專利名稱：全數(shù)字低成本醫(yī)用b超儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及醫(yī)療器械領(lǐng)域，特別涉及一種全數(shù)字低成本醫(yī)用B超儀。
背景技術(shù)：
B型超聲波診斷儀(以下簡稱B超)一般采用脈沖回波原理實現(xiàn)，儀器所提取的信 息產(chǎn)生于人體組織界面的反射和散射后的信號的強弱。儀器中發(fā)出的脈沖電信號，通過探 頭換能器晶體的振動，轉(zhuǎn)變?yōu)槌暡ㄟM入人體組織內(nèi)，人體組織對其產(chǎn)生反射，反射回來的 超聲為回聲。發(fā)射一次脈沖，形成一條掃查波束，然后接收相應(yīng)的回聲，形成一條掃描線，并 且根據(jù)回聲強弱，用明暗不同的光點依次顯示在影屏上，如此往復(fù)，得到人體的斷面超聲圖 像，稱為聲像圖(sonogram或eehogram)。而再對DSC處理、圖像處理及聲束線處理大多數(shù) B超均采用專用硬件電路實現(xiàn)，這樣導(dǎo)致B超儀的成本很高，普及起來相當(dāng)困難。
發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本實用新型提供了一種全數(shù)字低成本醫(yī)用B超儀， 基于CPU+GPU硬件架構(gòu)，解決目前B超儀成本很高，普及困難的問題。本實用新型解決現(xiàn)有技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是設(shè)計和制造一種全數(shù)字低成 本醫(yī)用B超儀，包括圖像采集裝置和圖像處理裝置；所述圖像采集裝置和圖像處理裝置通 過串口連接；所述圖像處理裝置內(nèi)設(shè)CPU和GPU架構(gòu)；所述圖像采集裝置將采集的圖像信 息輸出到所述圖像處理裝置的顯示裝置中。作為本實用新型的進一步改進所述圖像采集裝置包括探頭、高壓復(fù)用開關(guān)、發(fā)射 電路、接收電路、發(fā)射接收開關(guān)以及現(xiàn)場可編程門陣列FPGA ；所述探頭和所述高壓復(fù)用開 關(guān)連接；所述高壓復(fù)用開關(guān)和所述發(fā)射接收開關(guān)連接；所述發(fā)射電路分別和所述高壓復(fù)用 開關(guān)和所述發(fā)射接收開關(guān)連接；所述發(fā)射接收開關(guān)和所述接收電路連接；所述接收電路和 發(fā)射電路分別和所述現(xiàn)場可編程門陣列FPGA連接。作為本實用新型的進一步改進所述圖像處理裝置包括聲束線處理模塊、用于數(shù) 字掃描轉(zhuǎn)換的DSC模塊以及圖像處理模塊；所述聲束線處理模塊包括數(shù)字TGC單元、動態(tài) 濾波單元、解調(diào)單元以及對數(shù)運算單元；所述圖像處理模塊包括圖像線相關(guān)單元、像素點相 關(guān)單元、幀相關(guān)單元、濾波單元、放大縮小單元和錄像存儲單元。作為本實用新型的進一步改進所述圖像處理裝置還包括動態(tài)孔徑全數(shù)字聚焦模 塊。作為本實用新型的進一步改進所述接口為USB接口。作為本實用新型的進一步改進所述圖像處理裝置為具有CPU和GPU結(jié)構(gòu)的通用 PC機。作為本實用新型的進一步改進所述圖像處理裝置為具有CPU和GPU結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)
處理裝置。本實用新型的有益效果是通過采用傳感器技術(shù)、計算機圖像處理技術(shù)，該系統(tǒng)實現(xiàn)了高品質(zhì)的圖像，也節(jié)約了設(shè)備的成本；同時也能將其普及到農(nóng)村醫(yī)院和社區(qū)醫(yī)院，解決 農(nóng)村和廣大城鎮(zhèn)居民看病難、看病貴的問題。

