一种基于眼科诊测的超声脉冲激励及回波采集系统的制作方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001]本发明涉及超声成像技术领域，特别是涉及一种基于眼科诊测的超声脉冲激励及回波采集系统。
【【背景技术】】
[0002]目前市场上主要的眼科超声设备，多采用单振元进行脉冲发射与接收，其超声声束的聚焦深度是固定的。
[0003]此外，各个专业眼科超声设备研制厂商都没有开放数据接口供外部访问，所以不能取得脉冲回波数据，常规的方案是使用数据采集卡对眼科超声仪器中回波的模拟信号进行采集，但是这样的构架有两个缺点:第一，目前主流的采集卡无法同时采集多达八个通道的高频信号；第二，由于常规的眼科超声机器是不开源的，很难按照各自的要求去设置一些时序与控制参数，故现有的获取脉冲回波数据的方案难以进一步用于科研目的下的眼科诊测。而目前各实验室中，科研采用的通用超声平台是不适应眼科超声高频这个技术指标的。因此，目前市场上尚未有专门用于眼科环阵探头的超声脉冲发射和采集系统。
【
【发明内容】
】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种基于眼科诊测的超声脉冲激励及回波采集系统，能实现声束聚焦深度改变、八通道高频环阵探头采样以及数据接口的开放。
[0005]本发明采用如下技术方案:
[0006]一种基于眼科诊测的超声脉冲激励系统，所述系统包括上位机、下位机和超声探头；其中，
[0007]所述上位机用于产生控制指令并发送至下位机；
[0008]所述下位机用于接收控制指令并进行时序控制以产生符合用户要求的时序，以控制超声探头中振元发射和探头扫描；
[0009]所述超声探头为多振元环阵探头，用于接收下位机发送的控制指令并根据所述控制指令进行振元发射和探头扫描。
[0010]进一步地，所述上位机包括控制界面和上位机第一通信接口，所述控制界面用于接收用户输入的控制指令并将所述控制指令通过上位机第一通信接口传输给下位机；
[0011]所述下位机包括下位机第一通信接口、控制模块、可编程逻辑器件和发射模块，所述下位机第一通信接口与上位机第一通信接口连接，用于接收所述控制指令并传输至控制模块，所述控制模块用于将控制指令翻译成可编程逻辑器件的寄存器控制字，所述可编程逻辑器件用于接收所述寄存器控制字并进行时序控制以产生符合用户要求的时序，通过发射模块发射至超声探头以控制超声探头中振元发射和探头扫描。
[0012]进一步地，所述下位机还包括收发开关、信号处理模块和下位机存储模块，用于采集超声回波信号；
[0013]所述收发开关的一侧分别与发射模块和信号处理模块连接，另一侧与超声探头连接，用于切换发射模块-超声探头以及信号处理模块-超声探头之间的通断，当发射模块-超声探头连通时进行控制指令发射，当信号处理模块-超声探头连通时进行回波信号接收；
[0014]所述信号处理模块还与可编程逻辑器件连接，用于接收超声探头采集后回传的回波信号并进行信号处理，将处理后的回波信号传输至可编程逻辑器件；
[0015]所述下位机存储模块与可编程逻辑器件连接，用于存储可编程逻辑器件传输的处理后的回波信号数据。
[0016]进一步地，所述上位机还包括上位机第二通信接口和上位机存储模块，用于接收下位机采集的超声回波信号；所述下位机还包括下位机第二通信接口，分别与上位机第二通信接口和可编程逻辑器件连接，所述可编程逻辑器件将下位机存储模块存储的回波信号数据通过下位机第二通信接口、上位机第二通信接口传输至上位机存储模块进行存储，实现回波信号数据的上传。
[0017]进一步地，所述上位机第一通信接口和下位机第一通信接口均为COM接口。
[0018]进一步地，所述控制模块为MCU或DSP，所述可编程逻辑器件为FPGA。
[0019]进一步地，所述发射模块为高压发射芯片。
[0020]进一步地，所述信号处理模块为前端滤波及模数转换芯片。
[0021 ] 进一步地，所述下位机存储模块为SRAM。
[0022]进一步地，所述下位机还包括用于连接超声探头的探头接口。
[0023]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
[0024]1、本发明采用多阵元的环阵探头，通过改变其每个振元的发射时序，可以实现声束聚焦深度的改变，较之单振元探头，提高了超声声束性能。
[0025]2、本发明采用专业的超声脉冲发射与超声前端芯片，在声束的发射和回波的接收处理上能够达到更好的性能，能实现最高1MHz的八个通道超声脉冲发射和每个通道高达65MSPS的回波采样率。
