CN100536797C - 医疗诊断系统及其控制面板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种医疗诊断系统及其控制面板。本发明使用USB技术来完成医疗诊断系统人机接口的输入，除了完全兼容部分标准的字符数字键外，还包括医疗诊断系统专用的功能模块和轨迹球，所有控制面板功能模块均通过一个物理上的USB接口完成，连接简洁。通用字符、数字键和轨迹球以及医疗诊断设备专用的功能模块集成为一个整体，通过一个物理上的USB接口与上位机(PC)通信，精简了人机接口外设连接复杂性，支持即插即用，使用更加简单、方便。由于控制面板可一体化，不受通用PC键盘的局限，外观造型设计可灵活多变，大大丰富了控制面板的外观造型。

Description

医疗诊断系统及其控制面板
【技术领域】
本发明涉及一种用于医疗诊断系统及其控制面板的设计。
【背景技术】
超声诊断设备作为医院的主要三大影像设备之一，而控制面板又作为超声诊断设备的人机接口设备，其中包括通用的字符数字键(AlphaNumberic Key)，调节TGC的滑动电位器(TGC Sliders)，用于调节增益或菜单旋钮的编码器(Encoder)，移动光标的轨迹球(Trackball)以及超声设备特有的功能按键(如Cineloop)，另外还有控制面板的背光控制。功能上与通用PC相比，字符数字键类似于PC键盘，轨迹球类似于PC鼠标，而其他的都属于超声特有的输入设备。
迈瑞公司的早期产品设计采用单片机(MCU)和可编程逻辑器件(CPLD)来控制板内电路的工作，通过RS232与上位机进行通讯。随着PC性能的突发猛进，上位机逐渐被x86工控板替代。在设计转化过程中，RS232接口的控制面板面临在x86启动时不能设置基本输入输出系统(Bios)的困境。
为了解决bios设置问题，目前比较常用的方案将控制面板进行功能模块划分，字符数字键盘采用通用的PC键盘替代，比如采用PS/2或USB接口的PC键盘；剩下的其他部分采用RS232接口来通讯，这样在更改最小的情况下满足设计要求。
现有技术的缺点有二方面：1)增加了与PC模块的连接口，同时由于采用通用PC键盘来替代字符数字键，故给造型设计带来限制。这是显而易见的，这种方案至少需要1根RS232串口线和1根PS/2线(或USB线)，另外由于通用PC键盘的机械尺寸、外观会影响造型设计。2)RS232接口有被USB接口所替代趋势，传统的串并口逐渐被通用串行总线(USB)所替代，在高档的工控模块中已经不再支持串并口，比如PIGMG规范的COM Express Module。
【发明内容】
本发明的目的就是为了克服以上不足，提供一种医疗诊断系统及其控制面板，其控制面板与上位机的连接方案通用性强、适应性佳、成本低。
为实现上述目的，本发明提出一种医疗诊断系统，包括控制面板、上位机、医疗诊断前端设备，所述控制面板、医疗诊断前端设备分别与所述上位机连接；所述控制面板包括控制模块、按键矩阵，所述控制面板还包括USB通信模块及USB接口，所述USB通信模块一端与所述控制模块连接，另一端与所述USB接口连接；所述USB接口与所述上位机连接。
上述的医疗诊断系统，还包括轨迹球模块，与所述控制模块连接。还包括TGC调节模块，与所述控制模块连接。还包括编码器模块，与所述控制模块连接。
一种医疗诊断系统，包括控制面板、上位机，二者相接；所述控制面板包括字符数字按键部分，由上位机操作系统直接驱动；轨迹球部分，由上位机操作系统直接驱动；医疗诊断设备功能模块，由上位机预设的相应驱动程序驱动；三者以同一USB接口与上位机实现连接。
上述的医疗诊断系统，所述功能模块包括功能按键和/或TGC滑动电位器。所述字符数字按键部分在上位机进入基本输入输出系统时被枚举为标准PC的USB键盘。所述字符数字按键部分、轨迹球部分，采用同一端口传送数据；字符数字按键数据、轨迹球数据中增设标志码区分。所述医疗诊断设备功能模块的数据，采用自定义格式传送。
同时，本发明提出了一种医疗诊断系统的控制面板，包括控制模块、按键矩阵，还包括USB通信模块及USB接口，所述USB通信模块一端与所述控制模块连接，另一端与所述USB接口连接；所述USB接口用于与医疗诊断系统的上位机插接。
上述的控制面板，还包括轨迹球模块，与所述控制模块连接。还包括TGC调节模块，与所述控制模块连接。还包括编码器模块，与所述控制模块连接。
由于采用了以上的方案，使用USB技术来完成医疗诊断系统人机接口的输入，除了完全兼容部分标准的字符数字键外，还包括医疗诊断系统专用的功能模块和轨迹球，所有控制面板功能模块均通过一个物理上的USB接口完成，连接简洁。通用字符、数字键和轨迹球以及医疗诊断设备专用的功能模块集成为一个整体，通过一个物理上的USB接口与上位机(PC)通信，精简了人机接口外设连接复杂性，支持即插即用，使用更加简单、方便。由于控制面板可一体化，不受通用PC键盘的局限，外观造型设计可灵活多变，大大丰富了控制面板的外观造型。
【附图说明】
图1是本发明控制面板的电路原理框图。
图2是本发明控制面板各功能模块的一种位置排布图。
图3是本发明的医疗诊断系统的结构简图。
【具体实施方式】
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。
本例的控制面板的电路结构原理如图1所示，适用于以超声诊断为医疗诊断前端设备的医疗诊断系统，包括控制模块、按键矩阵、发声模块、LED驱动模块、TGC调节模块、非易失存储器、易失存储器、编码器模块、轨迹球模块、USB通信模块及USB接口。为了保证通过物理上的一个USB接口实现各个功能，将控制面板划分为三部分：第一部分为字符、数字按键，本部分按键在上位机(PC)BIOS设置和进入操作系统(Windows)后均能正常使用，且上位机(PC)不用编写任何驱动程序，直接使用操作系统(Windows)提供的驱动程序；第二部分为轨迹球部分，本部分只能在上位机(PC)进入操作系统后方能使用，上位机(PC)不用编写任何驱动程序，直接使用操作系统(Windows)提供的驱动程序；第三部分为超声诊断设备专用的各种模块，包括各种功能按键、调节旋钮、TGC滑动电位器和各种信号指示LED等等，本部分只能在上位机(PC)进入操作系统并安装好相应的驱动程序后才能使用，因操作系统(Windows)不提供该部分驱动程序。各部分在控制面板上的位置如图2所示，图中实线框中部分为字符、数字按键；圆形虚线框中部分为轨迹球；点划线框中部分为功能按键、旋转编码器和TGC调节模块等；另外，按键背光LED分布于所有的按键和编码器周围，因此没有在图2中标出。
请参考图3所示，为本发明的医疗诊断系统结构简图，医疗诊断前端设备为本例的超声诊断前端设备，连接上位机；控制面板通过USB接口与上位机实现连接。前述的第一部分和第二部分均属于USB设备中的人机接口设备(Human Interface Device)类，由于属于同一类USB设备，因此这两部分采用同一个端口(Endpoint)，为了保证第一部分在上位机(PC)进入BIOS能够正常使用，控制面板在BIOS中仅仅枚举为标准PC的USB键盘，此时只响应字符、数字按键，其它如轨迹球和滑动电位器的操作均不予响应，此时发送的按键数据格式如表1所示。
表1 BIOS下字符、数字按键传送格式
 
