專利名稱：計(jì)算機(jī)虛擬b超儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及醫(yī)療設(shè)備，特別是B超設(shè)備，更具體地說，涉及一種可通過USB通用串行總線與計(jì)算機(jī)USB端口連接通訊的計(jì)算機(jī)虛擬B超儀。
現(xiàn)有B型超聲設(shè)備均作為獨(dú)立的醫(yī)療設(shè)備，其本身具有相應(yīng)的超聲發(fā)射及接收、回波信號(hào)放大及檢波以及超聲圖像顯示功能，其顯示輸出一般是使用低分辨率電視顯像管。對(duì)于此類B型超聲設(shè)備，存在以下主要不足其一是造價(jià)昂貴，特別是高檔B型超聲診斷儀，因其用硬件電路實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的計(jì)算機(jī)過程，如用電路實(shí)現(xiàn)圖像插補(bǔ)、冰結(jié)、字符顯示等功能，造價(jià)很難降下來；其二是使用電視顯像管顯示圖像，閃爍比較嚴(yán)重，對(duì)眼保健不利；其三是因設(shè)備的軟件程序是固化到半導(dǎo)體芯片中，所以想升級(jí)基本是不可能；其四是受設(shè)備內(nèi)置處理器運(yùn)算能力、固化程序大小、RAM空間大小的限制，使設(shè)備難于完成需要大量計(jì)算才能完成的高級(jí)功能；其五是有些中低檔B超聲診斷儀，受設(shè)備內(nèi)置處理器運(yùn)算能力、固化程序大小、RAM空間大小的限制，省掉很多有用的功能，使醫(yī)生的診斷受到影響；最后，因缺少與計(jì)算機(jī)通訊的能力，檢測(cè)結(jié)果很難作長時(shí)間記錄、病歷管理、會(huì)診及遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)會(huì)診。
本實(shí)用新型目的在于提供一種計(jì)算機(jī)虛擬B超儀，克服了現(xiàn)有B超儀的上述不足，將B超探頭傳來的信號(hào)經(jīng)B超控制盒變換處理后，通過USB通用串行總線與計(jì)算機(jī)通訊，用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大運(yùn)算功能與高分辨率顯示器，代替現(xiàn)有B超設(shè)備的中央處理器及電視顯像管，軟件以模塊化的方式來實(shí)現(xiàn)，可脫離B超硬件獨(dú)立運(yùn)行。所述硬件部分配合豐富的軟件及計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，可以開發(fā)出多種輔助診斷功能。
本實(shí)用新型是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)虛擬B超儀，包括可連接B超探頭的B超控制盒，其特征在于，所述B超控制盒有一個(gè)USB接口模塊，可與計(jì)算機(jī)的USB通訊端口連接。用超聲探頭掃描病人欲檢查的部位時(shí)，超聲探頭記錄的回波信號(hào)經(jīng)過B超控制盒放大、檢波、A/D轉(zhuǎn)換、信號(hào)壓縮及編碼后，發(fā)送到計(jì)算機(jī)的USB通訊端口，計(jì)算機(jī)將接收到信號(hào)通過解碼及數(shù)字濾波，將結(jié)果顯示在高分辨率的顯示器上。
按照本實(shí)用新型提供的計(jì)算機(jī)虛擬B超儀，其特征在于，所述B超控制盒使用符合USB標(biāo)準(zhǔn)的連接電纜線與所述計(jì)算機(jī)通信。
按照本實(shí)用新型提供的計(jì)算機(jī)虛擬B超儀，其特征在于，所述超聲探頭可選擇以下中的一種線陣形探頭、扇形探頭及穿刺用探頭。
按照本實(shí)用新型提供的計(jì)算機(jī)虛擬B超儀，其特征在于，所述B超控制盒包括與B超探頭插座相連接的發(fā)射及聚焦控制門、接收及延時(shí)控制門，還包括與所述接收及延時(shí)控制門依次連接傳遞信號(hào)的電壓/電流轉(zhuǎn)換器、對(duì)數(shù)放大器、檢波及深度補(bǔ)償、A/D轉(zhuǎn)換、可編程邏輯芯片F(xiàn)PGA、USB單片機(jī)和USB連接插座，所述可編程邏輯芯片F(xiàn)PGA又分別與所述發(fā)射及聚焦控制門、接收及延時(shí)控制門、對(duì)數(shù)放大器、檢波及深度補(bǔ)償、A/D轉(zhuǎn)換和USB單片機(jī)相連接，實(shí)現(xiàn)所述B超控制盒的邏輯控制功能。
