專利名稱：超聲診斷系統(tǒng)高速射頻回波數(shù)據(jù)采集方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲診斷系統(tǒng)及方法，尤其涉及的是一種超聲診斷系 統(tǒng)上設(shè)置的與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)母咚偕漕l回波數(shù)據(jù)采集方法 和裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)的超聲診斷系統(tǒng)是近六十余年來(lái)在電子學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)上，雷 達(dá)技術(shù)與聲學(xué)原理結(jié)合起來(lái)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷的新技術(shù)，它能實(shí)時(shí)地提供有 關(guān)人體正常與病理情況下的解剖結(jié)構(gòu)，功能狀態(tài)和血流動(dòng)力學(xué)方面的重要 信息。由于它是一種無(wú)創(chuàng)性的檢查方法，診斷的準(zhǔn)確率高，操作相對(duì)簡(jiǎn)便， 經(jīng)濟(jì)，已發(fā)展成目前四大醫(yī)學(xué)影像技術(shù)之一，為臨床必不可少的診斷方法。
現(xiàn)有的超聲診斷系統(tǒng)如圖1所示，其包括一CPU控制的換能器以及 一換能器脈沖控制，該換能器脈沖控制用于控制換能器的頻率、持續(xù)時(shí)間 和掃描模式，該換能器通過(guò)發(fā)射和反射聲波的接收，并通過(guò)CPU控制對(duì) 接收的聲波處理后在顯示屏上顯示出被掃描的輪廓。所述CPU還連接其 他外設(shè)，如打印機(jī)用于打印顯示結(jié)果；^磁盤存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)顯示結(jié)果；鍵 盤/指針用于選擇輸入等。
但由于超聲診斷系統(tǒng)本身的處理能力有限，在正常工作的同時(shí)，常需 要將其超聲探測(cè)的信號(hào)結(jié)果輸出到上位機(jī)用于進(jìn)一步分析，因此，在超聲
診斷系統(tǒng)與上位機(jī)之間就需要設(shè)置數(shù)據(jù)采集裝置。由于超聲診斷系統(tǒng)內(nèi)包 含高速ADC (模數(shù)轉(zhuǎn)換器)模塊，因此采集是針對(duì)高速射頻回波數(shù)據(jù)流 進(jìn)行的。高速射頻回波數(shù)據(jù)流的典型時(shí)鐘頻率為40MHz，位寬為32bit,
采集過(guò)程中要求不影響系統(tǒng)的正常工作。
目前常用的信號(hào)采集裝置基本都是采用PCI數(shù)據(jù)釆集卡，如圖2所示 的，包括采集模擬信號(hào)的高速ADC,輸入以及釆集數(shù)字信號(hào)，通過(guò)通道 選擇，輸入到緩沖RAM中，最終經(jīng)PCI橋輸出到上位機(jī)PC中；通過(guò)控 制邏輯對(duì)緩沖RAM和PCI橋的控制，實(shí)現(xiàn)傳輸時(shí)機(jī)和數(shù)據(jù)完整性的控制。 由于采集卡上設(shè)置有高速ADC，所以它可以直接進(jìn)行高頻模擬信號(hào)采集， 同時(shí)也可以旁路高速ADC進(jìn)行數(shù)字信號(hào)采集。
其采集的基本流程，參照?qǐng)Dl所示，模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)高速模擬數(shù)字變換 或數(shù)字信號(hào)直接進(jìn)入通道選擇，選擇后數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖，在控制邏輯的協(xié)調(diào) 下，上位機(jī)PC通過(guò)PCI (周邊元件擴(kuò)展接口 )橋芯片讀取緩沖RAM (隨 機(jī)存儲(chǔ)器)的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能。
