一種基于眼科診測的超聲脈沖激勵及回波采集系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超聲成像技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于眼科診測的超聲脈沖激勵及回波采集系統(tǒng)。
【【背景技術(shù)】】
[0002]目前市場上主要的眼科超聲設(shè)備，多采用單振元進(jìn)行脈沖發(fā)射與接收，其超聲聲束的聚焦深度是固定的。
[0003]此外，各個專業(yè)眼科超聲設(shè)備研制廠商都沒有開放數(shù)據(jù)接口供外部訪問，所以不能取得脈沖回波數(shù)據(jù)，常規(guī)的方案是使用數(shù)據(jù)采集卡對眼科超聲儀器中回波的模擬信號進(jìn)行采集，但是這樣的構(gòu)架有兩個缺點(diǎn):第一，目前主流的采集卡無法同時采集多達(dá)八個通道的高頻信號；第二，由于常規(guī)的眼科超聲機(jī)器是不開源的，很難按照各自的要求去設(shè)置一些時序與控制參數(shù)，故現(xiàn)有的獲取脈沖回波數(shù)據(jù)的方案難以進(jìn)一步用于科研目的下的眼科診測。而目前各實(shí)驗(yàn)室中，科研采用的通用超聲平臺是不適應(yīng)眼科超聲高頻這個技術(shù)指標(biāo)的。因此，目前市場上尚未有專門用于眼科環(huán)陣探頭的超聲脈沖發(fā)射和采集系統(tǒng)。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于眼科診測的超聲脈沖激勵及回波采集系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)聲束聚焦深度改變、八通道高頻環(huán)陣探頭采樣以及數(shù)據(jù)接口的開放。
[0005]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種基于眼科診測的超聲脈沖激勵系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括上位機(jī)、下位機(jī)和超聲探頭；其中，
[0007]所述上位機(jī)用于產(chǎn)生控制指令并發(fā)送至下位機(jī)；
[0008]所述下位機(jī)用于接收控制指令并進(jìn)行時序控制以產(chǎn)生符合用戶要求的時序，以控制超聲探頭中振元發(fā)射和探頭掃描；
[0009]所述超聲探頭為多振元環(huán)陣探頭，用于接收下位機(jī)發(fā)送的控制指令并根據(jù)所述控制指令進(jìn)行振元發(fā)射和探頭掃描。
[0010]進(jìn)一步地，所述上位機(jī)包括控制界面和上位機(jī)第一通信接口，所述控制界面用于接收用戶輸入的控制指令并將所述控制指令通過上位機(jī)第一通信接口傳輸給下位機(jī)；
[0011]所述下位機(jī)包括下位機(jī)第一通信接口、控制模塊、可編程邏輯器件和發(fā)射模塊，所述下位機(jī)第一通信接口與上位機(jī)第一通信接口連接，用于接收所述控制指令并傳輸至控制模塊，所述控制模塊用于將控制指令翻譯成可編程邏輯器件的寄存器控制字，所述可編程邏輯器件用于接收所述寄存器控制字并進(jìn)行時序控制以產(chǎn)生符合用戶要求的時序，通過發(fā)射模塊發(fā)射至超聲探頭以控制超聲探頭中振元發(fā)射和探頭掃描。
[0012]進(jìn)一步地，所述下位機(jī)還包括收發(fā)開關(guān)、信號處理模塊和下位機(jī)存儲模塊，用于采集超聲回波信號；
[0013]所述收發(fā)開關(guān)的一側(cè)分別與發(fā)射模塊和信號處理模塊連接，另一側(cè)與超聲探頭連接，用于切換發(fā)射模塊-超聲探頭以及信號處理模塊-超聲探頭之間的通斷，當(dāng)發(fā)射模塊-超聲探頭連通時進(jìn)行控制指令發(fā)射，當(dāng)信號處理模塊-超聲探頭連通時進(jìn)行回波信號接收；
[0014]所述信號處理模塊還與可編程邏輯器件連接，用于接收超聲探頭采集后回傳的回波信號并進(jìn)行信號處理，將處理后的回波信號傳輸至可編程邏輯器件；
[0015]所述下位機(jī)存儲模塊與可編程邏輯器件連接，用于存儲可編程邏輯器件傳輸?shù)奶幚砗蟮幕夭ㄐ盘枖?shù)據(jù)。
[0016]進(jìn)一步地，所述上位機(jī)還包括上位機(jī)第二通信接口和上位機(jī)存儲模塊，用于接收下位機(jī)采集的超聲回波信號；所述下位機(jī)還包括下位機(jī)第二通信接口，分別與上位機(jī)第二通信接口和可編程邏輯器件連接，所述可編程邏輯器件將下位機(jī)存儲模塊存儲的回波信號數(shù)據(jù)通過下位機(jī)第二通信接口、上位機(jī)第二通信接口傳輸至上位機(jī)存儲模塊進(jìn)行存儲，實(shí)現(xiàn)回波信號數(shù)據(jù)的上傳。
