專利名稱：基于嵌入式pc平臺(tái)的全數(shù)字化超聲醫(yī)學(xué)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種為基于嵌入式PC平臺(tái)的全數(shù)字化超聲醫(yī)學(xué)裝置，屬于醫(yī)療器械
領(lǐng)域，主要用于探査人體內(nèi)組織和成像顯示的醫(yī)療設(shè)備。
背景技術(shù)：
超聲診斷技術(shù)由于它具有安全、對(duì)軟組織鑒別力強(qiáng)、靈活及價(jià)廉方面的優(yōu)點(diǎn)，已 成為當(dāng)代圖像診斷中的首選技術(shù)，在現(xiàn)代診斷技術(shù)中占有極為重要的地位。 超聲診斷儀在我國己經(jīng)有了多年的發(fā)展歷史?，F(xiàn)有的絕大部分超聲診斷儀(簡稱
B超)是模擬式的，其關(guān)鍵部分，即聚焦釆用模擬方法實(shí)現(xiàn)，只有圖像的顯示才利用 數(shù)字技術(shù)，因此從根本意義上說，這一類是模擬B超。
目前，多數(shù)醫(yī)院早年配置的超聲系統(tǒng)趨于老化，面臨更新?lián)Q代，醫(yī)生們更趨向于 選用性能更優(yōu)異、圖像更清晰、操作更簡便的超聲系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種基于嵌入式PC平臺(tái)的全數(shù)字化超聲醫(yī)學(xué)裝置，將探頭采集到 的信號(hào)，迅速進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并傳遞給信息處理系統(tǒng)(DSP系統(tǒng))進(jìn)行處理和計(jì)算， 最后再還原出具有高清晰度和高穩(wěn)定性的圖像。
本發(fā)明是以如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 一種基于嵌入式PC平臺(tái)的全數(shù)字化超聲醫(yī)學(xué) 裝置，包括超聲探頭陣元單元、波束形成單元、超聲波束收發(fā)通道單元、系統(tǒng)供電單 元、波束處理與控制單元、背板連接器單元、通道轉(zhuǎn)接單元和顯示控制單元；其相互 連接依照PC工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，用戶通過計(jì)算機(jī)人機(jī)接口控制系統(tǒng)的工作，其特征是波束形 成單元、波束處理與控制單元分別為數(shù)字波束形成單元和數(shù)字波束處理單元；是釆用 基于數(shù)字信號(hào)處理(DSP)的技術(shù)，采用軟件編程方式實(shí)現(xiàn)數(shù)字延遲與數(shù)字變跡、聚 焦求和與數(shù)字TGC、求模對(duì)數(shù)壓縮和采樣變換程序算法功能，以實(shí)施數(shù)字波束形成與 處理。數(shù)字超聲波束形成與處理順序?yàn)椴蓸右谎訒r(shí)一合成一檢測(cè)。
本發(fā)明的有益效果是上述方案相對(duì)于波束形成與處理采用模擬電子技術(shù)開發(fā)的 超聲診斷設(shè)備，本裝置具有的超聲波束數(shù)字形成與處理技術(shù)，和超聲圖像的數(shù)字掃描
變換(DSC)技術(shù)與基于嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)的操作控制平臺(tái)融為一體，實(shí)現(xiàn)了真正意 義上的全數(shù)字化超聲診斷設(shè)備裝置；并具有操作簡便、對(duì)人體軟組織鑒別能力強(qiáng)、數(shù) 字化圖像清晰、安全性高、成本低廉方面的優(yōu)點(diǎn)。


3圖l是本發(fā)明的系統(tǒng)組成框圖2是本發(fā)明的數(shù)字波速形成與處理電路框圖。