圖1是本實用新型全數(shù)字低成本醫(yī)用B超儀連接示意框圖。圖2是本實用新型高壓多路復(fù)用開關(guān)與探頭的框架圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。如圖1，一種全數(shù)字低成本醫(yī)用B超儀，包括圖像采集裝置和圖像處理裝置；所述 圖像采集裝置和圖像處理裝置通過串行總線連接；所述圖像處理裝置包括聲束線處理模 塊、用于數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換的DSC模塊以及圖像處理模塊；所述圖像處理裝置內(nèi)設(shè)有CPU和GPU 架構(gòu)；所述圖像采集裝置將采集的圖像信息輸出到所述圖像處理裝置的顯示裝置中。采用 CPU+GPU硬件架構(gòu)，可以通過軟件方式實現(xiàn)聲束線處理模塊、DSC模塊以及圖像處理模塊， 不但極大地簡化B超儀的硬件電路，而且提高了運算速度和圖像質(zhì)量。所述圖像采集裝置包括探頭、高壓復(fù)用開關(guān)、發(fā)射電路、接收電路、發(fā)射接收開關(guān) 以及現(xiàn)場可編程門陣列FPGA ；所述探頭和所述高壓復(fù)用開關(guān)連接；所述高壓復(fù)用開關(guān)和所 述發(fā)射接收開關(guān)連接；所述發(fā)射電路分別和所述高壓復(fù)用開關(guān)和所述發(fā)射接收開關(guān)連接； 所述發(fā)射接收開關(guān)和所述接收電路連接；所述接收電路和發(fā)射電路分別和所述現(xiàn)場可編程 門陣列FPGA連接。所述圖像處理裝置包括用于動態(tài)濾波、解調(diào)和對數(shù)處理的聲束線處理模塊、DSC模 塊以及用于圖像線相關(guān)、像素點相關(guān)、幀相關(guān)、濾波、放大縮小和錄像存儲等的圖像處理模 塊；所述聲束線處理模塊包括數(shù)字TGC單元、動態(tài)濾波單元、解調(diào)單元以及對數(shù)運算單元； 所述圖像處理模塊包括圖像線相關(guān)單元、像素點相關(guān)單元、幀相關(guān)單元、濾波單元、放大縮 小單元和錄像存儲單元；所述聲束線處理模塊處理數(shù)字TGC、動態(tài)濾波、解調(diào)以及對數(shù)運 算；所述圖像處理模塊處理圖像線、像素點、幀、濾波、放大縮小和錄像存儲等功能。所述圖像處理裝置還包括動態(tài)孔徑全數(shù)字聚焦模塊。所述串口為USB接口。所述圖像處理裝置為具有CPU和GPU結(jié)構(gòu)的通用PC機。所述圖像處理裝置為具有CPU和GPU結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)處理裝置。采用CPU+GPU架構(gòu)方式下實現(xiàn)DSC圖像的刷新速度達到70幀/秒，完全實現(xiàn)DSC 的全部功能。該B超儀極大的簡化了硬件結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的集成度。在一實施例中，如圖2，復(fù)用高壓多路開關(guān)電路中，邏輯電路輸出的時序控制發(fā)射 器輸出為士60v的脈沖，通過高壓開關(guān)發(fā)送到壓電傳感器。壓電傳感器在高壓脈沖的作用 下，發(fā)出超聲波對人體被測部分進行探測，被人體內(nèi)器官表面反射、折射回來后經(jīng)壓電傳感 器轉(zhuǎn)換為電信號，此時所得到的電信號非常的弱，其幅度在IOOyV-IOOmV范圍內(nèi)。返回的 電信號經(jīng)高壓保護開關(guān)，傳送至信號接收電路。在信號傳送和接受程中，高壓模擬開關(guān)被復(fù) 用的(既被用作發(fā)射信號的電路又被用作接收回波信號電路)，在復(fù)用過程中，因為接收的 信號為在人體內(nèi)傳播并返回的超聲信號，所以接收電路所占用開關(guān)的時間較多，而發(fā)射電路占用的時間就相對較少。高壓多路復(fù)用開關(guān)電路，如超科(supertex)公司生產(chǎn)的專用芯片是HV2201芯片 或者具有同等功能的芯片，它與探頭(壓電傳感器)之間以專用的傳輸線相連。該芯片可利 用低電壓開關(guān)控制高壓信號的通斷，而泄放電阻可消除電容性負(fù)載(如壓電傳感器)上的 電壓，使電路更穩(wěn)定。高壓模擬開關(guān)的使用，顯著減少了發(fā)射機、接收機和保護電路的數(shù)量，節(jié)省了電路 板的空間，同時還降低了系統(tǒng)的功耗，但同時它也引入了一些插入損耗。從FPGA輸出來的是幅值3. 3V脈沖信號，為了達到一定的探測深度，需要給探頭壓 電傳感器幅值為士60V的脈沖信號，所以需要設(shè)計專門的電路對FPGA出來的時序脈沖信號 進行放大，以便用來驅(qū)動壓電傳感器產(chǎn)生超聲波來對目標(biāo)進行探測。