CN103036822A - 超声成像系统数据传输装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种超声成像系统数据传输装置，其设置于超声成像系统的主机和计算机之间。所述超声成像系统数据传输装置包括可编程逻辑器件、第一光模块、第二光模块及用于光纤通信的PCI传输卡，所述可编程逻辑器件和所述第一光模块设置于所述超声成像系统的主机上且相连接，所述第二光模块和所述PCI传输卡设置于所述计算机，所述PCI传输卡以所述第二光模块作为光纤接口，所述第一光模块和所述第二光模块通过光纤串行连接。所述超声成像系统数据传输装置可有效地屏蔽医用设备应用环境中的电磁干扰，并获得稳定且较快的传输速率。本发明另外提供一种超声成像系统数据传输方法。

Description

超声成像系统数据传输装置及方法

技术领域

本发明涉及超声成像系统，尤其涉及一种超声成像系统数据传输装置及方法。

背景技术

超声（Ultrasound，US）在医学上的应用已有80多年的历史，医用超声成像系统以其无创、无电离辐射、实时动态和快速等诸多优点成为临床诊断中不可缺少的常规检查。上世纪70年代后期，微型计算机在超声诊断扫描仪器中得到应用，如探头扫描、图像数字扫描变换、图像数字扫描处理、仪器操作的程序控制以及显示等，为医学超声成像技术的发展带来巨大飞跃。现有大多数医用超声成像系统的工作流程都是通过计算机用户端发送控制指令到前端发射电路发生超声信号，再通过前端超声检测电路采集组织中超声回波数据，并将回波数据传送到计算机进行后续数据处理、图像显示、医学图像管理等。因此，超声成像系统的主机和计算机之间存在着频繁的数据交互。超声射频数据本身具有采样频率高、数据量大、数据传输实时性要求高等特点，这就要求应用于超声射频数据的传输技术需要具有较大的带宽。

目前，超声成像系统的主机和计算机之间的数据传输方式主要有：PCI（Peripheral Component Interconnect，外围部件互连总线）、PCIE（PCIExpress，快捷外设互联标准）、USB（Universal Serial BUS，通用串行总线）、以太网（Ethernet）及无线传输等方式。但是，PCI和PCIE普通电缆连接方式无法避免电磁干扰的引入，另外由于PCIE接口标准的推行并不广泛，且其驱动程序未公开，在超声成像系统的应用较为受限。USB的理论传输速度为480Mbps，即60MB/s，但实际传输速度一般不超过30MB/s，因此限制了超声成像系统向更高帧频的方向发展；另外，USB连接使得计算机和超声成像系统前端共地，从而容易引入电磁干扰，USB3.0虽能在传输速度上能满足高帧频的传输要求，但仍然存在共地引入的电磁干扰。以太网由于传输协议的要求，会将数据进行封装，从而加重了传输的数据量负担。无线通信传输，在传输距离和速度上有极大限制，同时易受电磁干扰，而使系统数据传输可靠性下降。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种超声成像系统数据传输装置及方法。

一种超声成像系统数据传输装置，其设置于超声成像系统的主机和计算机之间。所述超声成像系统数据传输装置包括可编程逻辑器件、第一光模块、第二光模块及用于光纤通信的PCI传输卡，所述可编程逻辑器件和所述第一光模块设置于所述超声成像系统的主机上且相连接，所述第二光模块和所述PCI传输卡设置于所述计算机，所述PCI传输卡以所述第二光模块作为光纤接口，所述第一光模块和所述第二光模块通过光纤串行连接。

本发明一较佳实施方式中，所述可编程逻辑器件通过低电压伪发射极耦合逻辑信号或低压差分信号传输信号和所述第一光模块连接。

本发明一较佳实施方式中，所述第一光模块和所述第二光模块均为1*9、1.25gbps、双向传输单纤光收发模块。

本发明一较佳实施方式中，所述可编程逻辑器件集成有数据编码译码器和串并转换模块，所述数据编码译码和所述串并转换模块双向通信连接。

本发明一较佳实施方式中，所述PCI传输卡进一步包括现场可编程门阵列芯片，所述现场可编程门阵列芯片集成有数据编码译码器、串并转换模块和PCI控制器；所述数据编码译码器和所述串并转换模块双向通信连接，所述信号串并转换模块和所述PCI控制器双向通信连接。

