B超中的数字扫描变换器

B超中的数字扫描变换器

B超中的DSC是一个存储装置，将信息以一种格式存入存储器，而以另一种格式读出。在超声成像系统中，换能器运动方式以及超声波回波方式，决定了出入为X-Y二维输入格式，而输出格式是标准的电视光栅。

　　由DSC构成的超声成像系统可以分为两部分：一是包括超声换能器在内的超声回波信号提取和处理部分，是模拟电压信号通道；二是以DSC为核心的数字信号处理部分。除了处理探头来的高频超声波信号外，还有心电、心音等生理参数，与超声回波信号同时送入A/D，以实现一机多用。

　　DSC的核心部件是半导体图像存储器。数据经图像存储器缓冲，一方面解决了较慢的超声回波信号提取与高速显示之间的矛盾，另一方面依靠图像存储器写入地址与读出地址的变换，实现了扫描制式的变换。

　　存储器容量的大小取决于显示屏幕上像素点的多少。对于帧频为50Hz PAL制式的显示器，水平扫描线为625行，屏幕上大约可见到580行。每根扫描线上，视觉可辨的像素点为640点。其中，512行扫描线用于断层图像显示，余下扫描线中的64行用作心电图显示。每一根扫描线为640点。其中，512点用作图像显示，左64点作为灰阶显示和人体标记显示区，右64点作为增益控制曲线以及字符（病例号，姓名等资料）显示区。

　　如果回波信号提取深度为40cm（最大情况），那么，扫描线的深度增量为0．78mm，可以分辨出1．56mm的空间。尽管模拟扫描变换器可以提供1000×1000个象素单元，但是通常扫描电子束的尺寸已经占据了好几个像素单元。结果，其分辨率只是相当于200－300根电视扫描线。根据电视屏幕区域的安排，对应于512行×512点的图像显示区，可以采用512×512主存储器阵列，其他区域的显示采用辅助存储器实现。

　　存储器的字长直接决定像素的灰度等级。根据数字电视的试验结果，将连续模拟电压量化时，字长至少要5个bit，更好一点需要6个bit，才能保证显示细微部分，并避免在显示幅度连续慢变化的信号时出现人造边界。另外，人的视觉能识别的灰度等级的极限值是10级，这是在区分独立的各个灰度式样情况下作的试验。而真正的图像则是由不同灰度等级数据构成，灰度很小的差别会由于“马赫条纹”现象而被突出。目前，在不同的成像设备中，一般字长采用4bit或5bit，即是有16个或者32个灰度等级（或称灰阶）。在这里有两点需要注意：第一，在一个4bit扫描变换系统中，其灰阶为16级。如果输入信号范围为40dB，那么，每一灰度等级分配的增益量至少为2．5dB，已经超过临界值。第二，扫描变换器输出的数据，要经过变换函数的处理之后再送去显示，但是由于数据字长有限，会使图像产生可见轮廓线，使得这种后处理能力受到限制。

　　图像存储器的读写方式决定图像的显示方式。而图像显示方式又分为以下几种：

　　（1）图像实时显示：这是一种常规显示方式。超声回波数据实时写入存储器，再按照视频时钟读出，随写随读，便得到实时图像。

　　（2）图像冻结显示：停止向存储器写数据，存储器的图像数据反复读出，只显示一幅固定图像。只读不写便得到冻结图像。

　　（3）图像极性反转：存储器内数据可以按照原码输出，也可以按照其反码输出，便得到两种极性图像。

　　（4）变焦读出图像放大：一般情况下，存储器512×512个点对应电视屏幕512×512个像素点。超声回波提取的空间范围即为显示器显示的图像范围，即采用“一一对应”的读出方式。一种最有用的读出方式是采用“一一对应”或者“一二对应”等。以“一二对应”为例，选定存储器某一区域256×256单元，在显示器作两行扫描时，都对存储器同一行单元读取数据。这样，一行数据显示成两行。同时，显示器在作一行扫描时，每两个像素都从存储器同一个单元中读取数据，这样，一个单元显示成两个像素点。对于选定的256×256个单元，可以显示成512×512个像素，结果，像素放大了4倍。

　　（5）图像左右、上下翻转：改变存储器读出首地址及计数方向便可完成。这种显示方式的目的在于满足操作人员观察图像时对方位的要求。

　　（6）两个时间相位心率同步静止显示：只允许选定的2个时相的图像数据写入存储器，便可得到两个时间相位心率同步静止的断层图像。

　　（7）慢动作显示：每一个心率错开一定时间，就重新更换心率同步静止像。由于心脏活动可以慢速显示出来，所以各个心脏时间相位的图像都可以动画式的进行观察。

　　围绕图像存储器，还需要设置一些外围部件。首先是A/D变换器，完成回波信号的数字化变换后的数据进入输入通道。输入通道包括回波信号预处理器和输入数据缓冲器。缓冲后的数据在存储器写时钟控制下写入图像存储器。与此同时，图像存储器在视频时钟控制下读出数据，送入输出数据缓冲器，经处理后，由D/A变换为模拟电压信号，与视频同步信号混合后送电视监视器显示。

　　来自探头扫描器的位置信号和回波幅度信号分别送入象素地址单元和A/D变换器。变换后的数字信号，经过缓冲器，把数字信号由串行变为并行，送入图像存储器；再经过D/A变换器，恢复为符合视频信号，就可以送入TV监视器或照相显示器进行观察和照相记录。除此之外，还有协调整机工作的主时钟和读/写地址发生器等单元。DSC为图像的数字处理提供了条件，而数字图像处理则为得到高质量的图像提供了可能。

　　在成像系统中，除了B型超声DSC之外，还有M型超声DSC和A型超声DSC。

　　随着高性能计算机的引入，当代B超诊断仪图像质量和操作功能都得到大幅度提高。如能给TV监视器以无闪烁的活动图像；能冻结所需要的超声图像；能测量监视器上所显示的探察体的尺寸；能提供不同的显示内容，如B型、M型、A型。某些B超主要用于腹部检查及妇产科检查，机内有根据B超图像中胎囊长度、双顶骨直径、顶臀长度、胸廓直径等各部位的尺寸按设计者预先写入的公式进行胎龄计算、直接显示其结果，并根据最初打入的当天日期直接显示预产期。有的仪器还可由使用者直接写入计算表格，而按使用者给出的表格估算胎龄及预产期，而且图像也更加清晰逼真。所有这些都与DSC技术分不开。可以说，这项技术目前已经成为现代超声成像系统的一个重要标志。