一种便携式模数全深度频移搜索型经颅多普勒检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种便携式模数全深度频移搜索型经颅多普勒检测装置及方法，装置包括：探头、探头激发和回波接收模块、滤波及放大模块、信号解调和正交调整模块、AD双通道采样模块、控制模块及上位机。方法包括步骤：探头发射声波后射入颅内，及接收血流回波信号；滤波和放大，并经模拟解调得到实际血流频移信号及正交调整；形成数据包及控制传输；对接收的实际流频移信号预处理，利用全深度频移搜索方法获得超声波波束发射方向上整体深度的血流分布和方向信息，经离散傅里叶和伪彩色变换后根据选择的所需深度血流生成区域声谱图。本发明专利技术能够显示超声波束发射方向上整个深度的血流分布情况，简化信号复杂度，使得系统更加小型化便携化。

Portable modular full depth frequency shift search type transcranial Doppler detection device and method

The invention discloses a portable transcranial Doppler detection device with full-depth frequency-shift analog search and a method, which comprises a probe, a probe excitation and echo receiving module, a filtering and amplifying module, a signal demodulation and quadrature adjustment module, an AD dual-channel sampling module, a control module and a host computer. The method includes the following steps: the probe launches the sound wave into the brain and receives the blood flow echo signal; filters and amplifies, and obtains the actual blood flow frequency shift signal and the orthogonal adjustment through the analog demodulation; forms the data packet and the control transmission; preprocesses the received actual flow frequency shift signal, obtains the ultrasonic wave by the full depth frequency shift search method. The flow distribution and direction information of the whole depth in the beam emission direction are transformed by discrete Fourier transform and pseudo-color transform to generate regional acoustic spectrogram according to the selected depth of the blood flow. The invention can display the blood flow distribution of the whole depth in the direction of ultrasonic beam emission, simplify the signal complexity, and make the system more miniaturized and portable.

【技术实现步骤摘要】
一种便携式模数全深度频移搜索型经颅多普勒检测装置及方法
本专利技术涉及一种便携式模数全深度频移搜索型经颅多普勒检测装置及方法，属于经颅多普勒超声检测的