圖中1、超聲探頭陣元單元，1-1、陣元探頭A， 1-2、陣元探頭B， 2、數(shù)字波 束形成單元，2-1、雙脈沖選通/TGC變頻控制/脈沖延遲/聚焦排序功能項(xiàng)，2-2、 128 通道脈沖發(fā)送選通功能項(xiàng)，2-3、 128通道陣元驅(qū)動(dòng)與電平轉(zhuǎn)換邏輯電路功能項(xiàng)，2-4、 LVDS連接器電路接口， 3、超聲波束收發(fā)通道單元，3-1、 128通道收發(fā)隔離/收發(fā)i忠 通功能項(xiàng)，3-2、 128通道前置放大電路，3-3、 128-64整序?qū)φ酃δ茼?xiàng)，3-4、 64通 道TGC放大功能項(xiàng)，4、數(shù)字波束處理與控制單元，4-1、 64路A/D變換，4-2、 LVDS 數(shù)據(jù)接口， 4-3、數(shù)字延遲/數(shù)字變跡，4-4、聚集求和/數(shù)字TGC， 4-5、基帶解調(diào)/動(dòng) 態(tài)濾波，4-6、求模/對(duì)數(shù)壓縮/對(duì)數(shù)變換，4-7、 LVDS總線控制接口， 4-8、嵌入式PC 控制部分，5、系統(tǒng)供電單元，6、背板連接器，7、通道轉(zhuǎn)接單元，8、顯示控制單元。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，基于PC平臺(tái)的全數(shù)字化超聲醫(yī)學(xué)裝置，系統(tǒng)按功能模塊組成及連 接關(guān)系劃分為八大單元，分別是超聲探頭陣元單元1、數(shù)字波束形成單元2、超聲波 束收發(fā)通道單元3、數(shù)字波束處理與控制單元4、系統(tǒng)供電單元5、背板連接器單元6、 通道轉(zhuǎn)接單元7和顯示控制單元8。本系統(tǒng)是采用基于嵌入式PC平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的全數(shù)字化 超聲裝置，其中的超聲探頭單元為一至四只可選的80/128/256陣元探頭Al-l或 80/128/256陣元探頭Bl-2;超聲波束收發(fā)單元3由128通道收發(fā)隔離/收發(fā)選通功能 項(xiàng)3-1、 128通道前置放大電路3-2、 128-64整序?qū)φ酃δ茼?xiàng)3-3、 64通道TGC放大 功能項(xiàng)3-4組成；波束形成單元2包括雙脈沖選通/TGC變頻控制/脈沖延遲/聚焦排 序功能項(xiàng)2-1、 128通道脈沖發(fā)送選通功能項(xiàng)2-2、 128通道陣元驅(qū)動(dòng)與電平轉(zhuǎn)換邏輯 電路功能項(xiàng)2-3和LVDS連接器電路接口 2-4;背板連接器6設(shè)有數(shù)字波束形成單元、 超聲收發(fā)通道單元、通道控制轉(zhuǎn)換單元和系統(tǒng)供電電源部分的接口插座，系統(tǒng)有關(guān)單 元接口可通過其轉(zhuǎn)換建立連接；通道轉(zhuǎn)接單元7可實(shí)現(xiàn)超聲收發(fā)通道、超聲探頭、被
束形成單元間的通道信號(hào)間的轉(zhuǎn)接，與超聲探頭轉(zhuǎn)接口連接可實(shí)現(xiàn)各陣元探頭間或探 頭與探頭間的識(shí)別和轉(zhuǎn)接。系統(tǒng)供電單元5經(jīng)過分壓、整流、濾波和穩(wěn)壓控制等處理
過程，向系統(tǒng)各組成部分提供合適的工作電壓和能量，便于系統(tǒng)正常工作。顯示控制 單元8為系統(tǒng)顯示終端，提供數(shù)字圖像顯示及用于數(shù)據(jù)控制輸入。數(shù)字波束處理與控 制單元4由64路A/D變換4-1、 LVDS數(shù)據(jù)接口 4-2、數(shù)字延遲/數(shù)字變跡4-3、聚集 求和/數(shù)字TGC4-4、基帶解調(diào)/動(dòng)態(tài)濾波4-5、求模/對(duì)數(shù)壓縮/對(duì)數(shù)變換4-6、 LVDS總 線控制接口 4-7和嵌入式PC控制部分4-8組成。關(guān)于波束形成單元組成部分，其脈沖產(chǎn)生是采用雙脈沖激勵(lì)，在發(fā)射脈沖后進(jìn)行；選通采用雙四選一型電子開關(guān)(74HC4052),控制128通道陣元選通需要32片雙四選一型多路電子選擇開關(guān)。雙脈沖產(chǎn)生電路提供基本發(fā)射脈沖，脈沖寬度由發(fā)射變頻數(shù)據(jù)控制，然后分兩路進(jìn)行延時(shí)聚焦；脈沖排序?qū)π騺y脈沖整序排列，使被選通的探頭陣元始終處于中心對(duì)稱狀態(tài)。其產(chǎn)生與控制電路由兩片F(xiàn)PGA芯片實(shí)現(xiàn)。整序由四片8X16矩陣開關(guān)芯片MT8816實(shí)現(xiàn)；32路回聲信號(hào)分別連接到矩陣開關(guān)芯片的乂」個(gè)Y輸入端(Y0 Y7)，四片矩陣開關(guān)芯片的十六個(gè)X輸入端(X0 X15)按對(duì)應(yīng)序號(hào)連接在一起(X0接X0、 X1接X1、…、X15接X15)，其開關(guān)由接收整序數(shù)據(jù)控制打開/關(guān)閉。因此，三十二路輸入回聲信號(hào)的任何一路都可以在接收整序數(shù)據(jù)控制下連接到需要的輸出端上，在矩陣開關(guān)的輸出端得到整序后的回聲輸出信號(hào)。