由于該電路要求可靠 性好、響應(yīng)速度快，如選用了日立公司的HDL6V55 (系列或者具有同等功能的芯片來對信 號進行放大驅(qū)動。從高壓多路復(fù)用開關(guān)出來的信號，主要要對其進行低噪聲放大(LNA)和可變增益 放大(VGA)。超聲信號在人體軟組織內(nèi)傳播時有較大的衰減，接收到的返回信號十分微小， 因此對放大電路增益的要求非常高。同時信號是在人體內(nèi)的不同深度的軟組織表面反射回 來，使得回波信號以指數(shù)規(guī)律衰減，為使近距離回波信號得到較小增益，而遠距離回波信號 得到較大增益，使得遠距離界面同樣得到清晰的圖像，我們采用了可變增益放大補償技術(shù) (即VGA技術(shù))。在本系統(tǒng)中我們使用TI公司超聲專用芯片AFE580X系列芯片來實現(xiàn)對回 波信號的LNA與VGA和ADC。實踐證明它完全符合電路的要求，并且取得了很好的效果。FPGA電路的設(shè)計是整個硬件的核心部分，它主要完成超聲波的發(fā)射、波束合成 和掃描控制。FPGA在發(fā)射時刻，主控單元發(fā)出一個觸發(fā)信號D，因為單元發(fā)出的觸發(fā)脈沖都 是μ s級的，所以首先應(yīng)該對觸發(fā)脈沖D進行檢測，并進行消抖同步處理，從而得到脈沖寬 度一定的觸發(fā)脈沖DP。然后對DP進行數(shù)字延時，形成以6. 25ns，誤差在-3. 25η Γ+3. 25 η 為等級32個通道的數(shù)字脈沖信號，輸出到發(fā)射電路去。延時量是根據(jù)探頭與焦點位置的參 數(shù)控制產(chǎn)生的。每次發(fā)射產(chǎn)生32個延時量，在系統(tǒng)控制部分生成的控制碼的控制下通過整 序，形成具有聚焦特性的聚焦延時量，然后從FPGA輸出，經(jīng)過發(fā)射電路，送往探頭陣元用以 驅(qū)動探頭陣元發(fā)射超聲信號。數(shù)字延時的實現(xiàn)發(fā)射延時模塊實際是一個以160ΜΗΖ的位移計數(shù)器實現(xiàn)的。延時 量的產(chǎn)生延時量是根據(jù)發(fā)射焦點的位置、孔徑大小和探頭參數(shù)通過延遲計算公式計算。一般數(shù)字B超機的通信總線方式有PCI總線和USB兩種。其中PCI總線的速度快、 傳輸數(shù)據(jù)量大，但是PCI總線協(xié)議比較復(fù)雜，設(shè)計起來費時。USB數(shù)據(jù)傳輸速度相對較慢，但 現(xiàn)在已經(jīng)將USB2. 0數(shù)據(jù)傳輸速度提升到480Mbps，完全能滿足全數(shù)字化B超診斷儀數(shù)據(jù)傳 輸實時性、不失真的要求，而且可以熱插拔(即插即用)，應(yīng)用比較方便，且具有數(shù)據(jù)傳輸可 靠，擴展方便，低成本等優(yōu)點。所以，我們選用USB2.0作為本機的通信方式。USB通信邏輯上分成三層信號層，用來實現(xiàn)USB設(shè)備與主機物理連接之間位信息 流的傳輸；協(xié)議層，用來實現(xiàn)USB設(shè)備和USB主機端的協(xié)議軟件之間傳輸包字節(jié)流信息； 數(shù)據(jù)傳輸層，用來實現(xiàn)在USB主機端的驅(qū)動程序和設(shè)備端的功能接口之間傳輸有一定意義 的信息。在對圖像進行采集的過程中，一般采用如下步驟[0033]當(dāng)PC機收到前端傳來的信號，首先經(jīng)過行列相關(guān)，即相鄰的兩行兩列之間進行平 均，以去掉其中的一些噪聲；然后，再將圖像進行銳化處理，增加圖像邊緣對比度，使圖像更 加清晰；此時需要對圖像進行降噪處理，降噪處理則主要是進行空間濾波，將某些關(guān)鍵點及 其相鄰的區(qū)域進行降噪處理之后，圖像再進行幀相關(guān)；幀相關(guān)是將一定幀數(shù)的圖像點對點 進行平均，盡可能的減少其中的噪聲。這時采集來的超聲信號已經(jīng)可以滿足圖像還原的要 求了。將幀相關(guān)處理過的信號進行數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換(DSC)，在此處將超聲反射信號所形成的圖 像進行儲存，并把它們轉(zhuǎn)換為顯示器可顯示的信號。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細(xì)說明，不能 認(rèn)定本實用新型的具體實施只局限于這些說明。