一种新型的超声多普勒血流测量仪制造技术

本实用新型专利技术涉及一种新型的超声多普勒测量仪，该测量仪由换能器、发射电路、模拟信号检测电路、高速信号处理卡和控制电路组成。换能器接收的回波信号经模拟信号检测电路处理后，进行模数转换，然后将转换后的数字信号送入高速信号处理卡，再进行滤波、正反向血流分离及谱分析。从谱图上可以得到最大流速、最小流速、平均流速、脉动指数、阻力指数等参数，这些参数将直接用于临床疾病的诊断。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种新型的超声多普勒血流测量仪，属物理测量
心脑血管疾病是目前危及人类健康的主要疾病之一。基于多普勒原理设计的超声血流测量仪可用于无创地检测人体的血流，从而为心脑血管疾病的诊断提供了有力的工具。超声多普勒血流测量的原理当超声波进入人体后遇到运动的物体，其回波信号就会出现多普勒频偏(见图1)，频偏的大小由下式决定fd=2ν•cosθcfo]]>式中，fo是发射频率；fd是多普勒频偏；v是物体运动的速度；c是超声在人体中传播的速度θ是声束与流速之间的央角。当发射连续的正弦波时，系统称为连续波血流测量仪当发射重复出现的短脉冲群时系统称为脉冲波血流测量仪。图2是脉冲波血流测量仪工作原理的示意图。由控制电路产生的发射短脉冲信号群经过发射电路后施加到换能器上，由此转换成超声波信号进入人体。由人体内运动组织产生的回波信号(fo+fd)，经过放大送入解调电路。解调电路再将检测出的信号(fd)送到距离选通电路，由控制电路发出的采样信号对指定深度的回波信号进行采样。最后，经过滤波处理后由谱分析器计算出相应的谱图。从系统设计方面看，已有技术中采用了大量模拟电路，只是在最后一个环节才使用了数字信号处理器或计算机来完成谱分析，如图3所示。这样的系统存在以下问题干扰噪声大，器件选配困难，调试过程复杂，加工费用高。从功能模块实现时采用的技术方案上看，已有技术存在的问题是(1)控制电路中使用了不少中、小规模的组件。不仅使得控制板面积大，加工费用高，而且也增加了许多不可靠的因素。(2)在模拟放大通道中使用分立元件。虽然也能达到要求的增益与带宽，但并不能实现放大器的开/关控制及增益控制。本技术的目的是设计一种新型的超声多谱勒血流测量仪，简化电路设计，提高测量系统的集成度，并提高系统的可靠性、灵活性及保密性。本技术设计的超声多谱勒血流测量仪，包括换能器和(1)发射电路由两个三极管、两个VMOS管和一个变压器组成，由系统控制电路产生的两个互补的发射脉冲信号(RX、RXN)分别送给两个三极管，经过电平转换后控制VMOS管。两个VMOS管交替导通，所形成的发射脉冲经过变压器耦合到换能器晶片上；(2)模拟信号检测电路模拟信号检测电路由射频放大器、解调器与距离选通电路构成，其中射频放大器选用的是一片低噪声、宽频带、可变增益的运算放大器AD600,GAT端是放大器的开/关控制信号，CH是放大器的增益控制信号，由换能器接收的模拟信号经电感(L)、电容(C)耦合至AD600，放大后再送解调器；解调器采用的是MC1496乘法器，其中SIN为本振信号，echo是超声回波信号，射频放大后的模拟信号经乘法器解调，然后经运放NE5534转换成单端输出信号送给距离选能电路；距离选通电路由积分器和采样保持器组成，其中包括一个运放(NE5534)和两个开关，INTEGER和S/H分别为积分时间和采样保持时间的控制信号，距离选通电路的输出再送高速信号处理卡；(3)高速信号处理卡本实施例中采用的高速信号处理部件是以TMS320C30为基础设计的信号处理卡；(4)控制电路控制电路产生如下控制信号脉冲重复频率PRF、发射脉冲RX、采样体积RGATE、正交信号SIN和COS、射频放大器开/关控制信号RW以及距离选通信号INTEGER、S/H控制电路的输入是计算机的地址线、数据线和控制线，由计算机随时改变上述各控制信号具体形态，整个系统的逻辑电路，用一块大规模可编程逻辑器件(EPLD)进行控制，该器件可以在线编程，随意修改程序。它的引用不仅大大简化了电路设计，提高了系统的集成度，而且还高了系统的可靠性、灵活性及保密性。本技术设计的超声多普勒血流测量仪，将换能器接收的回波信号，经模拟信号检测电路(包括射频放大器、解调电路、距离选通电路等)处理后，不经滤波电路滤波，就进行模/数转换，然后将转换后的数字信号送入高速信号处理卡，再做滤波、正反向流分离及谱分析等，如图4所示。其突出特点是，射频放大器采用了低噪声、宽频带、可控增益的射频运算放大器AD600。该器件低噪声、宽频带的特性完全满足了超声回波信号放大的要求。与此同时，此类放大器述提供了工作状态的开/关控制以及放大器的增益控制。由于脉冲波超声多普勒系统中，发射与接收使用同一个换能器，因此在发射周期里希望把放大器关闭，只在接收周期才把它打开。