本发明一较佳实施方式中，所述现场可编程门阵列芯片直接通过其串行输出/输入接口和所述第二光模块耦合连接。

本发明一较佳实施方式中，所述现场可编程门阵列芯片通过低电压伪发射极耦合逻辑信号或低压差分信号传输信号和所述第二光模块连接。

本发明一较佳实施方式中，所述可编程逻辑器件为现场可编程门阵列芯片或复杂可编程逻辑器件。

本发明另外提供一种超声成像系统数据传输方法，其包括以下步骤：

超声成像系统的主机通过可编程逻辑器件采集超声并行数据；

所述可编程逻辑器件对所述超声并行数据进行并串转换和编码处理，形成适用于光纤传输的串行数字信号；

所述可编程逻辑器件以低电压伪发射极耦合逻辑信号或低压差分信号传输信号将所述串行数字信号传输到第一光模块；

所述第一光模块对所述串行数字信号进行电光转换形成光信号；

所述光信号经光纤传导至计算机中的第二光模块；

所述第二光模块将所述光信号进行光电转换形成电信号，并以低电压伪发射极耦合逻辑信号或低压差分信号传输信号传导至现场可编程门阵列芯片进行解码和串并转换处理，形成并行数据；及

所述并行数据通过所述现场可编程门阵列芯片拓展出的PCI接口和所述计算机的PCI总线传输至所述计算机的内存内。

本发明一较佳实施方式中，所述现场可编程门阵列芯片拓展出的PCI接口和所述计算机的PCI总线相连接。

相较于现有技术，本发明提供的超声成像系统数据传输装置及所述超声成像系统数据传输方法具有以下优点：其一、采用光纤实现所述超声成像系统的主机和所述计算机之间的数据通信，可以有效地屏蔽医用设备应用环境中的电磁干扰。其二、所述可编程逻辑器件和所述芯片的LVDS/LVPECL串行信号，可获得600Mbps的稳定传输速率，PCI总线速率可达到133MB/s，因此超声成像系统稳定传输速率能达到75MB/s；针对超声成像系统图像600*800像素，能满足77帧/s的传输速率。其三、由于所述光纤传输具有衰减小的优点，因此适用于长距离的信号通信。其四、所述可编程逻辑器件和所述FPGA芯片可简化所述超声成像系统的主机和所述计算机的PCI通信接口电路的设计，在保证传输带宽的同时降低了光纤通信在医学超声成像系统中的应用成本，有利于提高超声成像系统定制的开发效率，降低系统定制成本。其五、基于所述可编程逻辑器件，可灵活地根据应用需求定制光纤通讯编码方式，光模块电平接口（LVPECL或者LVDS），提高设计方案的可拓展性，扩大应用范围。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的超声成像系统数据传输装置的组成图。

图2为本发明第二实施例提供的超声成像系统数据传输方法的流程图。

图3为本发明第三实施例提供的超声成像系统数据传输装置的组成图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

请参阅图1，本发明第一实施例提供一种超声成像系统数据传输装置100，其设置于超声成像系统的主机200和计算机300之间。所述超声成像系统数据传输装置100包括第一FPGA（Field－Programmable GateArray，现场可编程门阵列）芯片10、第一光模块20、第二光模块30及用于光纤通信的PCI传输卡40。所述第一FPGA芯片10和所述第一光模块20设置于所述超声成像系统的主机200上且相连接，所述第二光模块30和所述PCI传输卡40设置于所述计算机300，所述PCI传输卡40以所述第二光模块30作为光纤接口，所述第一光模块20和所述第二光模块30通过光纤50串行连接。所述第一FPGA芯片10对所采集的超声回波射频数据进行处理，并发送至所述第一光模块20转换为光信号，然后经所述光纤50传输至所述第二光模块30转换为电信号，并由所述PCI传输卡进行处理后存储于所述计算机300的内存（图未标示）。

所述第一FPGA芯片10设置于所述超声成像系统的主机200，所述第一FPGA芯片10通过低电压伪发射极耦合逻辑信号（low-voltagepositive-referenced emitter coupled logic，LVPECL）或低压差分信号传输信号（Low-Voltage Differential Signaling，LVDS）和所述第一光模块20连接。本实施例中，所述第一FPGA芯片10集成有数据编码译码器11和信号串并转换模块13，由此，所述第一FPGA芯片10可实现数据编码译码功能和信号串并转换功能。所述数据编码译码11和所述信号串并转换模块13双向通信连接。

所述第一光模块20设置于所述超声成像系统的主机200且和所述第一FPGA芯片10相连接，本实施例中，所述第一光模块20为1*9、1.25gbps、双向传输单纤光收发模块，其将光信号通过所述光纤50发送至所述第二光模块30。

