ADI公司医疗超声系统设计简介及相关解决方案

嵩阳铁剑 2012-12-04 4180

医疗设备与MCU

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　　电子发烧友网核心提示：针对ADI公司的医疗超声解决方案，电子发烧友网编辑为大家整理。本文主要分析介绍医疗超声系统原理和典型架构、医疗超声系统设计时应注意的问题及面临的挑战，此外还对超声系统的内部结构、相关系列产品解决方案进行了基本的描述。

　　医疗超声系统原理和典型架构

　　超声系统可以通过向人体发射声学能量，然后接收并处理回波，从而产生内部器官和结构的图像，绘制血液流动和组织运动图，以及提供高度精确的血流速度信息。

　　超声系统包括传感器、高压开关、高压发射电路、发射（Tx）/接收（Rx）开关、接收通道模拟前端（AFE）、波束形成器、波束形成后的数字信号处理电路、显示处理电路和外设。AFE包括低噪声放大器（LNA）、可变增益放大器（VGA）、抗混叠滤波器（AAF）和模数转换器（ADC）。波束形成分为两类：数字波束形成和模拟波束形成，分别用于不同应用。

　　医疗超声系统设计考虑和主要挑战

　　• 接收AFE电路性能，如噪声性能、信噪比（SNR）和动态范围（DR）等。高端系统动态范围的典型要求如下：B模式70 dB，PWD（脉冲波多普勒）130 dB，CWD（连续波多普勒）160 dB。

　　• 发射电压。为提高信号穿透率以及进行谐波成像，需要较高的发射电压。声功率随着发射电压增大而提高，但发射电压不能超过美国食品和药品管理局（FDA）等机构规定的安全要求的限制。

　　• 波束形成器的复杂度。要达到很高的图形质量，必须有大量的波束形成通道。高复杂度进而导致高功耗，并且需要更多成像空间来实施。

　　• 散热。随着设备向小型化发展，尤其是以提升图像质量为目标时，散热问题变得很重要。

　　以前，实现超声成像系统需要大量高性能发射电路和接收电路，由此产生的是庞大且昂贵的推车式系统。最近，集成技术的进步使得系统设计人员能够采用尺寸更小、成本更低、更便携的成像解决方案，而其性能则接近推车式系统。持续的技术进步要求既能不断促进这些解决方案集成，同时还提高其性能和诊断能力。

　　ADI公司的整体解决方案

　　ADI提供种类丰富的放大器、数据转换、信号处理和电源管理解决方案供用户选择，可以使推车式和便携式超声设备达到最佳图像质量，并降低功耗和成本。此外，为支持客户的设计和开发，ADI还提供评估板、Gerber文件、仿真工具和专业的应用技术支持。

　成像设备
图 ADI 医疗超声系统

　　注：上述信号链代表医疗超声系统。在具体设计中，模块的技术要求可能不同，但下表列出的产品代表了满足部分要求的ADI解决方案。

　　表 ADI超声系统产品列表

成像设备

　　集成AFE简介

　　ADI的AD927x系列和最新AD9670/1集成式模拟前端（AFE）为应对超声系统设计挑战提供了更多选择。客户可以选择性能、功耗和成像模式最符合RX要求的AFE，利用简单而灵活的引脚兼容设计，在不同应用平台中使用。

成像设备

　　线性发射简介

　　ADI提供适用于医疗超声系统的线性发射解决方案，SNR性能的改进在谐波成像（HI）方面具有显著优势。线性发射解决方案使用高速TxDAC。ADI的AD9106是一种高性能12位、180 Msps四通道TxDAC，集成片上模式存储器，用于复杂波形生成，具有一个输出直接数字频率合成器（DDS）和SPI接口，用于配置和加载波形数据。

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