現(xiàn)有的PCI數(shù)據(jù)采集卡一般設(shè)置成直接插入個(gè)人計(jì)算機(jī)的PCI插槽 中，其數(shù)字信號(hào)輸入端是通過(guò)線連接方式與被測(cè)信號(hào)互連的，這種方式會(huì) 影響被測(cè)信號(hào)質(zhì)量，從而影響超聲診斷系統(tǒng)的正常運(yùn)行；同時(shí)，大量的線 連接還會(huì)導(dǎo)致超聲診斷系統(tǒng)無(wú)法關(guān)閉外殼，因?yàn)橛脗鹘y(tǒng)的采集卡需要大量 的線插到超聲診斷系統(tǒng)內(nèi)部，這就導(dǎo)致超聲診斷系統(tǒng)的外殼無(wú)法正常安 裝，可能會(huì)影響系統(tǒng)的工作。另外PCI數(shù)據(jù)采集卡需要插入到機(jī)箱內(nèi)部， 連接不方便，不便于移動(dòng)采集。
因此，現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，而有待于改進(jìn)和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種超聲診斷系統(tǒng)高速射頻回波數(shù)據(jù)采集方 法和裝置，采用USB采集卡直接插到所述超聲診斷系統(tǒng)內(nèi)部，并通過(guò)USB 線與上位機(jī)PC相連，這樣在采集的同時(shí)不會(huì)影響超聲診斷系統(tǒng)的正常工 作，從而可以采集到真正工作狀態(tài)下的數(shù)據(jù)，并且可以實(shí)現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)的 傳輸。
本發(fā)明的技術(shù)方案包括
一種超聲診斷系統(tǒng)高速射頻回波數(shù)據(jù)采集裝置，其設(shè)置在一超聲診斷 系統(tǒng)與上位機(jī)之間；其特征在于，包括一現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，用于邏輯實(shí) 現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)目刂七^(guò)程； 一大容量高速數(shù)據(jù)緩沖，用于緩沖存儲(chǔ)采 集到的高速射頻回波數(shù)據(jù)； 一程序存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)程序指令； 一現(xiàn)場(chǎng)可 編程門陣列配置文件及系統(tǒng)軟件存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)對(duì)所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣 列的配置參數(shù)； 一高速USB控制器，用于與所述上位機(jī)的USB接口連接， 并進(jìn)行高速USB數(shù)據(jù)傳輸；
所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列還邏輯實(shí)現(xiàn) 一數(shù)據(jù)采集接口，用做與所述超 聲診斷系統(tǒng)通訊的接口； 一DDR控制器，用于控制連接所述大容量高速 數(shù)據(jù)緩沖；一DMA通道，與所述高速USB控制器通訊連接；一USB控 制接口，用于控制連接所述高速USB控制器；以及一嵌入式軟核處理器， 用于連接控制所述程序存儲(chǔ)器、DDR控制器、USB控制接口，用于實(shí)現(xiàn) 將所述大容量高速數(shù)據(jù)緩沖中的采集數(shù)據(jù)通過(guò)DMA通道和高速USB控 制器傳輸給所述上位機(jī)。
所述的方法，其中，所述數(shù)據(jù)采集接口與所述超聲診斷系統(tǒng)的連接結(jié) 構(gòu)為扣板結(jié)構(gòu)，通過(guò)所述超聲診斷系統(tǒng)的預(yù)留插接槽插接。
所述的方法，其中，所述高速USB控制器采用USB2.0協(xié)議。
所述的方法，其中，所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列配置文件及系統(tǒng)軟件存儲(chǔ) 器為閃存。
所述的方法，其中，其包括以下步驟
A、 對(duì)超聲診斷系統(tǒng)高速射頻回波數(shù)據(jù)采集裝置上電復(fù)位；
B、 所述超聲診斷系統(tǒng)高速射頻回波數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)入加載現(xiàn)場(chǎng)可編 程門陣列配置文件和嵌入式軟核處理器固件；
C、 所述嵌入式軟核處理器在程序存儲(chǔ)器中開(kāi)始運(yùn)行應(yīng)用程序，進(jìn)入 正常工作狀態(tài)；
