编码激励技术及运用

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1、编码激励技术及运用编码激励技术及运用预读：摘要:1编码激励技术为了防止超声的空化效应和热效应对人体可能造成的损害，需要对庚学科技超声成像系统的峰值声功率和平均声功率进行限定［1,2］.在脉冲和连续多普勒血流测量系统中，峰值声功率和平均声功率都比较接近最大允许值.而在脉冲回波成像系统中，超声发射的占空比非常小,在发射超声的峰值声功率接近最大允许值的情况下，实际的平均声功率往往不到最大允许值的1%［1,3］.雷达系统中的编码激励技术［4］能够在不增加峰值发射功率的前提下，显著提高平均发射功率，从而提高系统的信噪比.受此启发,Newhouse在1974年提出了白噪

2、编码的超声成像和多普勒测量系统⑸.在此后的近30年里，包括M序列伪随机码［6〜10］sBarker码［7,11］、Golay码［6,11］、Chirp［12〜16］和伪Chirp码［3,17］等各种编码方法被用于超声编码激励的研允.由于实时超声成像的时间带宽(TB)乘积较小，适用于雷达系统的编码方法用于超声成像时会产生严重的距离旁W(rangcsidclobc)［3］,同时，超声编码系统的电路复杂性也远大于传统的脉冲回波成像系统•因此，如何将编码激励方法成功应用到医学科技超声仪器中，还是一个值得研究的问题.本文将从编码激励的原理、常用编码方法以及编码激励的应

3、用三个方面來介绍医学科技超声编码激励技术.2编码激励的原理2」编码激励成像系统的工作原理编码激励成像系统的简单框图［17］.编码激励成像系统与传统的脉冲回波成像系统的不同之处在于:(1)发射电路采用编码发射激励，必要时还需要对发射编码进行调制;(2)接收电路中需要对回波信号进行脉冲压缩.采用长脉冲激励发射阵元有可能提高超声成像系统的信噪比.但是，如果仅仅是简单地加大发射脉冲的长度，则会明显降低成像系统的轴向分辨率,造成图像的模糊［18］.编码激励技术能较好地解决这一问题.编码激励系统的基本工作原理.(a)所示的传统脉冲发射系统用单脉冲进行激励，轴向分辨率取决

4、于传感器的脉冲响应.(b)所示的编码激励系统,用一长串编码脉冲进行激励，激励脉冲的持续时间远长于传感器的脉冲响应时间.编码长脉冲激励时,探查空间中某一固定点产生的回波信号也是一长串脉冲.所以接收到的回波信号需要与一个参考信号做相关运算,才能够得到近似于传统脉冲激励系统的脉冲响应.这一处理过程称为脉冲丿玉缩•编码激励系统的主要优点是，在峰值负声压一致的前提下,压缩脉冲的信噪比远高于传统回波脉冲的信噪比.信噪比增加值约等于编码长脉冲的TB积［7］,(b)右侧的高脉冲示意了这一结果.编码激励系统的主要缺点是,除采用Golay码的系统外，相关运算的结果不可能象示意的

5、那么理想，总会在主瓣的周围残余一些杂波［6］,又称为距离旁瓣［3］.此外,发射长脉冲还会造成发射聚焦困难、图像死区增加、空间声场的旁瓣能量增加等问题.2.2编码激励成像系统的信噪比分析根据国家技术监督局执行的“医用诊断超声设备声输出公布要求”的IEC标進［1］,对换能器部件和B超主机配套组合的所有工作模式声输出应满足如下三个条件:(1)峰值负声压:P-<lMPa⑵波束声强:Iob<20mW/cm2(时间平均声功率除以输出超声波束面积)(3)空间峰值时间平均值声强:Ispta<100mW/cm2综上所述,当探头的屮心频率为何,带宽百分比为ri

6、，成像帧频为fp,介质声阻抗率为Zs时，编码长脉冲激励相对于传统的短脉冲激励.3发射编码的选择3」发射编码选择的原则编码激励成像系统中，编码方法选择和参考信号的设计对图像质量的影响很大.是无编码长脉冲和Barker码两种不同编码方式时，脉冲压缩效果的示意图［11］.图屮采用匹配滤波来压缩脉冲，使主瓣能量极大.两种编码方式得到的压缩脉冲的主瓣大小一致.下面两个指标可以定量地衡量压缩脉冲的效果⑺:⑴主瓣宽度(")即主瓣的・3dB宽度.主瓣宽度反映了系统的轴向分辨率，它们Z间的关系为:AR=c•At(⑵其屮,c为声速.可见，主瓣宽度越窄,系统的轴向分辨

7、率越高.(2)信杂比(Signal-to-cluttcrratio,SCR)即主瓣峰值和距离旁瓣峰值Z比.SRC越小，图像的模糊越严重.大部分成像系统要求SCR大于50dB.综合上述两个指标，发射编码选择的原则是:使得压缩脉冲的主瓣宽度很窄，而且具有很高的SCR.事实上，这两方面的要求是矛盾的.一般來说压缩主瓣宽度会造成SCR的降低，反之亦然.最理想的压缩脉冲是§函数.发射编码确定后，可以直接采用匹配滤波的方法来进行脉冲压缩•当匹配滤波得到的压缩脉冲的SCR不能满足要求时，可以考虑釆用非匹配滤波[3,17].非匹配滤波器的系数比匹配滤波器长.因此，非匹配滤波

8、中SCR的提高，是以距离旁瓣持续吋间的增加和系统设计