BYTE7 BYTE6 BYTE5 BYTE4
Keycode6 Keycode5 Keycode4 Keycode3
BYTE3 BYTE2 BYTE1 BYTE0
Keycode2 Keycode1 Reserved Modifier Keys
上表中的，BYTE[7:2]表示按键码，BYTE1为保留；BYTE0中的ModifierKeys用来表示Ctrl，Shift，Alt等组合按键，具体定义如表2所示。
表2 Modifier Keys表示内容
 
Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0
Reserved Reserved Reserved Reserved Reserved Alt Shift Ctrl
当上位机(PC)进入操作系统后，前述的三个部分均能使用。由于字符、数字按键和轨迹球通过同一端口传送数据，为了保证上位机(PC)能够正确区分字符、数字按键和轨迹球数据，在这些数据中增加一个字节作为数据类型区分的标志码。字符、数字按键就是在表1的最前面再加上一个字节，将最后一个字节BYTE0作为数据类型区分的标志码，数据格式如表3所示。
表3 操作系统(Windows)中字符、数字按键传送格式
 
BYTE8 BYTE7 BYTE6 BYTE5
Keycode6 Keycode5 Keycode4 Keycode3
BYTE4 BYTE3 BYTE2 BYTE1
Keycode2 Keycode1 Reserved Modifier Keys
BYTE0
 
00H
轨迹球的数据格式如表4所示。
表4 轨迹球数据传送格式
 
BYTE3 BYTE2 BYTE1 BYTE0
Track ballkeys    Yoffset Xoffset 01H
上表中的BYTE3中的Track ball keys用来表示轨迹球的按键，具体定义如表5所示。
表5 轨迹球Track ball keys表示内容
 