按照本實(shí)用新型提供的計(jì)算機(jī)虛擬B超儀，其特征在于，所述USB單片機(jī)使用Microchip公司的PIC16C765芯片，將由所述可編程邏輯芯片F(xiàn)PGA傳來的信號(hào)進(jìn)行USB編碼并向USB電纜連接插座發(fā)送。
實(shí)施本實(shí)用新型提供的計(jì)算機(jī)虛擬B超儀，B超控制盒通過USB連接電纜與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，將由B超探頭傳來的回波信號(hào)經(jīng)處理后傳送到計(jì)算機(jī)，利用Windows操作系統(tǒng)，配上以模塊化方式實(shí)現(xiàn)的可獨(dú)立于B超外設(shè)運(yùn)行的軟件，使其具有下述的優(yōu)點(diǎn)首先是簡化了設(shè)計(jì)，取消了現(xiàn)有B超中的RAM存貯，字符發(fā)生器，D/A,TV合成等部份線路，使整個(gè)結(jié)構(gòu)更簡單，造價(jià)更便宜；其二是使用FPGA芯片及USB端口單片機(jī)，可以用軟件實(shí)現(xiàn)原來需大量硬件實(shí)現(xiàn)的功能，集成度高，故障率低，結(jié)構(gòu)緊湊；其三是使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字處理功能，速度快，功能強(qiáng)大，可以完成原來高檔B超很多功能，軟件升級(jí)方便；其四是軟件可以作為獨(dú)立程序使用，用于將存貯的病歷回放及遠(yuǎn)程診斷及會(huì)診；其五是病人病歷及B超記錄可在硬盤中作長時(shí)間保存，可以轉(zhuǎn)存到刻錄光盤或磁光盤(M0)作永久性的保存；最后，可通過內(nèi)聯(lián)網(wǎng)或國際互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將病歷及B超記錄傳送到聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)上，配合相關(guān)軟件可作遠(yuǎn)程診斷及會(huì)診。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的特點(diǎn)，附圖中

圖1是本實(shí)用新型的計(jì)算機(jī)虛擬B超儀的連接示意圖；圖2是本實(shí)用新型中B超控制盒的原理示意圖；圖3是本實(shí)用新型中USB單片機(jī)使用PIC16C765芯片的電路圖。
如圖1所示，本實(shí)用新型的計(jì)算機(jī)虛擬B超儀，包括B超探頭1、探頭連接線2、B超控制盒3、USB連接電纜4、計(jì)算機(jī)5和顯示器6。
本實(shí)用新型中所述B超控制盒3與計(jì)算機(jī)5之間通過USB連接電纜4通訊。USB，即計(jì)算機(jī)通用串行總線(Universal Serial Bus)，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與外圍設(shè)備連接的輸入\輸出接口標(biāo)準(zhǔn)，USB通過一個(gè)4針的標(biāo)準(zhǔn)插頭，采用菊花鏈形式把所有的外設(shè)連接起來，支持熱插拔及即插即用。理論上，USB可以連接127臺(tái)設(shè)備，所有連接的設(shè)備分享同樣的信號(hào)，總線上的信息以包形式傳遞，所有的功能塊接收所有的包，計(jì)算機(jī)通過在包中加上特定的地址來選定的特定的設(shè)備，只有與地址相以應(yīng)的功能塊才對(duì)包含此地址的包作為出反應(yīng)。
在USB V1.1標(biāo)準(zhǔn)中(1998年9月23日)，USB支持的最高傳輸速度為12Mbps，也支持1.5Mbps的低速設(shè)備同時(shí)使用。雖然USB的傳輸速度有12Mbps，但由于USB的帶寬是全部設(shè)備共用的，如果單一設(shè)備就占用整個(gè)接口的帶寬，就會(huì)給其他設(shè)備的使用帶來困難，這是USB的一個(gè)速度限制，本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)過程中考慮了這個(gè)速度限制。