此外，在处理超声回波信号时，由不同深度的回波信号希望有不同的放大倍数。因此，可控增益运算放大器可以完美地解决超声回波信号处理中的控制要求。数字信号处理部分，采用了以美国TI公司生产的TMS320C30为基础构成的高速信号处理卡，其中包括两路A/D及D/A变换器模拟信号处理后的信号，经A/D变为数字信号，在高速信号处理卡中可以方便的实现滤波、正反向血流速度分离及谱分析等。本测量仪的另一个优点是，整个系统的逻辑电路仅用了一片大规模可编程逻辑器件(EPLD)。该器件可以在线编程，随意修改程序。它的引用不仅大大简化了电路设计，提高了系统的集成度，而且还提高了系统的可靠性、灵活性及保密性。 附图说明图1是超声多普勒血流测量原理图。图2是已有技术脉冲多普勒血流测量仪工作原理图。图3是已有技术实施原理框图。图4是本技术设计的脉冲多普勒血流测量仪工作原理图。图5是本技术的实施原理框图。图6是发射电路原理图。图7是射频放大器原理电路图。图8是解调电路原理图。图9是距离选通电路原理图。图10是控制电路的输入输出信号。图11是可编程器件引脚图。图12是控制电路各信号间的时序关系。以下结合附图，详细介绍本技术的内容。图1至图7中，1是发射信号fo，2是皮肤，3是血管，4是接收信号fo+fd，5是超声换能器。图5所示为本技术的一个实施例。该系统建立在一个普通微机(PC)硬件平台上，由PC主机控制系统各部件的协调运行。整个系统由发射电路、模拟信号检测电路、高速信号处理卡及控制电路等部分组成。各部分的工作原理分述如下 (1)发射电路，如图6所示。发射电路由两个三极管、两个VMOS管和一个变压器组成。由系统控制电路产生的两个互补的发射脉冲信号(RX、RXN)分别送给两个三极管，经过电平转换后控制VMOS管。两个VMOS管交替导通，所形成的发射脉冲经过变压器耦合到换能器晶片上。(2)模拟信号检测电路模拟信号检测电路由射频放大器、解调器与距离选通电路构成。其中射频放大器选用的是一片低噪声、宽频带、可变增益的运算放大器AD600。GAT端是放大器的开/关控制信号，CH是放大器的增益控制信号，如图7所示由换能器接收的模拟信号经电感(L)、电容(C)耦合送至AD600，放大后再送解调器。解调器采用的是MC1496乘法器，其中SIN为本振信号，echo为超声回波信号。射频放大后的模拟信号经乘法器解调，然后经运放NE5534转换成单端输出信号送给距离选通电路，如图8所示距离选通电路由积分器和采样保持器组成，其中包括一个运放(NE5534)和两个开关，INTEGER和S/H分别为积分时间和采样保持时间的控制信号，如图9所示。距离选通电路的输出再送高速信号处理卡。(3)高速信号处理卡本实施例中采用的高速信号处理部件是市本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型的超声波多普勒血流测量仪，包括换能器和（１）发射电路：由两个三极管、两个ＶＭＯＳ管和一个变压器组成，由系统控制电路产生的两个互补的发射脉冲信号（ＲＸ、ＲＸＮ）分别送给两个三极管，经过电平转换后控制ＶＭＯＳ管，两个ＶＭＯＳ管交替导 通，所形成的发射脉冲经过变压器耦合到换能器晶片上；其特征在于：（２）模拟信号检测电路：模拟信号检测电路由射频放大器、解调器与距离选通电路构成，其中射频放大器选用的是一片低噪声、宽频带、可变增益的运算放大器ＡＤ６００，ＧＡＴ端是放 大器的开／关控制信号，ＣＨ是放大器的增益控制信号，由换能器接收的模拟信号经电感（Ｌ）、电容（Ｃ）耦合至ＡＤ６００，放大后再送解调器；解调器采用的是ＭＣ１４９６乘法器，其中ＳＩＮ为本振信号，ｅｃｈｏ是超声回波信号，射频放大后的模拟信号经乘法器解调，然后经运放ＮＥ５５３４转换成单端输出信号送给距离选能电路；距离选通电路由积分器和采样保持器组成，其中包括一个运放（ＮＥ５５３４）和两个开关，ＩＮＴＥＧＥＲ和Ｓ／Ｈ分别为积分时间和采样保持时间的控制信号，距离选通电路的输出再送高速信号处理卡；（３）高速信号处理卡高速信号处理部件是以ＴＭＳ３２０Ｃ３０为基础设计的信号处理卡；（４）控制电路：控制电路产生如下控制信号：脉冲重复频率ＰＲＦ、发射脉冲ＲＸ、采样体积ＲＧＡＴＥ、正交信号ＳＩＮ和ＣＯＳ、射频放大器开／关 控制信号ＲＷ以及距离选通信号ＩＮＴＥＧＥＲ、Ｓ／Ｈ控制电路的输入是计算机的地址线、数据线和控制线，由计算机随时改变上述各控制信号具体形态，用大规模可编程逻辑器件（ＥＰＬＤ）进行控制。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何丽静，刘廷文，高上凯，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]