D、 所述嵌入式軟核處理器接收到上位機(jī)發(fā)送的開(kāi)始采樣命令以及采 樣數(shù)據(jù)長(zhǎng)度信息，所述嵌入式軟核處理器設(shè)置釆樣控制邏輯，將高速射頻 回波數(shù)據(jù)搬移到大容量高速數(shù)據(jù)緩沖中；
E、 所述上位機(jī)輪詢?cè)O(shè)備的采樣狀態(tài)，直到采樣完成為止；
F、 所述嵌入式軟核處理器接收到所述上位機(jī)的開(kāi)始傳輸命令，將所 述大容量高速數(shù)據(jù)緩沖中的數(shù)據(jù)以DMA通道通過(guò)高速USB控制器上傳 至所述上位機(jī)PC。
所述的方法，其中，所述USB控制器采用USB2.0協(xié)議傳輸。 所述的方法，其中，所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列對(duì)所采集的高速射頻回波 數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的信號(hào)處理，緩存到所述大容量高速數(shù)據(jù)緩沖中，并實(shí)時(shí)上 傳至上位機(jī)進(jìn)行后續(xù)信號(hào)處理并顯示，從而快速實(shí)現(xiàn)上位機(jī)PC平臺(tái)的超 聲診斷系統(tǒng)。
所述的方法，其中，所述緩存及實(shí)時(shí)上傳的數(shù)據(jù)采用以線為單位，并 設(shè)置有兩個(gè)線緩沖區(qū)，在一個(gè)線緩沖區(qū)滿并上傳數(shù)據(jù)到上位機(jī)同時(shí)另 一線 緩沖區(qū)接收線數(shù)據(jù)，并交替上傳數(shù)據(jù)。
所述的方法，其中，所述緩存及實(shí)時(shí)上傳的數(shù)據(jù)采用以幀為單位，并 設(shè)置有兩個(gè)幀緩沖區(qū)，在一個(gè)幀緩沖區(qū)滿并上傳數(shù)據(jù)到上位機(jī)的同時(shí)另一 幀緩沖區(qū)接收幀數(shù)據(jù)，并交替上傳數(shù)據(jù)。
本發(fā)明所提供的一種超聲診斷系統(tǒng)高速射頻回波數(shù)據(jù)采集方法和裝 置，由于采用基于FPGA、 SDRAM、嵌入式軟核處理器系統(tǒng)和USB控制 器的電路結(jié)構(gòu)，采用了 USB采集卡與上位機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，能夠?qū)?現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)的采集和傳輸，滿足了超聲診斷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和傳輸功 能。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的超聲診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理框圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)的PCI采集卡的功能原理框圖； 圖3為本發(fā)明的USB采集卡的硬件電路原理框圖； 圖4為本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集流程示意圖； 圖5為本發(fā)明的扣板結(jié)構(gòu)示意圖6為本發(fā)明具體實(shí)施例中的以幀為單位實(shí)時(shí)上傳超聲回波數(shù)據(jù)時(shí) 的緩沖區(qū)示意圖7為本發(fā)明具體實(shí)施例中的以線為單位實(shí)時(shí)上傳超聲回波數(shù)據(jù)時(shí) 的緩沖區(qū)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖，將對(duì)本發(fā)明的各較佳實(shí)施例進(jìn)行更為詳細(xì)的說(shuō)明。 本發(fā)明的超聲診斷系統(tǒng)高速射頻回波數(shù)據(jù)采集方法和裝置，如圖3所 示的，在超聲診斷系統(tǒng)中包括A/D采樣電路，以及波束合成電路，通過(guò) 數(shù)據(jù)采集接口與本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集裝置通訊連接。該數(shù)據(jù)采集接口是預(yù)先 留出設(shè)置在超聲診斷系統(tǒng)主板上的插口 ，可以采用任意的排線接口設(shè)置， 可以設(shè)置為主板上的母口 (插座)，數(shù)據(jù)采集裝置的公口 (插頭)。本發(fā)明 以扣板方式實(shí)現(xiàn)的高速數(shù)據(jù)采集模塊與被采集系統(tǒng)即超聲診斷系統(tǒng)的連 接，獨(dú)立于被采集系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，避免了對(duì)被采集系統(tǒng)正常工作造成影響， 并且很容易嵌入背采集系統(tǒng)中，而對(duì)外只是一個(gè)USB接口，接線簡(jiǎn)單， 而信號(hào)接觸性能優(yōu)良，數(shù)據(jù)傳輸迅速而穩(wěn)定。