[0026]3、本发明能采集超声探头内八个振元接收的脉冲回波，并同步存储于下位机SRAM中，且这些数据对用户开放，用户只需通过上位机界面点击“数据上传”按钮，系统下位机就能够通过USB接口将采集到SRAM中的回波信号数据上传至系统上位机中，形成数据文件，用户可以使用该数据还原脉冲回波，进行成像或者信号分析处理。
[0027]4、本发明提供了上位机的系统控制界面，用户只需调节各个指令寄存器的参数，进行二次开发或者功能升级，即可实现对下位机系统的时序修改与控制，极大地提高了系统的灵活性。
【【附图说明】】
[0028]图1是本发明实施例1提供的基于眼科诊测的超声脉冲激励系统的结构框图；
[0029]图2是本发明实施例2提供的基于眼科诊测的超声脉冲激励及回波采集系统的结构框图；
[0030]图3是本发明实施例3提供的基于眼科诊测的超声脉冲激励及回波采集系统的结构框图。【【具体实施方式】】
[0031]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0032]此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0033]实施例1:
[0034]本实施例提供的基于眼科诊测的超声脉冲激励系统作为测试探头的超声脉冲发射平台使用。
[0035]如图1所示，本发明实施例1提供了一种基于眼科诊测的超声脉冲激励系统，该系统包括上位机、下位机和超声探头；其中，上位机用于产生控制指令并发送至下位机；下位机用于接收控制指令并进行时序控制以产生符合用户要求的时序，以控制超声探头中振元发射和探头扫描；超声探头为多振元环阵探头，用于接收下位机发送的控制指令并根据控制指令进行振元发射和探头扫描。本实施例中，超声探头采用八通道高频环阵探头，用于接收下位机发送的控制指令进行振元发射和探头扫描。下面对上位机和下位机的具体组成做进一步详细说明:
[0036]上位机可以是普通的计算机，其包括控制界面和上位机第一通信接口(例如COM接口)，控制界面用于接收用户输入的控制指令并将控制指令通过上位机第一通信接口传输给下位机。
[0037]下位机包括下位机第一通信接口(例如COM接口 )、控制模块(可以采用MCU或DSP,本实施例中为MCU)、可编程逻辑器件(例如FPGA)和发射模块(例如高压发射芯片)，下位机第一通信接口与上位机第一通信接口连接，用于接收控制指令并传输至控制模块，控制模块用于将控制指令翻译成可编程逻辑器件的寄存器控制字，可编程逻辑器件用于接收寄存器控制字并进行时序控制以产生符合用户要求的时序，通过发射模块发射至超声探头以控制超声探头中振元发射和探头扫描。高压发射芯片，能实现多通道的超声脉冲发射，并根据探头性能调校对应的阻抗匹配电路，得到较好的高频高压激励波形。该下位机还包括用于连接超声探头的探头接口，探头接口一侧连接发射模块，另一侧连接超声探头。
[0038]本实施例通过操作系统的上位机界面，能够控制上位机的COM接口发送对应的控制字或数据以控制下位机的MCU，MCU通过翻译这些控制字与数据，形成对应的FPGA寄存器数据，输入到FPGA的寄存器中，这些寄存器代表了每个发射通道的延时、频率、使能等信息，FPGA根据这些寄存器中的内容，分别给八个发射通道对应的高频超声脉冲发射，以改变眼科环阵探头的发射脉冲聚焦深度和声束特性。下位机的FPGA通过高压发射芯片发出发射脉冲激励信号，其每发射一次发射脉冲激励信号，就能控制超声探头的步进电机运转一步，使得步进电机能够带动高频环阵探头进行扇形运动，以达到对眼睛进行扇形扫描成像之目的。
[0039]相比目前市场上主要的眼科超声设备，多采用单振元进行脉冲发射与接收，其超声声束的聚焦深度是固定的，本系统采用多阵元的环阵探头，通过改变其每个振元的发射时序，可以实现声束聚焦深度的改变，较之单振元探头，提高了超声声束性能。
[0040]实施例2:
[0041]本实施例提供的基于眼科诊测的超声脉冲激励及回波采集系统不仅可作为测试探头的超声脉冲发射平台使用，还能采集探头内多振元接收的脉冲回波，并同步存储于下位机存储模块中。下面仅对本实施例与实施例1的区别部分进行详细描述。
[0042]如图2所示，本发明实施例2提供了一种基于眼科诊测的超声脉冲激励及回波采集系统，在该系统中，除实施例1中系统包括的部件外，该下位机还包括收发开关、信号处理模块(例如前端滤波及模数转换芯片)和下位机存储模块(例如SRAM)，用于采集超声回波信号；收发开关的一侧分别与发射模块和信号处理模块连接，另一侧与超声探头连接，用于切换发射模块-超声探头以及信号处理模块-超声探头之间的通断，当发射模块-超声探头连通时进行控制指令发射，当信号处理模块-超声探头连通时进行回波信号接收；信号处理模块还与可编程逻辑器件连接，用于接收超声探头采集后回传的回波信号并进行信号处理(包括低噪声前置放大、时间增益补偿、模数转换等)，将处理后的回波信号传输至可编程逻辑器件；