技术介绍
随着经济发展和医学水平的提高，人口老龄化速度加剧；年轻人群由于巨大的生活压力和工作压力形成了不健康的生活方式，导致了脑血管疾病爆发率不断攀升，并具有不断年轻化的趋势。根据WHO估算，我国居民每年有182万人死于脑血管病，造成了极高的社会医疗负担。对于脑血管疾病，传统影像学只提供组织形态学上的参考，而经颅多普勒(TCD)能够提供血流速度、搏动指数等血流动力学上的参考。其原理如图1和2所示，经颅多普勒的理论基础为多普勒频移效应，频移由血液中运动的血细胞引起，频率差为血细胞产生的反射回波频率与探头发射的工作频率之差，与血流速度成正比关系。血流速度的计算公式为：其中v为血流速度，f0为探头发射频率，ω0为发射角频率，fD为频率差，ωD为角频率差，c为人体内超声波传播速度，θ为超声波束入射方向与血液流动方向的夹角。但传统的TCD也存在着不足：当前TCD检测还是以人工操作为主，对临床医护人员操作技术要求高，而且颅骨坚硬、超声窗小，因此对超声窗和大脑血管定位困难；并且传统TCD只有4深度、8深度等，不具有深度上的连续性，对微栓子运动轨迹检测不确定，这些都限制了超声经颅多普勒的发展。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种便携式模数全深度频移搜索型经颅多普勒检测装置及方法，解决传统TCD中存在的血管定位困难和难以捕捉栓子轨迹问题，采用模拟与数字结合的方法降低对采样频率的需求和数据处理量，并在全深度频移搜索方法进行检测，简化信号复杂度，使整个系统更加小型化便携化。本专利技术具体采用以下技术方案解决上述技术问题：一种便携式模数全深度频移搜索型经颅多普勒检测装置，包括：探头、探头激发和回波接收模块、滤波及放大模块、信号解调和正交调整模块、AD双通道采样模块、控制模块及上位机，其中所述探头激发和回波接收模块根据上位机设定的发射频率产生方波激励使得探头发射声波后射入颅内，及通过探头接收来自颅内血管反射的血流回波信号；所述滤波及放大模块对血流回波信号进行滤波和放大，经信号解调和正交调整模块进行模拟解调去除回波信号中的载波信号，得到实际血流频移信号，及对其在同相I路和正交Q路输出信号的相位进行正交调整，并通过AD双通道采样模块分别对实际血流频移信号和解调和正交调整后的实际流频移信号进行采样；所述控制模块控制将采样到的实际流频移信号形成数据包传输至上位机；所述上位机，对接收的数据包中实际流频移信号进行复数域预处理后，利用全深度频移搜索方法获得和显示超声波波束发射方向上整体深度的血流分布和方向信息，并经离散傅里叶变换和伪彩色变换后根据选择的所需深度血流生成区域声谱图。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案：所述信号解调和正交调整模块采用设定发射频率的倍数频信号作为解调输入信号进行模拟解调。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案：所述控制模块还包括采用双FIFO乒乓工作方式将处理的实际流频移信号存储。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案：所述控制模块包括CPU控制模块及分别与CPU控制模块连接的发射控制模块、双FIFO存储模块和数据传输读写模块。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案：所述数据传输读写模块采用USB读写模块。本专利技术还提出一种模数全深度频移搜索型经颅多普勒检测方法，包括以下步骤：根据设定的发射频率产生方波激励使得探头发射声波后射入颅内，及通过探头接收来自颅内血管反射的血流回波信号；对血流回波信号进行滤波和放大，并经模拟解调去除回波信号中的载波信号，得到实际血流频移信号，及对其在同相I路和正交Q路输出信号的相位进行正交调整；分别对实际血流频移信号和解调和正交调整后的实际流频移信号进行采样，及将采样得到的实际流频移信号形成数据包后发送；对接收的数据包中实际流频移信号进行复数域预处理后，利用全深度频移搜索方法获得和显示超声波波束发射方向上整体深度的血流分布和方向信息，经离散傅里叶变换和伪彩色变换后根据选择的所需深度血流生成区域声谱图。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案，所述方法中根据设定发射频率的倍数频信号作为解调输入信号进行模拟解调。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案，所述方法中全深度频移搜索方法，包括：对实际流频移信号的I路和正交Q路输出信号按深度进行分割和包络合成提取；对分割提取所得复数域血流信号进行自相关计算，得到超声波束发射方向上不同深度血流信号的相位信息；根据所得相位信息，计算获得血流速度分布；将计算得到的血液流速按时间顺序排列，得到超声波波束发射方向上整体深度的血流分布和方向信息。本专利技术采用上述技术方案，能产生如下技术效果：本专利技术使用相应的超声探头发射声波进入颅内，运用全深度频移搜索技术来获取超声波束发射方向上整体血流分布信息，并可根据全深度血流频移图谱选择指定深度的血管观察声谱图信息。采用模拟与数字相结合的方法，在AD采样之前完成解调，能够降低对采样频率的需求，大大减小数据预处理的计算量，以全深度频移搜索技术为基础的模数全深度频移搜索型TCD，能够显示超声波束发射方向上整个深度的血流分布情况，用不同颜色区分血液流动方向。临床医护人员可以根据全深度血流频移图谱进一步查看感兴趣深度的血流声谱图，解决了传统TCD血管定位困难、临床操作技术要求高的弊端。并且，全深度频移搜索技术无需门限电路、积分电路、保持电路和通道选通电路，这些都极大的节省了硬件电路资源，简化信号复杂度，使得系统更加小型化便携化。附图说明图1是传统的超声波束在组织中的反射回波示意图；图2是传统的TCD血流测速示意图；图3是本专利技术模数全深度频移搜索型经颅多普勒检测装置的模块示意图。图4是本专利技术双FIFO读写信号转换状态机；图5是本专利技术全深度频移搜索技术自相关运算示意图。图6是本专利技术仿真全深度血流频移相位和血流分布图。图7-a，7-b，7-c分别是本专利技术不同深度血管的声谱图。具体实施方式下面结合说明书附图对本专利技术的实施方式进行描述。如图1、图2所示为现有TCD的基本测量模型：超声波束通过颅骨超声窗，进入颅内到达血管。令探头发射频率为f0，多普勒频率差为fD，反射回波频率为fecho，人体内超声波传播速度为c，血流速度为v，超声波束入射方向与血液流动方向的夹角为θ，计算得到多普勒频移：由于人体内声波传播速度约为1560m/s，而血管中血液流动速度通常小于6m/s；实际操作中由于受超声窗限制，一般只能进行小角度测量，因此cosθ可近似为1，由以上条件对(1)式化简，得到化简后的血流速度计算公式：如图1所示，超声波束通过皮肤、组织到达血管，过程中发生多次反射现象。各种组织反射回波频率与探头发射频率相同，而血流的反射回波由于多普勒效应发生了频移，与发射频率不同，可以根据这一特性滤除其他反射干扰回波。如图3所示，本专利技术设计了一种便携式模数全深度频移搜索型经颅多普勒检测装置，该装置主要包括：探头、探头激发和回波接收模块、滤波及放大模块、信号解调和正交调整模块、AD双通道采样模块、控制模块及上位机，其中探头、探头激发和回波接收模块、滤波及放大模块、信号解调和正本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种便携式模数全深度频移搜索型经颅多普勒检测装置，其特征在于，包括：探头、探头激发和回波接收模块、滤波及放大模块、信号解调和正交调整模块、AD双通道采样模块、控制模块及上位机，其中所述探头激发和回波接收模块根据上位机设定的发射频率产生方波激励使得探头发射声波后射入颅内，及通过探头接收来自颅内血管反射的血流回波信号；所述滤波及放大模块对血流回波信号进行滤波和放大，经信号解调和正交调整模块进行模拟解调去除回波信号中的载波信号，得到实际血流频移信号，及对其在同相I路和正交Q路输出信号的相位进行正交调整，并通过AD双通道采样模块分别对实际血流频移信号和解调和正交调整后的实际流频移信号进行采样；所述控制模块控制将采样到的实际流频移信号形成数据包传输至上位机；所述上位机，对接收的数据包中实际流频移信号进行复数域预处理后，利用全深度频移搜索方法获得和显示超声波波束发射方向上整体深度的血流分布和方向信息，并经离散傅里叶变换和伪彩色变换后根据选择的所需深度血流生成区域声谱图。