本發(fā)明的高速射頻回波數(shù)據(jù)釆集裝置包括電源、FPGA (現(xiàn)場(chǎng)可編程 門陣列)大容量高速數(shù)據(jù)緩沖單元、程序存儲(chǔ)器、FPGA配置文件及系統(tǒng) 軟件存儲(chǔ)器FLASH、高速USB控制器，所述FPGA用于邏輯實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采 集接口 ，該數(shù)據(jù)采集接口與所述超聲診斷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集接口適配連接； 所述FPGA還包括有DDR控制器，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)所述數(shù)據(jù)采集裝置中的大 容量告訴數(shù)據(jù)緩沖DDR進(jìn)行控制，以及一嵌入式軟核處理器，用于隊(duì)所
述數(shù)據(jù)采集裝置中的程序存儲(chǔ)器SDRAM進(jìn)行控制；所述FPGA中還設(shè) 置有配置接口 ，用于根據(jù)所述數(shù)據(jù)采集裝置中的FPGA配置文件及系統(tǒng)軟 件存儲(chǔ)器FLASH進(jìn)行接口配置；在所述FPGA中，所述DDR控制器還 連接有一 DMA通道，所述嵌入式軟核處理器還連接一 USB控制接口 ， 該DMA通道與所述USB控制接口控制連接所述高速USB控制器，由該 高速USB控制器通過(guò)USB線連接到上位機(jī)PC的USB接口上。
所述DMA ( Direct Memory Access )通道，即直接存儲(chǔ)器存取通道， 是一種快速傳送數(shù)據(jù)的機(jī)制，用以實(shí)現(xiàn)從釆集卡的大容量高速數(shù)據(jù)緩沖到 高速USB控制器的數(shù)據(jù)傳輸。DMA技術(shù)的重要性在于，利用它進(jìn)行數(shù)據(jù) 傳送時(shí)不需要CPU的參與，通過(guò)DMA控制器即可實(shí)現(xiàn)，通常由計(jì)算機(jī) 預(yù)先對(duì)其編程，并儲(chǔ)存到DMA控制器中，這些程序控制DMA通道傳送 數(shù)據(jù)。 一旦DMA控制器初始化完成，數(shù)據(jù)開(kāi)始傳送，DMA通道就可以 脫離CPU控制，獨(dú)立完成凄史據(jù)傳送。
本發(fā)明的所述超聲診斷系統(tǒng)高速射頻回波數(shù)據(jù)采集裝置中，所述USB 控制接口以及所述高速USB控制器都采用現(xiàn)有的USB2.0協(xié)議接口實(shí)現(xiàn) 超聲診斷系統(tǒng)高速射頻回波數(shù)據(jù)的采集傳輸，所述嵌入式軟核處理器通過(guò) USB2.0協(xié)議的USB控制器接收上位機(jī)PC發(fā)出的采集命令和參數(shù)，啟動(dòng) 數(shù)據(jù)采集流程，然后通過(guò)邏輯接口即數(shù)據(jù)采集接口從所述超聲診斷系統(tǒng)接 收超聲射頻回波數(shù)據(jù)，將其放入由FPGA實(shí)現(xiàn)的線緩沖FIFO(先入先出)； 所述DDR控制邏輯主動(dòng)將線緩沖FIFO中數(shù)據(jù)讀出并及時(shí)寫入大容量高 速數(shù)據(jù)緩沖DDR中。在采集完指定的數(shù)據(jù)后，所述FPGA停止接收超聲 射頻回波數(shù)據(jù)。
在此過(guò)程中，上位機(jī)PC查詢采集過(guò)程狀態(tài)， 一旦數(shù)據(jù)釆集完成，上 位機(jī)PC通過(guò)高速USB控制器發(fā)送傳輸命令，嵌入式軟核處理器在收到 傳輸命令后，設(shè)置DDR控制器控制邏輯寄存器，使得DDR控制器將大 容量高速數(shù)據(jù)緩沖DDR的數(shù)據(jù)讀出并以DMA (直接存儲(chǔ)器存取)方式
