眼科超聲診斷儀分析論文

　　1.基本原理

　　超聲波在媒質中傳播，有波的疊加、反射、折射、透射、衍射、散射以及吸收、衰減等特性，一般遵循幾何光學的原則。

　　A超回波顯示採用幅度調製（Amplitudemodulation），在顯示螢幕上以橫座標代表測物體的深度，縱座標代表回放脈衝的幅度。

　　B型超聲診斷儀透過機械方法改變探頭角度，實現了超聲波束指向（方位）的快速變化（相當於改變A超探頭的位置），使每隔一定小角度，被探測方向上不同深度的所有介面的反射回波，都以亮點（灰度）的形式顯在對應的掃描線上，從而形成一幅由探頭擺動方向決定的垂直扇面二維超聲斷層影象，即扇掃斷層影象，或稱剖面圖。

　　2.硬體設計

　　2.1匯流排描述

　　微控制器MCU中的CPU設定取樣控制部分和顯示控制部分的工作方式，取樣控制部分根據CPU設定的方式自動進行資料取樣並將資料送入FIFO中儲存，而顯示控制部分則不斷讀取FIFO中的資料並根據CPU設定的方式進行顯示。同時，CPU還負責處理鍵盤的輸入和透過RS-232介面與上位機進行資料傳輸。

　　2.1.1MCU

　　本儀器的MCU採用Winbond公司的W78E58微控制器。W78E58是Winbond公司生產的高效能8位微控制器，與標準的8052引腳、指令和片內資源全相容，採用全靜態設計，內含32K位元組高效能FLASHROM和256位元組內部RAM，內建電源管理方式，具有完善的程式碼保護功能，可以有效地保護開發成果。

　　2.1.2FPGA

　　本儀器中的取樣控制和顯示控制，各使用一塊FPGA晶片。根據模擬的結構以及我們的裝置情況，選用了Xilinx公司SpartanXL系列的XCS30XLPQ208晶片。

　　設計的軟體環境使用XilinxFoundation2.1i版本。採用了原理圖和VHDL語言混合的輸入方法，將複雜的'控制模組分塊放在同一設計專案中，輸入完畢後進行功能模擬、編譯和器件內部的佈局佈線，生成定時模擬資料檔案，然後進行定時模擬。在定時模擬滿足要求後，將資料檔案轉換為通用程式設計器可以接受的Intel格式，使用通用程式設計器ALL-07對FPGA外附的PROM進行程式設計。

　　2.1.3FIFO

　　本設計中採用了Averlogic公司的大容量FIFOAL422B作為取樣一顯示的共享資料RAM，從而使取樣部分和顯示部分相對獨立，體現了一種模組化設計的設計思路。

　　2.2取樣控制

　　取樣控制部分的功能是產生激勵探頭振元的同步窄脈衝、TGC（時間增益控制）控制訊號、VDF（電壓增益）控制訊號和DF（動態濾波）控制訊號，進行資料取樣和地址轉換以及進行數值插補，之後將資料送入FIFO。該部分由一塊XCS30XL實現

　　其工作過程為：控制邏輯產生電路產生特定的控制邏輯，使電機轉動一步，然後地址計數器開始工作，開始取樣資料並存入外部RAM。在取樣到第五個資料時輸出發射脈衝，啟動探頭工作，然後繼續取樣。取樣完512點後，控制邏輯使電機再轉動一步，

　　然後重複以上取樣過程，總共驅動電機轉動256步後，一幀取樣結束，控制邏輯輸出相應訊號使電機反向轉動256步。電機反向轉動的這段時間裡，控制邏輯將存放在外部RAM中的資料取出執行插補後再存入外部RAM，在全部資料執行完插補後，將資料按順序送入FIFO。在電機反轉完成後，控制邏輯開始執行新的一幀資料取樣，如此斷重複。

　　2.3顯示控制

　　顯示控制部分完成字元疊加、灰階變換及標準VGA顯示訊號的生成

　　其工作過程為：控制邏輯產生電路根據設定的工作方式產生與行、幀同步訊號同步的控制時序，從FIFO中讀出B超圖象訊號，經過灰階變換後送入訊號合成電路。同時控制邏輯還產生相應的時序，控制CPU將文字、圖形、標誌等訊號資料寫入外部RAM，並將外部RAM中的資料按順序讀出後送到並串轉換電路，變成象素資料後送入訊號合成電路。訊號合成電路將上述兩部分訊號連同VGA顯示消隱訊號一起合成為VGA顯示所需的RGB訊號資料輸出，經過D/A轉換後即為模擬RGB訊號輸出。

　　2.4訊號產生和接收

　　2.4.1發射脈衝產生電路

　　該電路產生探頭振元的激勵脈衝，其電路效能的優劣不僅影響到超聲發射的功率和接收靈活度，還關係到探測深度和解析度的好壞，因此對於超聲儀器來說它是較為重要的電路。

　　現代超聲診斷儀器通常使用所謂“衝擊激勵”的方法產生超聲波發射，即透過對振元施加單個極性脈衝，使振元產生持續時間極短的機械振盪。

　　2.4.2超聲回波的接收

　　訊號接收部分將接收到的回波訊號放大並進行檢波，變成A/D轉換器可以接收的訊號。其框圖如圖4所示。

　　3.軟體設計

　　整個軟體全部採用組合語言編寫而成，主要完成以下功能：輸入ID（病歷號）、切換TGC控制方式、切換灰階變換方式、切換左右眼指示、選擇遊標、移動選定的遊標並計算兩遊標間的距離、凍結或掃描影象，其流程圖如圖5所示。

　　本儀器樣機經過標準體模測試，B型影象的橫向解析度≤0.5mm，縱向解析度≤0.25mm，實際探測深度≥52mm，橫向位置幾何精度≤10%，縱向位置幾何精度≤5%。與同類產品相比，顯示影象清晰、輪廓分明，達到設計和使用要求，在國內機型中屬於較好水平，但與國外先進水平相比，還有一定差距，需要進一步改進。