徐曉峰

溫州市中醫(yī)院 設(shè)備科，浙江溫州 325000

S2000彩超硬件結(jié)構(gòu)原理及分析

徐曉峰

溫州市中醫(yī)院 設(shè)備科，浙江溫州 325000

本文介紹了西門子S2000彩超硬件結(jié)構(gòu)原理并對其功能進行了分析。

彩超；硬件結(jié)構(gòu)；硬件單元

西門子公司新推出的S2000彩超作為高端醫(yī)用超聲產(chǎn)品，在繼承了西門子超聲產(chǎn)品的無針式探頭接口、Hanefy透鏡探頭成像及突出的造影功能等技術(shù)的基礎(chǔ)上，融合了新一代的聲學(xué)研究成果。最新的彈性成像技術(shù)、聲觸診技術(shù)等的應(yīng)用，使得診斷手段更為多樣，微小組織病變的檢出率大大提高，血管結(jié)構(gòu)的顯示更加清晰，為臨床診斷提供了更加可靠的依據(jù)。同時，該產(chǎn)品還按照自適應(yīng)人體工程學(xué)理論對機器的硬件結(jié)構(gòu)進行了全新設(shè)計，使得整機外觀緊湊，操作起來更加靈活。探頭接口單元、電器單元、輸入輸出單元通過母板連接，實現(xiàn)了從控制超聲波信號發(fā)射，到對回波信號按照控制面板輸入的指令要求進行相應(yīng)處理，最終形成臨床診斷所需的視頻和音頻信號在顯示器等終端顯示播放。該設(shè)備硬件單元，見圖1。

圖1 硬件單元圖

1 電源供電部份

電源供電部份包含以下子單元并實現(xiàn)相關(guān)功能：

（1）模擬功能供電單元（Analog Power Supply Module，PSA）。PSA負(fù)責(zé)提供機器中所有模擬信號檢測及處理電路的直流電源供電。

（2）數(shù)字功能供電單元（Digital Power Supply Module，PSD）。PSD單元提供機器中所有數(shù)字信號檢測及處理電路的直流供電。

（3）交流主電源（AC Tray Power Module，AC）。AC單元除對機器中所有采用220V電源直接供電的外設(shè)，如顯示器等直接供電外，還通過單元中的主變壓器及相關(guān)電路進行交直流轉(zhuǎn)換并將轉(zhuǎn)換后的電源提供至PSA、PSD單元。尤其重要的是交流主電源（PSAC）單元上的一組LED指示燈直觀顯示電源部分及散熱風(fēng)扇的工作狀態(tài)，通過觀察這些LED燈的顯示狀態(tài)組合能夠幫助維修工程師快速定位電源相關(guān)故障是否由PSAC，PSA或PSD引起。

2 電器單元（Electronics Module，E-Module）

電器單元中包含一系列超聲成像的核心控制及處理電路板，這些電路板均采用先進的特定用途集成電路（ASIC）技術(shù)，使得板上電子元件的數(shù)量及電路板的尺寸大為減少。同時E-Module中預(yù)留了插槽，以方便將來可能的功能或硬件升級。包含的電路板及其功能如下：

（1）發(fā)射/接收板（Transmit/Receive board，TR），共3塊，分別為TR0，TR1，TR2。各板功能一致，可交換使用。實現(xiàn)發(fā)射波形的產(chǎn)生以及對陣列探頭接收到的回波信號作時間增益補償?shù)饶M放大功能。

（2）接收控制板（Receive Control board，RC）。RC板也可稱為前級實時控制板。除可通過板上的數(shù)字波束形成器產(chǎn)生發(fā)射接收控制信號外，還可通過基于ASIC技術(shù)的專用集成電路對接收的模擬回波信號進行數(shù)字化轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)時鐘也由該電路板產(chǎn)生。

（3）連續(xù)波板（Continuous Wave board，CB）。CB主要運用于心臟成像模式下連續(xù)波多普勒功能的實現(xiàn)。同時負(fù)責(zé)筆式探頭發(fā)射波形的產(chǎn)生。

（4）后級板（Back-End board，BE）。BE板除接收從RC板傳來的數(shù)字化回波信號外，還接收從CB板傳來的連續(xù)波數(shù)字信號。BE板對傳遞來的信號，按照不同模式的控制要求，進行相應(yīng)處理，如實現(xiàn)邊緣增強、疊加、諧波插值、噪聲點過濾、二維影像存儲及回放等功能。