經(jīng)過(guò)USB2.0控制器傳輸給上位機(jī)PC，直到該大容量高速數(shù)據(jù)緩沖DDR 中的數(shù)據(jù)全部傳輸完成。如此可保證所采集的高速射頻數(shù)據(jù)流沒(méi)有丟失， 并高速發(fā)送給上位機(jī)。
本發(fā)明的超聲診斷系統(tǒng)高速射頻回波數(shù)據(jù)釆集裝置中，所述FPGA為 核心部件，用于實(shí)現(xiàn)邏輯電路SDRAM (同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)控制 器(該SDRAM控制器接在軟核處理器的AVALON總線上，主要控制 SDRAM存儲(chǔ)器的訪問(wèn)，在圖3中位于核處理器內(nèi)部，并未明確畫出)、 DDR控制器、高速USB外設(shè)控制器、嵌入式軟核處理器以及其他邏輯電路； Flash (閃存)作為FPGA配置文件和嵌入式軟核處理器固件的非易失存儲(chǔ) 器，掉電情況下仍可保存數(shù)據(jù)；程序存儲(chǔ)器SDRAM作為嵌入式軟核處理 器的程序空間，嵌入式軟核處理器固件加載到該程序存儲(chǔ)器SDRAM中運(yùn) 行，從而提高嵌入式軟核處理器的執(zhí)行效率；大容量高速數(shù)據(jù)緩沖DDR 作為采集數(shù)據(jù)的大容量緩沖區(qū)，用來(lái)存儲(chǔ)超聲診斷系統(tǒng)高速射頻回波數(shù) 據(jù)，由于采集速率高于usb傳輸速率，因此如果沒(méi)有緩沖區(qū)或者緩沖區(qū)較 小，輸入和輸出的速度不匹配就必然會(huì)引起數(shù)據(jù)的丟失；高速USB控制器 作為FPGA與上位機(jī)PC的USB接口的橋接器件，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的USB高速傳 輸。電源Power作為整個(gè)模塊的電源電路，為整個(gè)采集裝置提供了驅(qū)動(dòng)電 源。
本發(fā)明所述超聲診斷系統(tǒng)高速射頻回波數(shù)據(jù)釆集方法，如圖4所示 的，為其通過(guò)USB傳輸協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)倪^(guò)程，具體實(shí)現(xiàn)步驟 包括
(1) 在上電復(fù)位后，所述超聲診斷系統(tǒng)高速射頻回波數(shù)據(jù)采集裝置 進(jìn)入加載FPGA配置文件和嵌入式軟核處理器固件；
(2) 加載完成后，所述嵌入式軟核處理器開(kāi)始運(yùn)行應(yīng)用程序，進(jìn)入 正常工作狀態(tài)；
(3 )所述嵌入式軟核處理器接收到上位機(jī)發(fā)送的開(kāi)始采樣命令以及采樣數(shù)據(jù)長(zhǎng)度等信息后，所述嵌入式軟核處理器設(shè)置釆樣控制邏輯，將高
速射頻回波數(shù)據(jù)搬移到大容量高速數(shù)據(jù)緩沖DDR中；并在采樣結(jié)束后采 樣控制邏輯把采樣完成標(biāo)志位設(shè)置為有效；
(4)所述上位機(jī)輪詢?cè)O(shè)備的采樣狀態(tài)，直到采樣完成為止； (5 )在步驟(3 )中數(shù)據(jù)采樣完成后，所述嵌入式軟核處理器接收到 開(kāi)始傳輸命令，將所述大容量高速數(shù)據(jù)緩沖DDR中的數(shù)據(jù)以DMA方式 通過(guò)USB2.0協(xié)議的高速USB控制器上傳至所述上位機(jī)PC;
(6)在上位機(jī)完成接收數(shù)據(jù)后，進(jìn)行存儲(chǔ)并進(jìn)行后續(xù)分析等工作。 本發(fā)明裝置和方法通過(guò)對(duì)FPGA的邏輯控制修改，可對(duì)超聲高速射 頻回波數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的信號(hào)處理，再以幀為單位緩存到所述大容量高速數(shù) 據(jù)緩沖DDR中，并實(shí)時(shí)上傳至上位機(jī)PC端進(jìn)行后續(xù)信號(hào)處理并顯示， 從而可以快速實(shí)現(xiàn)上位機(jī)PC平臺(tái)的超聲診斷系統(tǒng)。該應(yīng)用可在便攜式彩 超項(xiàng)目中驗(yàn)證并實(shí)現(xiàn)。
