專利名稱：計算機虛擬b超儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及醫(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通用串行總線與計算機USB端口連接通訊的計算機虛擬B超儀。
現(xiàn)有B型超聲設(shè)備均作為獨立的醫(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。對于此類B型超聲設(shè)備，存在以下主要不足其一是造價昂貴，特別是高檔B型超聲診斷儀，因其用硬件電路實現(xiàn)復(fù)雜的計算機過程，如用電路實現(xiàn)圖像插補、冰結(jié)、字符顯示等功能，造價很難降下來；其二是使用電視顯像管顯示圖像，閃爍比較嚴重，對眼保健不利；其三是因設(shè)備的軟件程序是固化到半導(dǎo)體芯片中，所以想升級基本是不可能；其四是受設(shè)備內(nèi)置處理器運算能力、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算才能完成的高級功能；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，因缺少與計算機通訊的能力，檢測結(jié)果很難作長時間記錄、病歷管理、會診及遠程聯(lián)網(wǎng)會診。
本實用新型目的在于提供一種計算機虛擬B超儀，克服了現(xiàn)有B超儀的上述不足，將B超探頭傳來的信號經(jīng)B超控制盒變換處理后，通過USB通用串行總線與計算機通訊，用計算機的強大運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現(xiàn)，可脫離B超硬件獨立運行。所述硬件部分配合豐富的軟件及計算機互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，可以開發(fā)出多種輔助診斷功能。
本實用新型是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種計算機虛擬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USB接口模塊，可與計算機的USB通訊端口連接。用超聲探頭掃描病人欲檢查的部位時，超聲探頭記錄的回波信號經(jīng)過B超控制盒放大、檢波、A/D轉(zhuǎn)換、信號壓縮及編碼后，發(fā)送到計算機的USB通訊端口，計算機將接收到信號通過解碼及數(shù)字濾波，將結(jié)果顯示在高分辨率的顯示器上。
按照本實用新型提供的計算機虛擬B超儀，其特征在于，所述B超控制盒使用符合USB標準的連接電纜線與所述計算機通信。
按照本實用新型提供的計算機虛擬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。
按照本實用新型提供的計算機虛擬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、接收及延時控制門，還包括與所述接收及延時控制門依次連接傳遞信號的電壓/電流轉(zhuǎn)換器、對數(shù)放大器、檢波及深度補償、A/D轉(zhuǎn)換、可編程邏輯芯片F(xiàn)PGA、USB單片機和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、接收及延時控制門、對數(shù)放大器、檢波及深度補償、A/D轉(zhuǎn)換和USB單片機相連接，實現(xiàn)所述B超控制盒的邏輯控制功能。
按照本實用新型提供的計算機虛擬B超儀，其特征在于，所述USB單片機使用Microchip公司的PIC16C765芯片，將由所述可編程邏輯芯片F(xiàn)PGA傳來的信號進行USB編碼并向USB電纜連接插座發(fā)送。
實施本實用新型提供的計算機虛擬B超儀，B超控制盒通過USB連接電纜與計算機進行通訊，將由B超探頭傳來的回波信號經(jīng)處理后傳送到計算機，利用Windows操作系統(tǒng)，配上以模塊化方式實現(xiàn)的可獨立于B超外設(shè)運行的軟件，使其具有下述的優(yōu)點首先是簡化了設(shè)計，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，使整個結(jié)構(gòu)更簡單，造價更便宜；其二是使用FPGA芯片及USB端口單片機，可以用軟件實現(xiàn)原來需大量硬件實現(xiàn)的功能，集成度高，故障率低，結(jié)構(gòu)緊湊；其三是使用計算機進行數(shù)字處理功能，速度快，功能強大，可以完成原來高檔B超很多功能，軟件升級方便；其四是軟件可以作為獨立程序使用，用于將存貯的病歷回放及遠程診斷及會診；其五是病人病歷及B超記錄可在硬盤中作長時間保存，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)的計算機上，配合相關(guān)軟件可作遠程診斷及會診。
以下結(jié)合附圖和實施例，進一步說明本實用新型的特點，附圖中

