维普资讯 卜f 磁 扇 扇形超声扫描仪数字扫描变换器的研制 — — — — — 一 一 黄兰墨 堡墼查 8}7 (西安交通大学生物医学仪器及工程研究室 西安 ·710049) 7 本文介绍一种用于B型扁扫超声成像的数字扫描变换器。它采用一种针对有效像 素点 变换的 技术，有效地降低了对 电路速度的要 从而提高了数字扫描变换器的性能，有利于高级图像处理 技术的实现。 A digitalscanconverterforultrasonicsectorscanners HUANG Yuxing CHENG Jingzhi (InstituteofBiomedicalInstrumentandEngineering Xian Jiaotong University) A digitalscan converterforB—modesectorscannerispresented in this paper．A new technique only convertingeffectivepixelsisadopted SO thatthehighspeedcircuit hasnotto beused in thisDSC Thus，the property ofdigitalSCallconverteris impr— ． oved and advanced imageprocessing techniquesCallbe used． 1 引言 鎏H 竺 flI．8 ) ～ 数字扫描变换器(DSC)是医用超 声成 蕊H 量示．-蛙 I 像设备中的核心组成部分，在超声成像中对 成像质量有重要影响。因此，为了改善图像 图1 DSC大图像存储器方案原理框图 质量，不断有新型数字扫描变换器推出。扇 形数字扫描变换器的核心任务是将扳坐标的 进 1兰H 兰 (x， ) 超声扫描回波信号采样后转换为可供 电视水 平光捱扫描显示的直角坐标形式。扇形DSC l回吐l地址 甄 设计需要解决的两个主要问题是。坐标变换 图2DSc小图像存储器方案原理框图 和数值插朴。目前实现DSC的方法 根 据 电 在大图像存储器方案中，回波信号在存 路结构主要有两种，文献[I]中将其分别称 储器前 由坐标变换 电路完成从极坐标(月，0) 为大图像存储器方案和小图像存储器方案。 图1及图2分别是这两种方案的方框图。 收稿 日gl,94—4—19}修回目期 ·94—5—17 声学技术 — 131一 维普资讯 到直角坐标(，y)的变换。回波数 据按照给 算出有效像素点约为 l85000即185k。有效 定的(*，y)地址写入一个 与显示像素一一 对 像素点所 占用 的显 示 时 间 为 ： 185000× 应的图像存储器(一般为512x512个单元)． 80(ns) 15(ms)，可见时同利甩 率很 低 然后在视频同步信号的控制下逐行读取图像 存储器，经过插补 电路将数据遴 显示 器 显 示 。 在小图像存储器方案中，存储器中保存 的是最原始的极坐标形式的数据，其容是一 般 只需128x512个单元(128条超声扫描线个采样点)。在显示过程 中，显示 器上每个显示像素的值可 以根据 此 像 索 的 图 3有效像素点示意图 (，)坐标通过坐标变换 电路找到其在 图像 存储器中相应的回波信号数据，将此数据读 如果能将每帧的所有有效时 间40ms全 出并通过插补 电路显示。 部用于坐标变换和插补过程，将大大降低对 这两种方案的一个共 同缺点就是要求 电 坐标变换和插补 电路乃至整个 DSC 电路速 路速度相当高，这主要是 因为在显示过程 中， 度的要求 将40ms全部用 于185k个 有 效像 一 个像素点的显示时问最多为80ns。在大 图 素点，则每个有效像素点所 占用 的时间为t 像存储器方案 中， 由于原始像素点分布的不 4OO0OO00／18500≈216ns，几乎是80ns的3 均匀性，在插补过程 中要 同时读 出多个 点， 倍 。