由于超聲射頻回波信號(hào)是以掃描線力單位的， 一線數(shù)據(jù)是連續(xù)的一組 數(shù)據(jù)，線與線之間會(huì)有 一定時(shí)間的間隔。 一定數(shù)量的線數(shù)據(jù)組成一幀數(shù)據(jù)， 一幀數(shù)據(jù)由連續(xù)的固定數(shù)量的掃描線數(shù)據(jù)組成， 一幀數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理，就可 以形成一幀超聲圖像。信號(hào)處理是把射頻回波數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波之類的處理， 會(huì)把數(shù)據(jù)量減少，從而會(huì)降低數(shù)據(jù)速率，所以可以進(jìn)行實(shí)時(shí)采集即一邊緩 存一邊上傳。實(shí)時(shí)采集可以以線為單位緩存上傳，也可以以幀為單位(上 述實(shí)施例以幀為單位)。區(qū)別就是在邏輯內(nèi)部設(shè)計(jì)的緩存區(qū)的大小，以線/ 幀為單位緩存大小要設(shè)計(jì)為兩倍的線/幀數(shù)據(jù)量。從而可以一邊緩存下一 線/幀， 一邊實(shí)時(shí)上傳當(dāng)前線/幀。
如圖6所示，為本發(fā)明超聲診斷系統(tǒng)高速射頻回波數(shù)據(jù)采集方法和裝 置實(shí)時(shí)上傳采用以幀為單位時(shí)的緩沖區(qū)示意圖，假設(shè)一幀數(shù)據(jù)由n線組 成，那么當(dāng)以幀為緩存單位進(jìn)行實(shí)時(shí)上傳的時(shí)候，就需要設(shè)置兩幀數(shù)據(jù)量 大小的幀緩沖區(qū)Frame Buffer 1和Frame Buffer 2。當(dāng)Frame Buffer 1存滿n條線后，就啟動(dòng)上傳，將FrameBuffer 1中的數(shù)據(jù)通過(guò)USB上傳至上位 機(jī)PC。同時(shí)，開(kāi)始向Frame Buffer 2中緩存下一幀的n條線的數(shù)據(jù)，當(dāng) Frame Buffer 2緩存滿后，開(kāi)始上傳Frame Buffer 2中的n條線的數(shù)據(jù)，同 時(shí)，開(kāi)始向Frame Buffer 1中緩存再下一幀的n條線的數(shù)據(jù)。如此切換， 每切換上傳一次，上位機(jī)PC端就可以實(shí)時(shí)的形成一幅超聲圖像。
當(dāng)以線為緩存單位進(jìn)行實(shí)時(shí)上傳的時(shí)候，如圖7所示，就需要設(shè)置兩 線數(shù)據(jù)量大小的線緩沖區(qū)Line Buffer 1和Line Buffer 2。當(dāng)Line Buffer 1 存滿當(dāng)前線的數(shù)據(jù)后，就啟動(dòng)上傳，將Line Buffer 1中的數(shù)據(jù)通過(guò)USB 上傳至上位機(jī)PC。同時(shí)，開(kāi)始向Line Buffer 2中緩存下一線的數(shù)據(jù)，當(dāng) Line Buffer 2緩存滿后，開(kāi)始上傳Line Buffer 2中的數(shù)據(jù)，同時(shí)，開(kāi)始向 LineBuffer 1中緩存再下一線的數(shù)據(jù)。如此切換，假設(shè)一幀數(shù)據(jù)由n線組 成，那么需要切換上傳n次后，方能在上位機(jī)PC端形成一幅超聲圖像。
同時(shí)，本發(fā)明中用以采集數(shù)據(jù)的所述大容量高速緩沖區(qū)，在采用DDR 外，也可以是其他類型的大容量高速存儲(chǔ)器。
利用FFPGA可編程的靈活性，本發(fā)明釆集裝置和超聲診斷系統(tǒng)之間 的接口信號(hào)可以靈活定義，接口電路也可以靈活定制，進(jìn)而可以靈活地實(shí) 現(xiàn)對(duì)超聲診斷系統(tǒng)中A/D采樣后以及任一階段的數(shù)據(jù)處理后的信號(hào)進(jìn)行 采集。
綜上，本發(fā)明通過(guò)使用FPGA,可以靈活地實(shí)現(xiàn)與超聲診斷系統(tǒng)的邏 輯接口的連接，以及對(duì)大容量高速數(shù)據(jù)緩沖DDR和高速USB控制器的控 制；而通過(guò)嵌入式軟核處理器固件控制USB設(shè)備的工作，通過(guò)高速USB 控制器和USB接線與上位機(jī)PC的USB接口的連接，實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)控制 下的數(shù)據(jù)傳輸處理；而USB2.0接口連接方便，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸。
本發(fā)明所述大容量高速數(shù)據(jù)緩沖DDR可以緩存足夠連續(xù)完整的超聲 診斷系統(tǒng)的高速射頻回波數(shù)據(jù)以供上位機(jī)PC分析；其實(shí)現(xiàn)了采集過(guò)程不 影響超聲診斷系統(tǒng)的正常工作。