B型超聲的設(shè)計(jì)探測(cè)距離受超聲脈沖重復(fù)頻率Fc(Fc=1/T)決定Dmax≤1/2CT。
其中，Dmax為最大探測(cè)距離；C為超聲波在人體中傳播的平均速度；T為聲波往返一次所需的時(shí)間。我們?nèi)max=27CM,C=1540M/S，可以計(jì)算出T≥2Dmax/C=350uS超聲波在人體內(nèi)傳播平均速度對(duì)應(yīng)于一次超聲發(fā)射，以256點(diǎn)/8bit的采樣分辨率采樣設(shè)計(jì)(普通中檔B超的一次超聲發(fā)射采樣為128點(diǎn)/6bit)。將這采樣信息和地址信號(hào)以USB的NRIT數(shù)據(jù)編碼方式打包發(fā)送，USB的數(shù)據(jù)包的結(jié)構(gòu)如下表所示，我們可以計(jì)算出一次超聲發(fā)射的數(shù)據(jù)包長度。
1byte的同步域+1byte的包標(biāo)識(shí)+1byte的地址數(shù)據(jù)+256byte的超聲數(shù)據(jù)+2byte的CRC校驗(yàn)=261byte以6Mbps的傳輸速率計(jì)算，我們可以計(jì)算出傳輸261byte的時(shí)間。
t261=261×8/6=348uS由此可知T=350uS＞t261，可以滿足USB傳輸速率的要求。
如圖2所示，本實(shí)用新型的B超控制盒的內(nèi)部電路包括超聲探頭連接插座、發(fā)射及聚焦控制門、接收及延時(shí)控制門、電壓/電流轉(zhuǎn)換器、對(duì)數(shù)放大器、檢波及深度補(bǔ)償、A/D轉(zhuǎn)換、可編程邏輯芯片F(xiàn)PGA、USB單片機(jī)和USB連接插座。
整個(gè)B超控制盒的邏輯控制部份由FPGA現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯芯片組成，F(xiàn)PGA芯片可以通過編程靈活地組盒各種邏輯功能，在本實(shí)用新型設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)的邏輯功能包括同步信號(hào)產(chǎn)生；超聲發(fā)射邏輯及發(fā)射聚焦編碼；超聲接收編碼；及超聲接收邏輯；超聲數(shù)據(jù)緩存以及單片機(jī)通訊邏輯。由可編程邏輯芯片F(xiàn)PGA往發(fā)射及聚焦控制門發(fā)出觸發(fā)脈沖、聚焦延遲碼、控制門碼等信號(hào)，發(fā)射及聚焦控制門通過相應(yīng)的編碼及聚焦延遲向超聲探頭1中相對(duì)應(yīng)的超聲矩陣晶片組發(fā)出超聲脈沖，以產(chǎn)生相應(yīng)的聚焦超聲信號(hào)。由可編程邏輯芯片F(xiàn)PGA往接收及延時(shí)控制門發(fā)出回波延遲信號(hào)、電子聚焦信號(hào)、控制門碼等信號(hào)，用于接收超聲回波信號(hào)。本實(shí)施例中的超聲聚焦方式采用可變口徑四點(diǎn)動(dòng)態(tài)聚焦方式，超聲回波信號(hào)經(jīng)接收及延時(shí)控制門進(jìn)行前級(jí)放大，電子聚焦延遲后，由電壓/電流轉(zhuǎn)換器輸出到對(duì)數(shù)放大器，經(jīng)過檢波及深度補(bǔ)償及A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。數(shù)字化后的超聲回波信號(hào)送至可編程邏輯芯片F(xiàn)PGA，在其存儲(chǔ)單元進(jìn)行數(shù)據(jù)緩存，由可編程邏輯芯片F(xiàn)PGA與USB單片機(jī)進(jìn)行通訊，將此信號(hào)傳送到單片機(jī)，同時(shí)FPGA還將線同步信號(hào)傳至單片機(jī)。
如圖3所示，本實(shí)用新型的USB單片機(jī)使用Microchip公司的PIC16C765芯片，PIC16C765具有USB接口設(shè)計(jì)，以及相關(guān)的接口程序模塊。本實(shí)施例中由單片機(jī)進(jìn)行USB編碼并向USB連接插座發(fā)送。
