医疗电子中的单片机和CPLD应用于B超检测工具的设计

简介：
超声在人体内传播过程中会遇到各种组织的声学特性差异，在两种不同组织界面处会产生反射、折射、散射、绕射、衰减以及声源与接收器相对运动所造成的多普勒频移等物理特性。通过应用不同的超声诊断仪类型和采用多种扫描方法，可以接收这些回波信号并显示各组织及其病变的形态特征。结合病理学分析与临床医学观察，通过对不同反射规律的总结研究，可对病变部位、性质及功能障碍程度进行精确诊断。其中B超是超声诊断仪的一种重要显示模式。 在医疗电子领域中，基于单片机和CPLD的B超检测工装设计是一个关键技术环节，其核心内容涉及超声波在生物体内传播特性以及超声诊断仪的工作原理等。B超即B-mode超声是一种广泛应用的超声成像技术。当探头接收激励脉冲后发射超声波（同时探头受聚焦延迟电路控制以实现声学聚焦），经过一段时间的时间差后再接收反射回的回声信号，随后通过滤波、对数放大等处理手段生成图像。这些图像能够帮助医生更直观地识别病变的位置、性质及程度。 在B超工作流程中，探头接收到激励脉冲后发射超声波，通过聚焦延迟电路实现声波的聚焦功能。探头接收并捕获返回的回声信号，经过滤波、对数放大等前处理后，经由DSC电路转换成数字形式。随后，这些数字信号在CPU控制下完成图像处理任务，最终与图像形成和测量系统协同作用，实时呈现B超图像。在B超检测工装的设计过程中，基于提高图像分辨率的需求，通常会采用16、24、48或64等多个通道配置。为了确保各通道间的统一性和设备性能稳定，在设计阶段需要对工装进行相应的测试工作。对于具有96阵元的B超板AFE9*，其工装系统应包含发射子系统、开关控制模块以及继电器驱动部分，并分别对其高压发射端、模拟高压开关和探头接口的波形特性进行精确测试。为了确保高效检测，发射工装需要对高压射出电路、高压模拟开关电路以及继电器切换电路进行系统性测试。通过独立控制通道运行状态，开关工装能够实现单个通道的精确开闭调节；而继电器工装则负责发送必要的控制信号。探头波形工装配备灵活配置的切换电路，从而实现了对各个阵元波形特征的精准测量。放大电路的性能需由接收工装进行VGA测试验证。为每一路VGA提供模拟输入信号及检测工作是必要的。波形发生器工装能够提供正弦波形。通过高压模拟开关和VGA增益控制工装的运用使得信号输入与增益调节得以实现。在硬件电路设计领域中，采用AT89S52作为主控制器，并通过CPLD（EPM7064）生成特定脉冲以控制发射通道的波形。例如高压开关HV20220被用来完成通道的选择与切换。另外，在工装板中设置了与上位机通信的接口，并通过程序实现人机交互界面的设计，从而简化了操作流程。 基于单片机及CPLD的B超检查装置的设计，融合了电子工程、信号处理与医疗影像技术等多学科知识，是一个复杂的技术课题。该设计旨在通过提高设备可靠性及图像质量，为临床医疗提供更精准的诊断支持。经过精细的设计与严格测试，可确保B超系统在临床运用中既高效又准确地发挥作用。