因此采用合理有效的设计将进一步提高 随时判断原始点与插补点，并求出插补点数 数字扫描变换器的性能，本文将针对 以上不 完成插补运算。在小图像存储器方案中，坐 足而提出一种新型数字扫描变换器。 标变换与插补运算均在显示过程 中完成，这 就更增加 了问题的复杂性。而所有这些操作 2 一种新型数字扫描 变抉器 均要在80ns以内完成，因此，实现起米相当 困难。 为了充分利用有效时间降低对 电路速度 在采用数字扫描变换器的超 声 诊 断仪 的要求，我们设计了一种新的高性能数字扫 中，由于采用标准 电视显示方式 ， 帧频 为 描变换器，它克服了以往数字扫描变换器的 25Hz，每帧时问为40ms，无论是大图像存储 缺点，具有如下特点， 器方案还是小图像存储器方案，最终显示像 (1)采用两种存储器ll缓冲图像存储器 素一般为512x512点，每 点显示时间为80ns， 及显示图像存储器 缓冲图像存储器与小圈 按 目前采用的在显示过程 中完成插补与坐标 像存储器方案中的图像存储器一样，显示图 变换，总的可利用时间为：512×512×80(ns) 像存储器与大图像存储器方案中的图像存储 =2097152o(ns)≈21(ms)， 在 每 一 帧 有 器一样。 19ms，约一半的有效时问没有利用。进 一步 (2坐标变换瓢插朴电路放在缓冲图像 我们再考虑一下有效像素点，一般超声扇形 存储器到显示圈像存储器建问 -避免了显幕 诊断仪显示角度均为90。，结构如图3所示。 过程 中的高速运算 电路 ． 由图8可 以看 出，有效像素点远未达 到512 (3)坐标变换与插补充分利用所有有效 ×512=256k点。在扇角为90。的情况下，根 时间40mSo 。 据扇形面积在方框中所 占的 比例，可 以计 (4)所有各种运算均只对有效像素点进 一 132一 13卷 3期Ci§9， 维普资讯 行，使 得每～像素点盼处理时间可达210多 2．1 缓冲圈像存储碧 II$，可以采用 比较低速的集成 电路实现。 缓冲图像存储器用于存储极坐标形式的 新型数字扫描变换器的原理框图如图4 回波数据 。由于在成像过程 中，图像 的扫描 所示。 与显示一般没有严格的同步关系，因此存储 器的读、写时序难于控制。为了解决这一问 ’ H H H H 题 ，采用两套缓冲图像存储器t存储器页 1 _T一 —r ．T_下 —丁 与存储器页 2，分时操作，读、写时序完全 iR(．el{R，e)lJlx(，y)寓Jxyl 独立。两页存储器的切换与 电视 的帧切换一 致。 2．2 显示圈像存储嚣与霜补电路 显示图像存储器存放经坐标变换后的数 图4 新型数字扫描变换器厦理框图 据，由于与缓冲图像存储器 同样的原因，也 新型数字扫描变换器的原理是：超声回 采用两套显示图像存储器。存储器页 1与存 波信号经A／D变换后首先写入缓冲 图像 存 储器页 2，交替读写。 储器，然后在坐标变换 电路的控制下经过坐 为 了保证图像的重建质量，插补采用二 标变换和插补存入显示图像存储器。坐标变 维R～e插补算法 ，由于每个点的运算时间为 换 电路要完成有效像素点到极坐标(R，0)的 216ns，插补 电路采用一般的 EPROM 查表 变换及有效像素点到直角坐标 (X，Y)的 变 实现。 换 坐标变换流程如 图5所示。 2．3 坐标变换 电路 在本数字扫描变换器中，采用只对有效 )平 面 像素点进行坐标变换与插补，根据流程，坐 标变换 电路的任务就是为每一有效像素点提 供其相应于缓冲图像存储器的 (月，0)地址， 圈 显示图像存储器的(x，Y)地址及插补 电路运 因 圈 算所需误差函数r… 及0… 值。所有 这些变 换关系均是事先已知的，因此本 电路采用计 数器 受大容量EPR0M查表完成这些变 换

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