圖1是本實用新型的計算機虛擬B超儀的連接示意圖；圖2是本實用新型中B超控制盒的原理示意圖；圖3是本實用新型中USB單片機使用PIC16C765芯片的電路圖。
如圖1所示，本實用新型的計算機虛擬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、計算機5和顯示器6。
本實用新型中所述B超控制盒3與計算機5之間通過USB連接電纜4通訊。USB，即計算機通用串行總線(Universal Serial Bus)，是計算機系統(tǒng)與外圍設(shè)備連接的輸入\輸出接口標準，USB通過一個4針的標準插頭，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臺設(shè)備，所有連接的設(shè)備分享同樣的信號，總線上的信息以包形式傳遞，所有的功能塊接收所有的包，計算機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)的功能塊才對包含此地址的包作為出反應(yīng)。
在USB V1.1標準中(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)備就占用整個接口的帶寬，就會給其他設(shè)備的使用帶來困難，這是USB的一個速度限制，本實用新型的設(shè)計過程中考慮了這個速度限制。
B型超聲的設(shè)計探測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間。我們?nèi)max=27CM,C=1540M/S，可以計算出T≥2Dmax/C=350uS超聲波在人體內(nèi)傳播平均速度對應(yīng)于一次超聲發(fā)射，以256點/8bit的采樣分辨率采樣設(shè)計(普通中檔B超的一次超聲發(fā)射采樣為128點/6bit)。將這采樣信息和地址信號以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的包標識+1byte的地址數(shù)據(jù)+256byte的超聲數(shù)據(jù)+2byte的CRC校驗=261byte以6Mbps的傳輸速率計算，我們可以計算出傳輸261byte的時間。
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、接收及延時控制門、電壓/電流轉(zhuǎn)換器、對數(shù)放大器、檢波及深度補償、A/D轉(zhuǎn)換、可編程邏輯芯片F(xiàn)PGA、USB單片機和USB連接插座。
整個B超控制盒的邏輯控制部份由FPGA現(xiàn)場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，在本實用新型設(shè)計中實現(xiàn)的邏輯功能包括同步信號產(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，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。由可編程邏輯芯片F(xiàn)PGA往接收及延時控制門發(fā)出回波延遲信號、電子聚焦信號、控制門碼等信號，用于接收超聲回波信號。本實施例中的超聲聚焦方式采用可變口徑四點動態(tài)聚焦方式，超聲回波信號經(jīng)接收及延時控制門進行前級放大，電子聚焦延遲后，由電壓/電流轉(zhuǎn)換器輸出到對數(shù)放大器，經(jīng)過檢波及深度補償及A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。數(shù)字化后的超聲回波信號送至可編程邏輯芯片F(xiàn)PGA，在其存儲單元進行數(shù)據(jù)緩存，由可編程邏輯芯片F(xiàn)PGA與USB單片機進行通訊，將此信號傳送到單片機，同時FPGA還將線同步信號傳至單片機。
如圖3所示，本實用新型的USB單片機使用Microchip公司的PIC16C765芯片，PIC16C765具有USB接口設(shè)計，以及相關(guān)的接口程序模塊。本實施例中由單片機進行USB編碼并向USB連接插座發(fā)送。
本實用新型的計算機軟件部分工作于微軟公司的Windows操作系統(tǒng)平臺，采用32位編程，可在Windows95/98/2000/NT及后續(xù)版本的操作系統(tǒng)平臺下工作，因目前為止Windows NT仍不支持USB標準，故在Windows NT操作系統(tǒng)下只能運行軟件部分，不能作實際采集。作為本實用新型的軟件部分，允許其脫離本實用新型的硬件部分獨立運行，將軟件部分做成可獨立運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(包括計算機、虛擬B超軟件及硬件)，別的科室只裝備計算機及虛擬B超軟件，病人在檢查室用虛擬B超設(shè)備作B超檢查，通過計算機聯(lián)網(wǎng)，在其他外科室的醫(yī)生可以通過虛擬B超軟件實時或事后觀察病人的B超圖像，這樣的情況也可以通過國際互聯(lián)網(wǎng)進行。