[0017]進(jìn)一步地，所述上位機(jī)第一通信接口和下位機(jī)第一通信接口均為COM接口。
[0018]進(jìn)一步地，所述控制模塊為MCU或DSP，所述可編程邏輯器件為FPGA。
[0019]進(jìn)一步地，所述發(fā)射模塊為高壓發(fā)射芯片。
[0020]進(jìn)一步地，所述信號處理模塊為前端濾波及模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。
[0021 ] 進(jìn)一步地，所述下位機(jī)存儲模塊為SRAM。
[0022]進(jìn)一步地，所述下位機(jī)還包括用于連接超聲探頭的探頭接口。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0024]1、本發(fā)明采用多陣元的環(huán)陣探頭，通過改變其每個振元的發(fā)射時序，可以實(shí)現(xiàn)聲束聚焦深度的改變，較之單振元探頭，提高了超聲聲束性能。
[0025]2、本發(fā)明采用專業(yè)的超聲脈沖發(fā)射與超聲前端芯片，在聲束的發(fā)射和回波的接收處理上能夠達(dá)到更好的性能，能實(shí)現(xiàn)最高1MHz的八個通道超聲脈沖發(fā)射和每個通道高達(dá)65MSPS的回波采樣率。
[0026]3、本發(fā)明能采集超聲探頭內(nèi)八個振元接收的脈沖回波，并同步存儲于下位機(jī)SRAM中，且這些數(shù)據(jù)對用戶開放，用戶只需通過上位機(jī)界面點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)上傳”按鈕，系統(tǒng)下位機(jī)就能夠通過USB接口將采集到SRAM中的回波信號數(shù)據(jù)上傳至系統(tǒng)上位機(jī)中，形成數(shù)據(jù)文件，用戶可以使用該數(shù)據(jù)還原脈沖回波，進(jìn)行成像或者信號分析處理。
[0027]4、本發(fā)明提供了上位機(jī)的系統(tǒng)控制界面，用戶只需調(diào)節(jié)各個指令寄存器的參數(shù)，進(jìn)行二次開發(fā)或者功能升級，即可實(shí)現(xiàn)對下位機(jī)系統(tǒng)的時序修改與控制，極大地提高了系統(tǒng)的靈活性。
【【附圖說明】】
[0028]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1提供的基于眼科診測的超聲脈沖激勵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0029]圖2是本發(fā)明實(shí)施例2提供的基于眼科診測的超聲脈沖激勵及回波采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0030]圖3是本發(fā)明實(shí)施例3提供的基于眼科診測的超聲脈沖激勵及回波采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖?！尽揪唧w實(shí)施方式】】
[0031]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0032]此外，下面所描述的本發(fā)明各個實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0033]實(shí)施例1:
[0034]本實(shí)施例提供的基于眼科診測的超聲脈沖激勵系統(tǒng)作為測試探頭的超聲脈沖發(fā)射平臺使用。
[0035]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例1提供了一種基于眼科診測的超聲脈沖激勵系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括上位機(jī)、下位機(jī)和超聲探頭；其中，上位機(jī)用于產(chǎn)生控制指令并發(fā)送至下位機(jī)；下位機(jī)用于接收控制指令并進(jìn)行時序控制以產(chǎn)生符合用戶要求的時序，以控制超聲探頭中振元發(fā)射和探頭掃描；超聲探頭為多振元環(huán)陣探頭，用于接收下位機(jī)發(fā)送的控制指令并根據(jù)控制指令進(jìn)行振元發(fā)射和探頭掃描。本實(shí)施例中，超聲探頭采用八通道高頻環(huán)陣探頭，用于接收下位機(jī)發(fā)送的控制指令進(jìn)行振元發(fā)射和探頭掃描。下面對上位機(jī)和下位機(jī)的具體組成做進(jìn)一步詳細(xì)說明:
[0036]上位機(jī)可以是普通的計(jì)算機(jī)，其包括控制界面和上位機(jī)第一通信接口(例如COM接口)，控制界面用于接收用戶輸入的控制指令并將控制指令通過上位機(jī)第一通信接口傳輸給下位機(jī)。
[0037]下位機(jī)包括下位機(jī)第一通信接口(例如COM接口 )、控制模塊(可以采用MCU或DSP,本實(shí)施例中為MCU)、可編程邏輯器件(例如FPGA)和發(fā)射模塊(例如高壓發(fā)射芯片)，下位機(jī)第一通信接口與上位機(jī)第一通信接口連接，用于接收控制指令并傳輸至控制模塊，控制模塊用于將控制指令翻譯成可編程邏輯器件的寄存器控制字，可編程邏輯器件用于接收寄存器控制字并進(jìn)行時序控制以產(chǎn)生符合用戶要求的時序，通過發(fā)射模塊發(fā)射至超聲探頭以控制超聲探頭中振元發(fā)射和探頭掃描。高壓發(fā)射芯片，能實(shí)現(xiàn)多通道的超聲脈沖發(fā)射，并根據(jù)探頭性能調(diào)校對應(yīng)的阻抗匹配電路，得到較好的高頻高壓激勵波形。該下位機(jī)還包括用于連接超聲探頭的探頭接口，探頭接口一側(cè)連接發(fā)射模塊，另一側(cè)連接超聲探頭。
[0038]本實(shí)施例通過操作系統(tǒng)的上位機(jī)界面，能夠控制上位機(jī)的COM接口發(fā)送對應(yīng)的控制字或數(shù)據(jù)以控制下位機(jī)的MCU，MCU通過翻譯這些控制字與數(shù)據(jù)，形成對應(yīng)的FPGA寄存器數(shù)據(jù)，輸入到FPGA的寄存器中，這些寄存器代表了每個發(fā)射通道的延時、頻率、使能等信息，F(xiàn)PGA根據(jù)這些寄存器中的內(nèi)容，分別給八個發(fā)射通道對應(yīng)的高頻超聲脈沖發(fā)射，以改變眼科環(huán)陣探頭的發(fā)射脈沖聚焦深度和聲束特性。下位機(jī)的FPGA通過高壓發(fā)射芯片發(fā)出發(fā)射脈沖激勵信號，其每發(fā)射一次發(fā)射脈沖激勵信號，就能控制超聲探頭的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一步，使得步進(jìn)電機(jī)能夠帶動高頻環(huán)陣探頭進(jìn)行扇形運(yùn)動，以達(dá)到對眼睛進(jìn)行扇形掃描成像之目的。
[0039]相比目前市場上主要的眼科超聲設(shè)備，多采用單振元進(jìn)行脈沖發(fā)射與接收，其超聲聲束的聚焦深度是固定的，本系統(tǒng)采用多陣元的環(huán)陣探頭，通過改變其每個振元的發(fā)射時序，可以實(shí)現(xiàn)聲束聚焦深度的改變，較之單振元探頭，提高了超聲聲束性能。
[0040]實(shí)施例2:
[0041]本實(shí)施例提供的基于眼科診測的超聲脈沖激勵及回波采集系統(tǒng)不僅可作為測試探頭的超聲脈沖發(fā)射平臺使用，還能采集探頭內(nèi)多振元接收的脈沖回波，并同步存儲于下位機(jī)存儲模塊中。下面僅對本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別部分進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0042]如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例2提供了一種基于眼科診測的超聲脈沖激勵及回波采集系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，除實(shí)施例1中系統(tǒng)包括的部件外，該下位機(jī)還包括收發(fā)開關(guān)、信號處理模塊(例如前端濾波及模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片)和下位機(jī)存儲模塊(例如SRAM)，用于采集超聲回波信號；收發(fā)開關(guān)的一側(cè)分別與發(fā)射模塊和信號處理模塊連接，另一側(cè)與超聲探頭連接，用于切換發(fā)射模塊-超聲探頭以及信號處理模塊-超聲探頭之間的通斷，當(dāng)發(fā)射模塊-超聲探頭連通時進(jìn)行控制指令發(fā)射，當(dāng)信號處理模塊-超聲探頭連通時進(jìn)行回波信號接收；信號處理模塊還與可編程邏輯器件連接，用于接收超聲探頭采集后回傳的回波信號并進(jìn)行信號處理(包括低噪聲前置放大、時間增益補(bǔ)償、模數(shù)轉(zhuǎn)換等)，將處理后的回波信號傳輸至可編程邏輯器件；