S2000彩超硬件結構原理及分析

徐曉峰

溫州市中醫院 設備科，浙江溫州 325000

S2000彩超硬件結構原理及分析

徐曉峰

溫州市中醫院 設備科，浙江溫州 325000

本文介紹了西門子S2000彩超硬件結構原理并對其功能進行了分析。

彩超；硬件結構；硬件單元

西門子公司新推出的S2000彩超作為高端醫用超聲產品，在繼承了西門子超聲產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的基礎上，融合了新一代的聲學研究成果。最新的彈性成像技術、聲觸診技術等的應用，使得診斷手段更為多樣，微小組織病變的檢出率大大提高，血管結構的顯示更加清晰，為臨床診斷提供了更加可靠的依據。同時，該產品還按照自適應人體工程學理論對機器的硬件結構進行了全新設計，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，實現了從控制超聲波信號發射，到對回波信號按照控制面板輸入的指令要求進行相應處理，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相關功能：

（1）模擬功能供電單元（Analog Power Supply Module，PSA）。PSA負責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）數字功能供電單元（Digital Power Supply Module，PSD）。PSD單元提供機器中所有數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，如顯示器等直接供電外，還通過單元中的主變壓器及相關電路進行交直流轉換并將轉換后的電源提供至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扇的工作狀態，通過觀察這些LED燈的顯示狀態組合能夠幫助維修工程師快速定位電源相關故障是否由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，使得板上電子元件的數量及電路板的尺寸大為減少。同時E-Module中預留了插槽，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。實現發射波形的產生以及對陣列探頭接收到的回波信號作時間增益補償等模擬放大功能。

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

（3）連續波板（Continuous Wave board，CB）。CB主要運用于心臟成像模式下連續波多普勒功能的實現。同時負責筆式探頭發射波形的產生。

（4）后級板（Back-End board，BE）。BE板除接收從RC板傳來的數字化回波信號外，還接收從CB板傳來的連續波數字信號。BE板對傳遞來的信號，按照不同模式的控制要求，進行相應處理，如實現邊緣增強、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板還可以產生多普勒，心電的描記信號并將多普勒數字音頻信號D/A轉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。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驅動器通訊。負責控制面板發出的指令譯碼響應、測量功能實現、DICOM格式圖像存取、三維及四維實時成像等功能實現。

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探頭接口技術特點的基礎上有了進一步發展，其無針觸點技術為圖像質量、彩色血流表現，微細血管的探測能力打下了堅實的技術基礎。

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驅動器、網絡及打印機等外設相連接，提供音視頻信號的輸入輸出，串口、并口、以太網、USB信號存取等服務。通過對輸入輸出單元上的另一組LED指示燈狀態的觀察，可以獲知關于電源，硬盤和DVD驅動器及系統啟動狀態的相關信息，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節位置。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全面：

操作者通過控制面板設定所需工作模式（包括探頭選擇，深度，聚焦點數及探頭工作頻率等參數選定）。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電路板。RC板按照接收到的控制信號設定相應向量序列并依此建立向量時序，控制發射延遲線、接收波形產生、模擬時間增益補償信號產生及BE板相關處理觸發信號的產生。TR板根據RC板產生的相關時序及控制信號實現聲波的發射及接收，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轉換后傳至BE板。BE板作為從數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