶以外的信號。如前所述，解調(diào)后 的信號包括和頻信號，因而需要^f氐通濾波將其濾除；同時由于濾波后的 信號進入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊ADC ，所以該濾波器還有抗混疊的功效 (Anti-aliasing)。除此之外，還需要高通濾波去除非血流信號的多普勒頻移，即壁濾波(wall filter),通常其截至頻率為lkHz。
現(xiàn)有技術(shù)的連續(xù)多普勒成像系統(tǒng)是將所有的接收通道先進行波束 合成，然后將合成后的信號進行I/Q解調(diào)；而本發(fā)明處理方法是將回波 信號通過LNA預(yù)放大后，對每個通道的信號都進行I/Q解調(diào)，再將I信 號和Q信號分別進行波束合成，然后將合成后的信號濾波后進行才莫式轉(zhuǎn) 換采樣。這樣做好處有三個 一是可以明顯的降低解調(diào)器飽和的機率， 減少失真。因為圖1的方式中解調(diào)前的信號是各通道的和信號，而CW 的回波包含了很強的近場回波信號，因而不能將太多的通道進行波束合 成，否則很容易使I/Q解調(diào)器達到飽和狀態(tài)而失真。本發(fā)明處理方法是 分別對各個接收通道進行解調(diào)，這樣就大大的降低了 1/Q解調(diào)器飽和的 機率。二是在相同條件下可以增加波束合成的通道數(shù)從而提高系統(tǒng)的信 噪比。如前所述，因為1/Q解調(diào)器飽和的機率下降，可以對更多通道信 號進行波束合成而不會出現(xiàn)飽和的現(xiàn)象，當(dāng)波束合成通道增加一倍時， 信號幅度增加6dB，噪聲增加3dB,因而信噪比SNR可以提高3dB。三 是因為I/Q解調(diào)器飽和的機率下降，可以通過提高前置低噪聲放大器 LNA的放大倍數(shù)來提高系統(tǒng)的信噪比。
本領(lǐng)域技術(shù)人員不脫離本發(fā)明的實質(zhì)和精神，可以有多種變形方案 實現(xiàn)本發(fā)明，以上所述僅為本發(fā)明較佳可行的實施例而已，并非因此局 限本發(fā)明的權(quán)利范圍，凡運用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu) 變化，均包含于本發(fā)明的權(quán)利范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種連續(xù)多普勒信號處理裝置，其特征在于包括至少兩個前置低噪聲放大器LNA、數(shù)量與所述前置低噪聲放大器LNA個數(shù)相同的I/Q解調(diào)器、第一波束合成器與第二波束合成器，每個所述前置低噪聲放大器的輸出端與一個相異的I/Q解調(diào)器輸入端相連，每個所述I/Q解調(diào)器的I信號輸出端與第一波束合成器的輸入端相連，每個所述I/Q解調(diào)器的Q信號輸出端與第二波束合成器的輸入端相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的連續(xù)多普勒信號處理裝置，其特征在于 第一波束合成器的輸出端連接第一帶通濾波器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的連續(xù)多普勒信號處理裝置，其特征在于 第二波束合成器的輸出端連接第二帶通濾波器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的連續(xù)多普勒信號處理裝置，其特征在于 第 一帶通濾波器的輸出端連接第 一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的連續(xù)多普勒信號處理裝置，其特征在于 第二帶通濾波器的輸出端連接第二模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的連續(xù)多普勒信號處理裝置，其特征在于 所述前置低噪聲放大器LNA的個數(shù)設(shè)為16或者大于16的2的整數(shù)次
7、 一種連續(xù)多普勒信號處理方法，其特征在于，包括步驟 Al、將回波信號通過前置低噪聲放大器LNA預(yù)放大；A2、對每一路經(jīng)預(yù)放大的信號進行I/Q解調(diào)； A3、將I信號和Q信號分別進行波束合成； A4、將合成后的信號濾波后進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種連續(xù)多普勒信號處理裝置和處理方法，處理裝置包括至少兩個前置低噪聲放大器LNA、數(shù)量與所述前置低噪聲放大器LNA個數(shù)相同的I/Q解調(diào)器、第一波束合成器與第二波束合成器，每個所述前置低噪聲放大器的輸出端與一個相異的I/Q解調(diào)器輸入端相連，每個所述I/Q解調(diào)器的I信號輸出端與第一波束合成器的輸入端相連，每個I/Q解調(diào)器的Q信號輸出端與第二波束合成器的輸入端相連。處理方法包括步驟A1.將回波信號通過前置低噪聲放大器LNA預(yù)放大；A2.對每一路經(jīng)預(yù)放大的信號進行I/Q解調(diào)；A3.將I信號和Q信號分別進行波束合成；A4.將合成后的信號濾波后進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。
文檔編號A61B8/06GK101416886SQ20081021794
公開日2009年4月29日 申請日期2008年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月2日
發(fā)明者海 蘭, 蔣頌平 申請人:深圳市藍韻實業(yè)有限公司