（5）視頻接口板（ Video Interface board，VI）。VI板通過采用色度摳像（chroma-key）技術(shù)將圖像與字符及表格等背景疊加，形成符合臨床診斷顯示要求的各種圖像格式。此外，VI板還可以產(chǎn)生多普勒，心電的描記信號并將多普勒數(shù)字音頻信號D/A轉(zhuǎn)換后傳至揚聲器播放。

（6）實時控制板（Real Time Manger CPU board，RM）。RM板類似計算機中的主板，擁有高性能的CPU，控制各種功能的實現(xiàn)。RM板通過PCI總線與其他各電路板通訊，通過EIDE總線與硬盤連接，通過SCSI總線與DVD驅(qū)動器通訊。負(fù)責(zé)控制面板發(fā)出的指令譯碼響應(yīng)、測量功能實現(xiàn)、DICOM格式圖像存取、三維及四維實時成像等功能實現(xiàn)。

3 探頭接口 （Transducer Interface，TI）單元

S2000的探頭接口單元（Transducer Interface，TI）包括3個陣列探頭接口及1個筆式探頭接口。通過板上繼電器實現(xiàn)對陣列探頭的選擇切換。S2000的探頭接口單元在繼承Sequoia512探頭接口技術(shù)特點的基礎(chǔ)上有了進一步發(fā)展，其無針觸點技術(shù)為圖像質(zhì)量、彩色血流表現(xiàn)，微細血管的探測能力打下了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

4 輸入輸出（Input/Output，IO） 單元

輸入輸出單元（ Input/Output，IO）作為接口單元將E-Module與顯示器、控制面板、DVD驅(qū)動器、網(wǎng)絡(luò)及打印機等外設(shè)相連接，提供音視頻信號的輸入輸出，串口、并口、以太網(wǎng)、USB信號存取等服務(wù)。通過對輸入輸出單元上的另一組LED指示燈狀態(tài)的觀察，可以獲知關(guān)于電源，硬盤和DVD驅(qū)動器及系統(tǒng)啟動狀態(tài)的相關(guān)信息，對維修工作非常有幫助。

5 顯示器及控制面板

S2000使用的顯示器為19英寸高分辨率平板液晶顯示器，DVI輸入，可采用三自由度的自由臂全方位調(diào)節(jié)位置。操作界面友好靈活，舒適快捷。

本文最后通過對二維（2D, Two Dimension）成像過程的描述，希望使得各主要硬件單元的功能介紹更加系統(tǒng)全面：

操作者通過控制面板設(shè)定所需工作模式（包括探頭選擇，深度，聚焦點數(shù)及探頭工作頻率等參數(shù)選定）。RM板接收控制面板傳來指令后譯碼并將控制信號通過總線傳遞至相關(guān)電路板。RC板按照接收到的控制信號設(shè)定相應(yīng)向量序列并依此建立向量時序，控制發(fā)射延遲線、接收波形產(chǎn)生、模擬時間增益補償信號產(chǎn)生及BE板相關(guān)處理觸發(fā)信號的產(chǎn)生。TR板根據(jù)RC板產(chǎn)生的相關(guān)時序及控制信號實現(xiàn)聲波的發(fā)射及接收，并將接收到的模擬射頻回波信號通過母板送回RC板。RC板對模擬回波信號進行A/D轉(zhuǎn)換后傳至BE板。BE板作為從數(shù)字回波信號處理至成像過程中的核心電路板，將處理后形成的像素包(Pixel Pack)送至VI板。在VI板中，像素包處理后的信號與RM板產(chǎn)生并送至VI的字符及表格信號混合疊加，進一步處理后形成視頻信號，送至I/O單元并最終送至顯示器顯示。

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Analysis of Hardware Structure Principle of S2000 Colour Doppler Ultrasound System

XU Xiao-feng
Equipment Department, Wenzhou Traditional Chinese Medicine Hospital, Wenzhou Zhejiang 325000, China

R445.1

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.06.045

1674-1633(2012)06-0123-02

2012-03-08

作者郵箱：gzt0109@163.com

Abstract:This paper introduces the principle of hardware structure of Siemens S2000 Colour Doppler ultrasound system and analyzes its function.

Key words:colour Doppler ultrasound system; hardware structure; hardware unit