本實(shí)用新型的計(jì)算機(jī)軟件部分工作于微軟公司的Windows操作系統(tǒng)平臺(tái)，采用32位編程，可在Windows95/98/2000/NT及后續(xù)版本的操作系統(tǒng)平臺(tái)下工作，因目前為止Windows NT仍不支持USB標(biāo)準(zhǔn)，故在Windows NT操作系統(tǒng)下只能運(yùn)行軟件部分，不能作實(shí)際采集。作為本實(shí)用新型的軟件部分，允許其脫離本實(shí)用新型的硬件部分獨(dú)立運(yùn)行，將軟件部分做成可獨(dú)立運(yùn)行部分可以更好地交流病人檢查結(jié)果資料。我們可以在檢查室裝備一套完整的虛擬B超設(shè)備(包括計(jì)算機(jī)、虛擬B超軟件及硬件)，別的科室只裝備計(jì)算機(jī)及虛擬B超軟件，病人在檢查室用虛擬B超設(shè)備作B超檢查，通過計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，在其他外科室的醫(yī)生可以通過虛擬B超軟件實(shí)時(shí)或事后觀察病人的B超圖像，這樣的情況也可以通過國際互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行。
本實(shí)用新型的計(jì)算機(jī)軟件以模塊化的方式實(shí)現(xiàn)，包括以下主要模塊1、USB通訊模塊，其底層使用WINDOWS標(biāo)準(zhǔn)的端口驅(qū)動(dòng)程序，通過高級(jí)語言編程與單片機(jī)通訊，用于接受B超信號(hào)和發(fā)送控制信號(hào)。
2、B超影像顯示模塊，用于將B超信號(hào)顯示于計(jì)算機(jī)屏幕。根據(jù)選用的探頭不同，有B方式、B+M方式、M方式、D方式及環(huán)形顯示方式等。根據(jù)診斷需要，可以調(diào)整圖像灰度、動(dòng)態(tài)范圍、回聲增強(qiáng)、深度增益補(bǔ)償、γ校正等。
3、B超參數(shù)測(cè)量模塊，具有距離、面積、周長、角度、瓣膜速度、時(shí)間、脈率、射血分?jǐn)?shù)、每博出量、心排出量等測(cè)量功能。
4、超聲多普勒模塊，為增強(qiáng)功能模塊。配合脈沖多普勒探頭，可測(cè)血流方向、平均速度、最高速度、血壓梯度、心臟血流參數(shù)等。配合經(jīng)顱多普勒探頭，可測(cè)量經(jīng)顱血流量。配合臍血流多普勒探頭，可測(cè)量胎兒臍血流。
5、視頻輸出模塊，為增強(qiáng)功能模塊。配合視頻圖像輸出板，將顯示器上顯示的B超圖像轉(zhuǎn)換成視頻輸出，還可用于連接視頻打印機(jī)，輸出圖像硬拷貝。
6、打印機(jī)輸出模塊，用于將B超圖像及診斷結(jié)果輸出到打印機(jī)。作為標(biāo)準(zhǔn)輸出，本軟件支持所有Windows標(biāo)準(zhǔn)的打印機(jī)，強(qiáng)烈推薦使用高分辨率真彩圖像噴墨打印機(jī)，其具有成本低廉，圖像效果接近視頻打印機(jī)輸出效果，基本可滿足B超診斷要求。并具有圖像及病歷合并輸出，輸出結(jié)果保存時(shí)間長等優(yōu)點(diǎn)。
7、信號(hào)硬盤存儲(chǔ)模塊，當(dāng)計(jì)算機(jī)從USB端口接收到B超信號(hào)后，首先將其存儲(chǔ)到硬盤，只要醫(yī)生選擇了保存記錄，這個(gè)過程會(huì)自動(dòng)進(jìn)行并且基本上保持實(shí)時(shí)，這個(gè)功能可代替現(xiàn)在配合普通B超使用的模擬錄像設(shè)備，對(duì)B超信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)字錄像。
8、光盤存儲(chǔ)模塊，為了資料的永久保存或病歷交流，本軟件設(shè)計(jì)了光盤存儲(chǔ)接口，可支持現(xiàn)今流行的移動(dòng)光盤介質(zhì)，包括刻錄光盤、CD-RW、M0磁光盤，以后會(huì)增加DVD格式。