對于本實用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視 為屬于本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種全數(shù)字低成本醫(yī)用B超儀，其特征在于包括圖像采集裝置和圖像處理裝置；所 述圖像采集裝置和圖像處理裝置通過串口連接；所述圖像處理裝置內(nèi)設(shè)CPU和GPU架構(gòu)； 所述圖像采集裝置將采集的圖像信息輸出到所述圖像處理裝置的顯示裝置中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全數(shù)字低成本醫(yī)用B超儀，其特征在于所述圖像采集裝置 包括探頭、高壓復(fù)用開關(guān)、發(fā)射電路、接收電路、發(fā)射接收開關(guān)以及現(xiàn)場可編程門陣列FPGA ； 所述探頭和所述高壓復(fù)用開關(guān)連接；所述高壓復(fù)用開關(guān)和所述發(fā)射接收開關(guān)連接；所述發(fā) 射電路分別和所述高壓復(fù)用開關(guān)和所述發(fā)射接收開關(guān)連接；所述發(fā)射接收開關(guān)和所述接收 電路連接；所述接收電路和發(fā)射電路分別和所述現(xiàn)場可編程門陣列FPGA連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全數(shù)字低成本醫(yī)用B超儀，其特征在于所述圖像處理裝置 包括聲束線處理模塊、用于數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換的DSC模塊以及圖像處理模塊；所述聲束線處理 模塊包括數(shù)字TGC單元、動態(tài)濾波單元、解調(diào)單元以及對數(shù)運算單元；所述圖像處理模塊包 括圖像線相關(guān)單元、像素點相關(guān)單元、幀相關(guān)單元、濾波單元、放大縮小單元和錄像存儲單兀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全數(shù)字低成本醫(yī)用B超儀，其特征在于所述圖像處理裝置 還包括動態(tài)孔徑全數(shù)字聚焦模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全數(shù)字低成本醫(yī)用B超儀，其特征在于所述串口為USB接□。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全數(shù)字低成本醫(yī)用B超儀，其特征在于所述圖像處理裝置 為具有CPU和GPU結(jié)構(gòu)的通用PC機。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全數(shù)字低成本醫(yī)用B超儀，其特征在于所述圖像處理裝置 為具有CPU和GPU結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)處理裝置。
專利摘要本實用新型涉及醫(yī)療器械領(lǐng)域，其公開了一種全數(shù)字低成本醫(yī)用B超儀，包括圖像采集裝置和圖像處理裝置；所述圖像采集裝置和圖像處理裝置通過USB(串行總線)連接；所述圖像處理裝置包括聲束線處理模塊、DSC模塊以及圖像處理模塊；所述圖像處理裝置由CPU和GPU(計算機結(jié)構(gòu)中的圖像處理器)實現(xiàn)。所述圖像采集裝置將采集的圖像信息經(jīng)圖像處理裝置處理后輸出到顯示裝置顯示。本實用新型的有益效果是通過采用傳感器技術(shù)、計算機圖像處理技術(shù)，該系統(tǒng)實現(xiàn)了高品質(zhì)的圖像，也節(jié)約了設(shè)備的成本；同時也能將其普及到農(nóng)村醫(yī)院和社區(qū)醫(yī)院，解決農(nóng)村和廣大城鎮(zhèn)居民看病難、看病貴的問題。
文檔編號A61B8/00GK201814591SQ20102055843
公開日2011年5月4日 申請日期2010年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月13日
發(fā)明者周一飛, 李輝, 杜協(xié)俊 申請人:綿陽市細(xì)普電子科技有限公司