可以理解的是，所述第一FPGA芯片10和所述第一光模块20构成所述超声成像系统的主机200的收发部，其可完成的功能主要包括：1、对来自所述计算机300的用户命令进行光电转化、解码及串并转换功能；2、对所述第一FPGA芯片10采集的超声回波射频数据进行并串转换、编码、电光转化为光信号，并通过所述光纤50传送至所述计算机300。

所述第二光模块30设置于所述计算机300，其为1*9、1.25gbps、双向传输单纤光收发模块，本实施例中，所述第二光模块30接收所述第一光模块20通过所述光纤50发送的光信号。

所述PCI传输卡40设置于所述计算机300，以实现所述超声成像系统的主机200和所述计算机300之间的通信连接。所述PCI传输卡40以所述第二光模块30作为光纤接口，其通过连接所述第一光模块20和所述第二光模块30的光纤50和所述第一FPGA芯片10串行连接。本实施例中，所述PCI传输卡40包括第二FPGA芯片41，所述第二FPGA芯片41集成有数据编码译码器43、串并转换模块45和PCI控制器47，由此，所述第二FPGA芯片41可实现数据编码译码功能、信号串并转换功能和PCI控制功能。所述数据编码译码器43和所述串并转换模块45双向通信连接，所述信号串并转换模块45和所述PCI控制器47双向通信连接。

可以理解的是，所述第二FPGA芯片41通过LVPECL或LVDS和所述第二光模块30实现连接。

可以理解的是，所述第二光模块30和所述PCI传输卡40构成所述计算机300的收发部，其可完成的功能主要包括：1、接收超声回波射频数据的光信号，并进行光电转换、解码、串并转换；2、对用户命令进行并串转换、编码、电光转化并发送至所述超声成像系统的主机200；3、利用所述PCI控制器47，通过PCI总线和所述计算机300的内存（图未标示）进行通信。

可以理解的是，所述第一FPGA芯片10和所述第二FPGA芯片41均可提供多种逻辑电平接口，如LVTTL、LVCMOS、LVPECL或LVDS等，逻辑电平接口的选择可简单地通过管脚分配时对I/O标准进行设定即可。本实施例中，所述第一FPGA芯片10和所述第二FPGA芯片41分别直接通过其串行输出I/Os耦合连接于所述第一光模块20和所述第二光模块30，由此则均无需外加电平转换电路。

请参阅图2，本发明第二实施方式提供所述超声成像系统数据传输装置100的超声成像系统数据传输方法，其包括以下步骤：

S101、采集超声并行数据。

本实施例中，在高速的超声回波信号采集过程中，所述超声成像系统的主机200通过所述第一FPGA芯片10采集超声并行数据。

S103、并行数据处理。

本实施例中，所述第一FPGA芯片10通过所述信号串并转换模块13和所述数据编码译码器11先后对所述超声并行数据进行并串转换和编码处理，形成适用于所述光纤50传输的串行数字信号。

S105、串行数字信号传输。

本实施例中，所述第一FPGA芯片10以LVPECL或LVDS差分串行信号将所述串行数字信号传输至所述第一光模块20。

S107、串行数字信号处理转换。

本实施例中，所述第一光模块20对所述串行数字信号进行电光转换形成光信号，以通过所述光纤50传输至所述计算机300。

S109、光信号传输。

本实施例中，所述光信号经所述光纤50传导至所述计算机300中的所述第二光模块30。

S111、光信号处理。

本实施例中，所述第二光模块30将所述光信号进行光电转换形成电信号，并LVPECL或LVDS差分串行信号传导至所述第二FPGA芯片41，通过所述数据编码译码器43和所述串并转换模块45先后进行解码和串并转换处理，形成并行数据。

S113、并行数据传输。

本实施例中，所述并行数据通过所述第二FPGA芯片41拓展出的PCI接口和所述计算机300的PCI总线传输至所述计算机300的内存内。

可以理解的是，所述第二FPGA芯片41拓展出的PCI接口和所述计算机300的PCI总线相连接。

请参阅图3，本发明第三实施例提供一种超声成像系统数据传输装置100’，其与本发明第一实施例提供的所述超声成像系统数据传输装置100的区别在于，所述超声成像系统数据传输装置100’以第一CPLD（ComplexProgrammable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)10’替换所述第一FPGA芯片10，以第二CPLD41’替换所述第二FPGA芯片41。

