二维全数字化背向散射积分采集系统的研制

　　1　引　　言

　　大量的研究报告表明[1],心肌的背向散射积分值心动周期而出现周期性的起伏。对于正常心肌,心舒末期背向散射积分取得最大值,而在心缩末期取得最小值。心肌缺血发生时,受缺血影响的部位的心肌背向散射积分起伏的幅度较正常时减小。这就为利用超声进行心肌缺血的无损检测提供了一个可行的思路。目前,国外关于背向散射积分检测系统的研究,经　　历了一个从模拟方式到全数字化的过程[2]。从前模拟方式系统较简单,由于该方式丢掉了许多信息,现在普认为最好能够记录下全部超声射频回波再提取背向散射积分的信息。要提取心肌的背向散射积分信息,首先要采集心肌超声回波的射频信号。由于通常使用的超声回波的射频信号频率较高(一般为2.5MHz～5MHz),对它做数字化的难度较大,而且要做二维背向散射积分的检测,还需要有配备射频信号输出口的B型超声设备,这一般情况下也是难以做到的。因此,国外全数字化的背向散射积分检测系统大多以一维方式为主,二维背向散射积分的检测系统基本上都是利用了价格昂贵的高频数据采集器[3]。我们实验室在前期工作中已经完成了一维背向散射积分检测系统的研制,本文将介绍利用自行设计的数据采集器完成二维全数字化背向散射积分检测的系统。

　　2　设计需求分析

　　2.1　背向散射积分的定义

　　背向散射积分的定义为[1]:

　　其中Ps(f)和Po(f)分别是背向散射回波和参考回波的功率谱,fo是中心频率,Δf是频域带宽。所谓参考回波,是为了解决回波的仪器相关性而引入的概念。参考回波就是位于被测物体处(这里指心肌)一个垂直于发射波轴向的理想反射平面的反射波。

　　2.2　数据采集器的设计需求分析

　　要提取心肌的背向散射积分信息,首先要采集心肌超声回波的射频信号。我们使用的B型超声设备是TOSHIBA公司的SSH—160A型电子相控阵扇形扫描超声断层成像仪(配备了射频信号输出口),该探头中心频率为2.5MHz,其超声回波的最高频率大约为5MHz。依照奈奎斯特采样定律,数据采集器的采样率最小应为10MHz。该B超每秒扫描30幅图像,每幅图像120条扫描线。按照10MHz采样率计算,如果探测深度为15cm的话,每条扫描线上就要采样2k个点。这样计算下来,每秒的数据量就为7.2Mbytes(8位分辨率)。由于要研究心脏的生理状况,至少要记录一个心动周期的时间。对于一般情况,至少要1秒钟的时间。考虑到普遍适用性,存储空间应更大一些。综上所述,该数据采集器的技术要求如下:

　　1.采样率至少为10MHz。

　　2.存储空间至少为10Mbytes。