【技术特征摘要】
1.一种便携式模数全深度频移搜索型经颅多普勒检测装置，其特征在于，包括：探头、探头激发和回波接收模块、滤波及放大模块、信号解调和正交调整模块、AD双通道采样模块、控制模块及上位机，其中所述探头激发和回波接收模块根据上位机设定的发射频率产生方波激励使得探头发射声波后射入颅内，及通过探头接收来自颅内血管反射的血流回波信号；所述滤波及放大模块对血流回波信号进行滤波和放大，经信号解调和正交调整模块进行模拟解调去除回波信号中的载波信号，得到实际血流频移信号，及对其在同相I路和正交Q路输出信号的相位进行正交调整，并通过AD双通道采样模块分别对实际血流频移信号和解调和正交调整后的实际流频移信号进行采样；所述控制模块控制将采样到的实际流频移信号形成数据包传输至上位机；所述上位机，对接收的数据包中实际流频移信号进行复数域预处理后，利用全深度频移搜索方法获得和显示超声波波束发射方向上整体深度的血流分布和方向信息，并经离散傅里叶变换和伪彩色变换后根据选择的所需深度血流生成区域声谱图。2.根据权利要求1所述便携式模数全深度频移搜索型经颅多普勒检测装置，其特征在于：所述信号解调和正交调整模块采用设定发射频率的倍数频信号作为解调输入信号进行模拟解调。3.根据权利要求1所述便携式模数全深度频移搜索型经颅多普勒检测装置，其特征在于：所述控制模块还包括采用双FIFO乒乓工作方式将处理的实际流频移信号存储。4.根据权利要求1所述便携式模数全深度频移搜索型经颅多普勒检测装置，其特征在于：所述控制模块包括CPU控制模块及分别与CPU控制模块连接的发射控制模块、...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵兴群，李已晴，夏翎，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32