實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明方法和裝置目前可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集率為
25MB/s，以及實(shí)現(xiàn)多幀實(shí)時(shí)射頻超聲回波數(shù)據(jù)采集，可采集的最高數(shù)據(jù) 傳輸率以及單次最大采集幀數(shù)受DDR讀寫速率以及DDR數(shù)量和容量約束。
但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對(duì)具體實(shí)施例的描述較為詳細(xì)，并不能因此 而認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)以所附 權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種超聲診斷系統(tǒng)高速射頻回波數(shù)據(jù)采集裝置，其設(shè)置在一超聲診斷系統(tǒng)與上位機(jī)之間；其特征在于，包括一現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，用于邏輯實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)目刂七^(guò)程；一大容量高速數(shù)據(jù)緩沖，用于緩沖存儲(chǔ)采集到的高速射頻回波數(shù)據(jù)；一程序存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)程序指令；一現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列配置文件及系統(tǒng)軟件存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)對(duì)所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列的配置參數(shù)；一高速USB控制器，用于與所述上位機(jī)的USB接口連接，并進(jìn)行高速USB數(shù)據(jù)傳輸；所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列還邏輯實(shí)現(xiàn)一數(shù)據(jù)采集接口，用做與所述超聲診斷系統(tǒng)通訊的接口；一DDR控制器，用于控制連接所述大容量高速數(shù)據(jù)緩沖；一DMA通道，與所述高速USB控制器通訊連接；一USB控制接口，用于控制連接所述高速USB控制器；以及一嵌入式軟核處理器，用于連接控制所述程序存儲(chǔ)器、DDR控制器、USB控制接口，用于實(shí)現(xiàn)將所述大容量高速數(shù)據(jù)緩沖中的采集數(shù)據(jù)通過(guò)DMA通道和高速USB控制器傳輸給所述上位機(jī)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集接口與 所述超聲診斷系統(tǒng)的連接結(jié)構(gòu)為扣板結(jié)構(gòu)，通過(guò)所述超聲診斷系統(tǒng)的預(yù)留 插4妾槽插接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述高速USB控制器 采用USB2.0協(xié)議。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣 列配置文件及系統(tǒng)軟件存儲(chǔ)器為閃存。
5、 一種如權(quán)利要求1所述裝置的超聲診斷系統(tǒng)高速射頻回波數(shù)據(jù)采 集方法，其包括以下步驟A、對(duì)超聲診斷系統(tǒng)高速射頻回波數(shù)據(jù)釆集裝置上電復(fù)位； B、 所述超聲診斷系統(tǒng)高速射頻回波數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)入加載現(xiàn)場(chǎng)可編 程門陣列配置文件和嵌入式軟核處理器固件；C、 所述嵌入式軟核處理器在程序存儲(chǔ)器中開(kāi)始運(yùn)行應(yīng)用程序，進(jìn)入 正常工作狀態(tài)；D、 所述嵌入式軟核處理器接收到上位機(jī)發(fā)送的開(kāi)始采樣命令以及采 樣數(shù)據(jù)長(zhǎng)度信息，所述嵌入式軟核處理器設(shè)置采樣控制邏輯，將高速射頻 回波數(shù)據(jù)搬移到大容量高速數(shù)據(jù)緩沖中；E、 所述上位機(jī)輪詢?cè)O(shè)備的采樣狀態(tài)，直到采樣完成為止；F、 所述嵌入式軟核處理器接收到所述上位機(jī)的開(kāi)始傳輸命令，將所 述大容量高速數(shù)據(jù)緩沖中的數(shù)據(jù)以DMA通道通過(guò)高速USB控制器上傳 至所述上位機(jī)PC。