Bit7～Bit3 Bit2 Bit1 Bit0
Defaultvalue 0  Button 3 Button2      Button1     
超声诊断系统专用的功能模块部分，采用自定义数据格式传送，上传数据包括滑动电位器、旋转编码器、功能按键以及响应上位机(PC)等，下传数据包括LED指示灯控制数据，这些数据均采用自定义数据格式传输。由于超声诊断设备特有部分在USB设备类中属于自定义类，当控制面板USB接口连接到上位机(PC)后，上位机(PC)就对控制面板USB进行枚举并识别，接着为其分配为超声诊断设备特有部分编写的专用驱动程序，从而保证该部分可以与上位机(PC)进行正确的数据交换。
自定义功能键的数据传输格式如表6所示。
表6 自定义功能按键数据格式
 
BYTE1 BYTE0
Keycode 02H
编码器数据传输格式如表7所示。
表7 编码器数据格式
 
BYTE2 BYTE1 BYTE0
 
data1 data0 03H
TGC调节模块的传送数据格式如表8所示。表8中的第二字节数据表示TGC的通道数，例如第一通道该数为1，第二通道该数为2，以此类推；第三字节数据为对应通道的数据。
表8 TGC调节模块数据传输格式
 
BYTE2 BYTE1 BYTE0
data channel 04H
下传数据中包括LED指示灯控制信号数据等，表9为LED指示灯控制信号数据格式，表中第二字节为对应的LED位置。第三字节为对应LED的状态和亮度等级，该信号的位定义如表10所示。
表9 LED指示灯控制信号传输格式
 
BYTE2 BYTE1 BYTE0
data number 05H
表10 LED指示灯第三字节表示意义
 
bit7～bit6 bit5～bit2 bit1～bit0  
Default value 0 brightnesslevel        LED status
本例中，控制模块的核心采用软核处理器，软核处理器程序和FPGA逻辑设计数据保持在非易失存储器中，当控制面板上电后，FPGA自动从该非易失存储器中读取配置数据，完成FPGA的配置；一旦FPGA配置结束，软核处理器的PC(Program counter)指针指向Boot Rom，此时开始将非易失存储器中的数据拷贝到易失存储器中，拷贝结束后，软核处理器的PC(Programcounter)指针指向易失存储器，从而运行整个应用程序，控制面板开始正常工作。
本控制面板可以在上例的基础上增加或减少部分模块，精简或者增强控制面板处理功能。应用本方法的思想，可以设计出更多新型的USB类人机交互设备。本方法可以应用于与超声医疗诊断系统类似的、上位机可以支持USB类人机交互接口的其它医疗器械产品，完成人机交互设备的设计。

Claims (13)

1、一种医疗诊断系统，包括控制面板、上位机、显示设备、医疗诊断前端设备，所述控制面板、显示设备、医疗诊断前端设备分别与所述上位机连接；所述控制面板包括控制模块、按键矩阵；其特征是：所述控制面板还包括USB通信模块及USB接口，所述USB通信模块一端与所述控制模块连接，另一端与所述USB接口连接；所述USB接口与所述上位机连接。
2、如权利要求1所述的医疗诊断系统，其特征是：还包括轨迹球模块，与所述控制模块连接。
3、如权利要求1或2所述的医疗诊断系统，其特征是：还包括TGC调节模块，与所述控制模块连接。
4、如权利要求1或2所述的医疗诊断系统，其特征是：还包括编码器模块，与所述控制模块连接。
5、一种医疗诊断系统，包括控制面板、上位机，二者相接；其特征是：所述控制面板包括字符数字按键部分，由上位机操作系统直接驱动；轨迹球部分，由上位机操作系统直接驱动；医疗诊断设备功能模块，由上位机预设的相应驱动程序驱动；三者以同一USB接口与所述上位机实现连接。
6、如权利要求5所述的医疗诊断系统，其特征是：所述功能模块包括功能按键和/或TGC滑动电位器。
7、如权利要求5或6所述的医疗诊断系统，其特征是：所述字符数字按键部分在上位机进入基本输入输出系统时被枚举为标准PC的USB键盘。
8、如权利要求5或6所述的医疗诊断系统，其特征是：所述字符数字按键部分、轨迹球部分，采用同一端口传送数据；字符数字按键数据、轨迹球数据中增设标志码区分。
9、如权利要求5或6所述的医疗诊断系统，其特征是：所述医疗诊断设备功能模块的数据，采用自定义格式传送。
10、一种医疗诊断系统的控制面板，包括控制模块、按键矩阵，其特征是：还包括USB通信模块及USB接口，所述USB通信模块一端与所述控制模块连接，另一端与所述USB接口连接；所述USB接口用于与医疗诊断系统的上位机插接。
11、如权利要求10所述的控制面板，其特征是：还包括轨迹球模块，与所述控制模块连接。
12、如权利要求10或11所述的控制面板，其特征是：还包括TGC调节模块，与所述控制模块连接。
13、如权利要求10或11所述的控制面板，其特征是：还包括编码器模块，与所述控制模块连接。
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