處理順序不同是基于模擬處理技術(shù)和數(shù)字處理技術(shù)的超聲波束形成與處理的主要區(qū)別。基于模擬處理技術(shù)的超聲波束形成處理順序?yàn)檠訒r(shí)—合成—檢測(cè)—采樣(DSDS)。本發(fā)明的超聲波束形成與處理如圖2所示，是采用基于數(shù)字技術(shù)的方案，其超聲波束形成與處理順序?yàn)椴蓸右谎訒r(shí)一合成一檢測(cè)(SDSD)，顯然，采樣與處理順序位置的變化是模擬處理技術(shù)與本新型裝置數(shù)字處理技術(shù)的區(qū)別所在。
關(guān)于數(shù)字波束處理和控制接口單元，所包括的各功能項(xiàng)組成如上述所介紹，并在圖1中標(biāo)示出。其中來自收發(fā)通道預(yù)處理后的波束信號(hào)，在本單元施行A/D變換后送入LVDS接口，此接口為低電壓差分信號(hào)接口電路，可實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，并具有低功耗和無失真數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶匦?；此單元中的?shù)字延遲功能項(xiàng)，采用粗延遲和細(xì)延遲兩種措施，可在后續(xù)處理步驟中實(shí)現(xiàn)波束信號(hào)的同步傳送；數(shù)字直接合成器(DDS)為基帶解調(diào)所采用的技術(shù)；濾波器為FIR線性相位濾波器。此外，本單元中的數(shù)字延遲/數(shù)字變跡、聚集求和/數(shù)字TGC、求模/對(duì)數(shù)壓縮/對(duì)數(shù)變換等功能均采用相應(yīng)的數(shù)學(xué)算法公式，由軟件編程實(shí)現(xiàn)，目的是對(duì)數(shù)字波束信號(hào)作進(jìn)一步處理，以達(dá)到降低噪聲、去除干擾、補(bǔ)償波束損耗、抑制溫漂等優(yōu)化與處理數(shù)字波束信號(hào)的效果。至此，經(jīng)過完全數(shù)字化處理后的波束信號(hào)送入具有LVDS接口的總線控制端口，實(shí)現(xiàn)了將完全數(shù)字化的波束信號(hào)與嵌入式PC控制處理單元對(duì)接，并最終由顯示終端再現(xiàn)出被測(cè)試人員肌體組織或結(jié)構(gòu)內(nèi)清晰、穩(wěn)定的圖像，供醫(yī)務(wù)人員方便、準(zhǔn)確地診斷其體內(nèi)的組織狀況；此外，本超聲裝置對(duì)患者使用無痛苦，并具有安全性能更高、使用成本較低廉方面的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1. 一種基于嵌入式PC平臺(tái)的全數(shù)字化超聲醫(yī)學(xué)裝置，包括超聲探頭陣元單元、波束形成單元、超聲波束收發(fā)通道單元、系統(tǒng)供電單元、波束處理與控制單元、背板連接器單元、通道轉(zhuǎn)接單元和顯示控制單元；其相互連接依照PC工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，用戶通過計(jì)算機(jī)人機(jī)接口控制系統(tǒng)的工作，其特征是波束形成單元、波束處理與控制單元分別為數(shù)字波束形成單元，數(shù)字波束處理單元；數(shù)字波束形成單元和數(shù)字波束處理單元是采用基于數(shù)字信號(hào)處理(DSP)的技術(shù)，采用軟件編程方式實(shí)現(xiàn)數(shù)字延遲與數(shù)字變跡、聚焦求和與數(shù)字TGC、求模對(duì)數(shù)壓縮和采樣變換程序算法功能，以實(shí)施數(shù)字波束形成與處理；數(shù)字超聲波束形成與處理順序?yàn)椴蓸印訒r(shí)→合成→檢測(cè)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于嵌入式PC平臺(tái)的全數(shù)字化超聲醫(yī)學(xué)裝置，其特 