相较于现有技术，所述超声成像系统数据传输装置100及所述超声成像系统数据传输方法具有以下优点：其一、采用光纤50实现所述超声成像系统的主机200和所述计算机300之间的数据通信，可以有效地屏蔽医用设备应用环境中的电磁干扰。其二、所述第一FPGA芯片10（或第一CPLD10’）和所述第二FPGA芯片41（或第二CPLD41’）的LVDS/LVPECL串行信号，可获得600Mbps的稳定传输速率，PCI总线速率可达到133MB/s，因此超声成像系统稳定传输速率能达到75MB/s；针对超声成像系统图像600*800像素，能满足77帧/s的传输速率。其三、由于所述光纤50传输具有衰减小的优点，因此适用于长距离的信号通信。其四、所述第一FPGA芯片10（或第一CPLD 10’）和所述第二FPGA芯片41（或第二CPLD41’）可简化所述超声成像系统的主机200和所述计算机300的PCI通信接口电路的设计，在保证传输带宽的同时降低了光纤通信在医学超声成像系统中的应用成本，有利于提高超声成像系统定制的开发效率，降低系统定制成本。其五、基于所述第一FPGA芯片10（或第一CPLD10’）和所述第二FPGA芯片41（或第二CPLD41’），可灵活地根据应用需求定制光纤通讯编码方式，光模块电平接口（LVPECL或者LVDS），提高设计方案的可拓展性，扩大应用范围。

以上所述，仅是本发明的实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种超声成像系统数据传输装置，其设置于超声成像系统的主机和计算机之间，其特征在于，所述超声成像系统数据传输装置包括可编程逻辑器件、第一光模块、第二光模块及用于光纤通信的PCI传输卡，所述可编程逻辑器件和所述第一光模块设置于所述超声成像系统的主机上且相连接，所述第二光模块和所述PCI传输卡设置于所述计算机，所述PCI传输卡以所述第二光模块作为光纤接口，所述第一光模块和所述第二光模块通过光纤串行连接。

2.如权利要求1所述的超声成像系统数据传输装置，其特征在于，所述可编程逻辑器件通过低电压伪发射极耦合逻辑信号或低压差分信号传输信号和所述第一光模块连接。

3.如权利要求1所述的超声成像系统数据传输装置，其特征在于，所述第一光模块和所述第二光模块均为1*9、1.25gbps、双向传输单纤光收发模块。

4.如权利要求1所述的超声成像系统数据传输装置，其特征在于，所述可编程逻辑器件集成有数据编码译码器和串并转换模块，所述数据编码译码和所述串并转换模块双向通信连接。

5.如权利要求1所述的超声成像系统数据传输装置，其特征在于，所述PCI传输卡进一步包括现场可编程门阵列芯片，所述现场可编程门阵列芯片集成有数据编码译码器、串并转换模块和PCI控制器；所述数据编码译码器和所述串并转换模块双向通信连接，所述信号串并转换模块和所述PCI控制器双向通信连接。

6.如权利要求5所述的超声成像系统数据传输装置，其特征在于，所述现场可编程门阵列芯片直接通过其串行输出/输入接口和所述第二光模块耦合连接。

7.如权利要求6所述的超声成像系统数据传输装置，其特征在于，所述现场可编程门阵列芯片通过低电压伪发射极耦合逻辑信号或低压差分信号传输信号和所述第二光模块连接。

8.如权利要求1所述的超声成像系统数据传输装置，其特征在于，所述可编程逻辑器件为现场可编程门阵列芯片或复杂可编程逻辑器件。

9.一种超声成像系统数据传输方法，其特征在于，所述超声成像系统数据传输方法包括以下步骤：

超声成像系统的主机通过可编程逻辑器件采集超声并行数据；

所述可编程逻辑器件对所述超声并行数据进行并串转换和编码处理，形成适用于光纤传输的串行数字信号；

所述可编程逻辑器件以低电压伪发射极耦合逻辑信号或低压差分信号传输信号将所述串行数字信号传输到第一光模块；

所述第一光模块对所述串行数字信号进行电光转换形成光信号；

所述光信号经光纤传导至计算机中的第二光模块；

所述第二光模块对所述光信号进行光电转换形成电信号，并以低电压伪发射极耦合逻辑信号或低压差分信号传输信号传导至现场可编程门阵列芯片进行解码和串并转换处理，形成并行数据；

所述并行数据通过所述现场可编程门阵列芯片拓展出的PCI接口和所述计算机的PCI总线传输至所述计算机的内存内。

10.如权利要求9所述的超声成像系统数据传输方法，其特征在于，所述现场可编程门阵列芯片拓展出的PCI接口和所述计算机的PCI总线相连接。

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