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述USB控制器采用 USB2.0協(xié)議傳輸。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣 列對(duì)所采集的高速射頻回波數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的信號(hào)處理，緩存到所述大容量 高速數(shù)據(jù)緩沖中，并實(shí)時(shí)上傳至上位機(jī)進(jìn)行后續(xù)信號(hào)處理并顯示，從而快 速實(shí)現(xiàn)上位機(jī)PC平臺(tái)的超聲診斷系統(tǒng)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述緩存及實(shí)時(shí)上傳 的數(shù)據(jù)采用以線為單位，并設(shè)置有兩個(gè)線緩沖區(qū)，在一個(gè)線緩沖區(qū)滿并上 傳數(shù)據(jù)到上位機(jī)同時(shí)另一線緩沖區(qū)接收線數(shù)據(jù)，并交替上傳數(shù)據(jù)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述緩存及實(shí)時(shí)上傳 的數(shù)據(jù)采用以幀為單位，并設(shè)置有兩個(gè)幀緩沖區(qū)，在一個(gè)幀緩沖區(qū)滿并上 傳數(shù)據(jù)到上位機(jī)的同時(shí)另 一幀緩沖區(qū)接收幀數(shù)據(jù)，并交替上傳數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種超聲診斷系統(tǒng)高速射頻回波數(shù)據(jù)采集方法和裝置，其裝置包括一現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，用于邏輯實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)目刂七^(guò)程；一大容量高速數(shù)據(jù)緩沖，用于緩沖存儲(chǔ)采集到的高速射頻回波數(shù)據(jù)；一程序存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)程序指令；一現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列配置文件及系統(tǒng)軟件存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)對(duì)所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列的配置參數(shù)；一高速USB控制器，用于與所述上位機(jī)的USB接口連接，并進(jìn)行高速USB數(shù)據(jù)傳輸。本發(fā)明所述方法和裝置由于采用基于FPGA、SDRAM、嵌入式軟核處理器系統(tǒng)和USB控制器的電路結(jié)構(gòu)，采用了USB采集卡與上位機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，能夠?qū)崿F(xiàn)大容量數(shù)據(jù)的采集和傳輸，滿足了超聲診斷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和傳輸功能。
文檔編號(hào)A61B8/00GK101185580SQ20061015694
公開(kāi)日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2006年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月15日
發(fā)明者何緒金, 哲 王, 滿 袁 申請(qǐng)人:深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司