征是波束形成單元包括雙脈沖選通/TGC變頻控制/脈沖延遲/聚焦排序功能項(xiàng)、128通 道脈沖發(fā)送選通功能項(xiàng)、128通道陣元驅(qū)動(dòng)與電平轉(zhuǎn)換邏輯電路功能項(xiàng)、LVDS連接器 電路接口；波束形成部分提供控制信號(hào)，LVDS連接器與通道轉(zhuǎn)接口連接，128通道 的發(fā)射脈沖信號(hào)以及兩路TGC信號(hào)經(jīng)過背板的連接器送至發(fā)射接收部分，發(fā)射接收部 分的回波信號(hào)經(jīng)過背板的連接器送至波束形成部分；發(fā)射接收部分與探頭轉(zhuǎn)接部分的 探頭及基元選擇電路經(jīng)通道轉(zhuǎn)接單元建立128路的信號(hào)連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于嵌入式PC平臺(tái)的全數(shù)字化超聲醫(yī)學(xué)裝置，其特征 是數(shù)字波束處理與控制單元由依次連接的64路A/D變換、LVDS數(shù)據(jù)接口、數(shù)字延遲/ 數(shù)字變跡、聚集求和/數(shù)字TGC、基帶解調(diào)/動(dòng)態(tài)濾波、求模/對(duì)數(shù)壓縮/對(duì)數(shù)變換、LVDS 總線控制接口和嵌入式PC控制部分組成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于嵌入式PC平臺(tái)的全數(shù)字化超聲醫(yī)學(xué)裝置，其特征是超聲波束形成單元的發(fā)射脈沖產(chǎn)生電路為雙脈沖選通電路。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PC平臺(tái)的全數(shù)字化超聲醫(yī)學(xué)裝置，其特征是超聲 探頭陣元單元具有兼容80/128/256陣元探頭。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PC平臺(tái)的全數(shù)字化超聲醫(yī)學(xué)裝置，其特征是數(shù)字 波束處理單元的基帶解調(diào)電路采用數(shù)字直接合成器DDS方式。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PC平臺(tái)的全數(shù)字化超聲醫(yī)學(xué)裝置，其特征是嵌入 式PC控制單元接口采用LVDS連接方式。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于嵌入式PC平臺(tái)的全數(shù)字化超聲醫(yī)學(xué)裝置，屬于醫(yī)療器械領(lǐng)域。它是將超聲波束數(shù)字形成與處理技術(shù)、超聲圖像的數(shù)字掃描變換(DSC)技術(shù)和基于嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)的操作控制平臺(tái)等三方面核心技術(shù)融為一體的全數(shù)字超聲診斷設(shè)備裝置；其超聲波束數(shù)字形成與處理技術(shù)是采用基于數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù)的方案；其數(shù)字波束形成與處理順序?yàn)椴蓸印訒r(shí)→合成→檢測(cè)(SDSD)。本發(fā)明的有益效果是具有操作簡便、對(duì)人體軟組織鑒別能力強(qiáng)、數(shù)字化圖像清晰、安全性高、成本低廉方面的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)A61B8/00GK101474078SQ20081024328
公開日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2008年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月29日
發(fā)明者劉尊亮, 磊 呂, 岳忠良, 張志忠, 高衛(wèi)東 申請(qǐng)人:徐州雷奧醫(yī)療設(shè)備有限公司