9、網(wǎng)絡(luò)模塊，用于聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)交流，使用TCP/IP協(xié)議，在硬件設(shè)備支持下，可進(jìn)行內(nèi)聯(lián)網(wǎng)連接或連接到國際互聯(lián)網(wǎng)，支持靜態(tài)模式和動(dòng)態(tài)模式。在靜態(tài)模式下，將已經(jīng)保存在硬盤中的B超記錄文件通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到服務(wù)器或其他的終端計(jì)算機(jī)上，收到文件的計(jì)算機(jī)可用虛擬B超軟件打開回放及分析。動(dòng)態(tài)模式使用一種互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)廣播的技術(shù)，將正在做病人B超檢查的計(jì)算機(jī)作為數(shù)據(jù)廣播的主機(jī)，其他的聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)作為終端機(jī)，將在病人身邊的虛擬B超儀所顯示的B超信號(hào)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到別的終端計(jì)算機(jī)上，在接受信號(hào)終端計(jì)算機(jī)旁的醫(yī)生將同時(shí)和病人身邊的醫(yī)生觀察到相同的圖像。
權(quán)利要求1.一種計(jì)算機(jī)虛擬B超儀，包括可連接B超探頭的B超控制盒，其特征在于，所述B超控制盒有一個(gè)USB接口模塊，可與帶顯示器的計(jì)算機(jī)的USB通訊端口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)虛擬B超儀，其特征在于，所述B超控制盒使用符合USB標(biāo)準(zhǔn)的連接電纜線與所述計(jì)算機(jī)通信。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)虛擬B超儀，其特征在于，所述超聲探頭可選擇以下中的一種線陣形探頭、扇形探頭及穿刺用探頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)虛擬B超儀，其特征在于，所述B超控制盒包括與B超探頭插座相連接的發(fā)射及聚焦控制門、接收及延時(shí)控制門，還包括與所述接收及延時(shí)控制門依次連接傳遞信號(hào)的電壓/電流轉(zhuǎn)換器、對(duì)數(shù)放大器、檢波及深度補(bǔ)償、A/D轉(zhuǎn)換、可編程邏輯芯片F(xiàn)PGA、USB單片機(jī)和USB連接插座，所述可編程邏輯芯片F(xiàn)PGA還分別與所述發(fā)射及聚焦控制門、接收及延時(shí)控制門、對(duì)數(shù)放大器、檢波及深度補(bǔ)償、A/D轉(zhuǎn)換和USB單片機(jī)相連接，實(shí)現(xiàn)所述B超控制盒的邏輯控制功能。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述計(jì)算機(jī)虛擬B超儀，其特征在于，所述USB單片機(jī)使用PIC16C765芯片，將由所述可編程邏輯芯片F(xiàn)PGA傳來的信號(hào)進(jìn)行USB編碼并向USB由纜連接插座發(fā)送。
專利摘要一種計(jì)算機(jī)虛擬B超儀,包括B超探頭、B超控制盒、以及連接電纜,其特征在于,所述B超控制盒實(shí)現(xiàn)邏輯控制和信號(hào)處理功能,通過USB通用串行總線與計(jì)算機(jī)通訊,用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大運(yùn)算功能與高分辨率顯示器,代替現(xiàn)有B超設(shè)備的中央處理器及電視顯像管,軟件以模塊化的方式來實(shí)現(xiàn),可脫離B超硬件獨(dú)立運(yùn)行。所述硬件部分配合豐富的軟件及計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用,可以開發(fā)出多種輔助診斷功能。
文檔編號(hào)G06F19/00GK2460047SQ00260310
公開日2001年11月21日 申請(qǐng)日期2000年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月16日
發(fā)明者黃健平 申請(qǐng)人:黃健平