本實用新型的計算機軟件以模塊化的方式實現(xiàn)，包括以下主要模塊1、USB通訊模塊，其底層使用WINDOWS標準的端口驅(qū)動程序，通過高級語言編程與單片機通訊，用于接受B超信號和發(fā)送控制信號。
2、B超影像顯示模塊，用于將B超信號顯示于計算機屏幕。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、動態(tài)范圍、回聲增強、深度增益補償、γ校正等。
3、B超參數(shù)測量模塊，具有距離、面積、周長、角度、瓣膜速度、時間、脈率、射血分數(shù)、每博出量、心排出量等測量功能。
4、超聲多普勒模塊，為增強功能模塊。配合脈沖多普勒探頭，可測血流方向、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，可測量經(jīng)顱血流量。配合臍血流多普勒探頭，可測量胎兒臍血流。
5、視頻輸出模塊，為增強功能模塊。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，輸出圖像硬拷貝。
6、打印機輸出模塊，用于將B超圖像及診斷結(jié)果輸出到打印機。作為標準輸出，本軟件支持所有Windows標準的打印機，強烈推薦使用高分辨率真彩圖像噴墨打印機，其具有成本低廉，圖像效果接近視頻打印機輸出效果，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)果保存時間長等優(yōu)點。
7、信號硬盤存儲模塊，當(dāng)計算機從USB端口接收到B超信號后，首先將其存儲到硬盤，只要醫(yī)生選擇了保存記錄，這個過程會自動進行并且基本上保持實時，這個功能可代替現(xiàn)在配合普通B超使用的模擬錄像設(shè)備，對B超信號進行實時數(shù)字錄像。
8、光盤存儲模塊，為了資料的永久保存或病歷交流，本軟件設(shè)計了光盤存儲接口，可支持現(xiàn)今流行的移動光盤介質(zhì)，包括刻錄光盤、CD-RW、M0磁光盤，以后會增加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)器或其他的終端計算機上，收到文件的計算機可用虛擬B超軟件打開回放及分析。動態(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超檢查的計算機作為數(shù)據(jù)廣播的主機，其他的聯(lián)網(wǎng)的計算機作為終端機，將在病人身邊的虛擬B超儀所顯示的B超信號通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到別的終端計算機上，在接受信號終端計算機旁的醫(yī)生將同時和病人身邊的醫(yī)生觀察到相同的圖像。
權(quán)利要求1.一種計算機虛擬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USB接口模塊，可與帶顯示器的計算機的USB通訊端口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算機虛擬B超儀，其特征在于，所述B超控制盒使用符合USB標準的連接電纜線與所述計算機通信。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算機虛擬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所述的計算機虛擬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、接收及延時控制門，還包括與所述接收及延時控制門依次連接傳遞信號的電壓/電流轉(zhuǎn)換器、對數(shù)放大器、檢波及深度補償、A/D轉(zhuǎn)換、可編程邏輯芯片F(xiàn)PGA、USB單片機和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、接收及延時控制門、對數(shù)放大器、檢波及深度補償、A/D轉(zhuǎn)換和USB單片機相連接，實現(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所述計算機虛擬B超儀，其特征在于，所述USB單片機使用PIC16C765芯片，將由所述可編程邏輯芯片F(xiàn)PGA傳來的信號進行USB編碼并向USB由纜連接插座發(fā)送。
專利摘要一種計算機虛擬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超控制盒實現(xiàn)邏輯控制和信號處理功能,通過USB通用串行總線與計算機通訊,用計算機的強大運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現(xiàn),可脫離B超硬件獨立運行。所述硬件部分配合豐富的軟件及計算機互聯(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G06F19/00GK2460047SQ00260310
公開日2001年11月21日 申請日期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 申請人:黃健平