CN104958082B - 一种超声设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超声设备及其异常检测及恢复方法，所述超声设备包括探头、分别与探头连接的输入电路和输出电路，两个互连的数字信号处理器DSP，每个DSP均分别连接显示控制设备、输入电路和输出电路，该方法包括：其中任一DSP周期性向另一个DSP发送探测信号，且收到另一个DSP发送的探测信号时进行回复；该DSP确定连续多次未收到另一个DSP回复的信号时，向另一个DSP发送复位信号；该DSP发送复位信号后继续发送探测信号，之后设定时间内仍未收到另一个DSP回复的信号时，确定检测到另一个DSP出现异常。本发明提高了超声设备的硬件系统可靠性和稳定性。

Description

一种超声设备

本申请是2013年12月19日提出的发明名称为“一种超声设备及其异常检测及恢复方法”的中国发明专利申请201310705132.X的分案申请。

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种超声设备及其异常检测及恢复方法。

背景技术

医疗电子设备是以现代电子技术、半导体技术等为基础，同时将医学机械、生物医学，新材料等多学科应用于医疗研究临床诊断，治疗、深化分析，分析保健、康复等领域的设备。

超声诊断仪是利用超声波在人体中的传播来得到人体相关组织或器官的结构信息。目前超声诊断仪采用一个或多个阵元探头。探头受到高压脉冲产生超声波，超声波聚焦发射进入人体，接收从人体组织散射和反射的回波。回波中的信息通过超声诊断系统的信号处理模块提取，从而形成成像的各条扫描线数据。扫描线数据经尽可能小的失真转换处理后以相应的模式显示，从而得到组织器官图像。医生检查病人时，病人的组织器官图像实时显示在液晶显示器（LCD，Liquid Crystal Display）上。

超声诊断仪如彩超设备为医疗电子产品的重要组成部分，如图1所示为传统的彩超设备的硬件电路，硬件电路分为输入通路和输出通路。

输入通路中：多路双向探头将采集的超声波模拟信号输入到信号处理模块，进行放大和模数A/D转换等处理，形成成像的各条扫描线数据。处理后得到的数据输入到FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）中，FPGA将接收的全部数据存储到外接的DDR存储器中。当DSP向FPGA取数据时，FPGA按一定逻辑算法从DDR中取出有用数据并存储到FPGA内部RAM中，然后发送到DSP（Digital Signal Processor，数字信号处理器），其中有用数据为一幅完整的图像数据。DSP将FPGA输入的有用数据进行进一步数字信号处理，针对彩超设备，主要是进行图像还原和优化等工作，完成这些工作后，DSP将最后得到的图像传输到PC进行显示。

输出通路中：DSP从PC接收控制信号，输出控制信号传输到FPGA，FPGA根据控制信号，通过控制振子控制模块来控制探头振子，如控制探头振子的发射延时等，达到良好的信号聚焦效果，从而控制图像成像效果。

DSP包含DSP核和ARM核，DSP核实现图像成像和优化等功能，ARM核实现图像传输和同PC通讯等功能。

医疗电子产品不同于生活消费电子产品，其可靠性和稳定性必须得以保证，保证能够在不同环境下连续正常工作，而硬件电路系统的可靠性和稳定性是提高医疗电子产品的可靠性和稳定性的根本和关键。

但目前超声诊断仪采用单片DSP，DSP起到输入和输出数据作用，实现数据接收与发送操作，单片DSP主要存在以下问题：

1）彩超图像数据量大，图像数据接收与发送由同一片DSP完成，此外DSP还需完成同PC通讯、解析PC发送的命令的任务，因此单片DSP的操作任务量大，导致系统性能降低；

2）只有一片主控芯片DSP，一旦系统跑飞或死机，只能人工重启系统，不能实施监控系统，可能引发医疗事故；即时人工重启也可能不起作用，可能引发医疗事故。

发明内容

本发明提高一种超声设备及其异常检测及恢复方法，提高了超声设备的硬件系统可靠性和稳定性。

本发明提供一种超声设备异常检测及恢复方法，所述超声设备包括探头、分别与探头连接的输入电路和输出电路，两个互连的数字信号处理器DSP，每个DSP均分别连接显示控制设备、输入电路和输出电路，该方法包括：

其中任一DSP周期性向另一个DSP发送探测信号，且收到另一个DSP发送的探测信号时进行回复；

该DSP确定连续N次未收到另一个DSP回复的信号时，向另一个DSP发送复位信号，N为大于1的整数；

该DSP发送复位信号后继续发送探测信号，之后设定时间内仍未收到另一个DSP回复的信号时，确定检测到另一个DSP出现异常。

优选地，该DSP确定检测到另一个DSP出现异常时，进一步包括：

从超声设备的输入电路接收图像数据进行图像还原和优化，将得到的图像输出到显示控制设备显示；

接收显示控制设备输出的DSP命令和探头控制命令，执行所述DSP命令并将所述探头控制命令发送到超声设备的输出电路。

优选地，该DSP未检测到另一个DSP出现异常时，进一步包括：

根据配置接收显示控制设备输出的DSP命令和探头控制命令，将探头控制命令发到超声设备的输出电路，将DSP命令发到另一个DSP；

另一个DSP收到DSP命令时执行该DSP命令，根据配置从超声设备的输入电路接收图像数据进行图像还原和优化，将得到的图像输出到显示控制设备显示。

优选地，所述探测信号为设定特殊命令字符，所述回复的信号为相应的设定特殊命令字符。

本发明实施例还提供一种超声设备，包括探头、分别与探头连接的输入电路和输出电路，还包括：

两个互连的数字信号处理器DSP，每个DSP均分别连接显示控制设备、输入电路和输出电路，其中任一个DSP周期性向另一个DSP发送探测信号，且收到另一个DSP发送的探测信号时进行回复；该DSP确定连续N次未收到另一个DSP回复的信号时，向另一个DSP发送复位信号，N为大于1的整数；该DSP发送复位信号后继续发送探测信号，之后设定时间内仍未收到另一个DSP回复的信号时，确定检测到另一个DSP出现异常。

优选地，对于其中任一DSP，检测到另一个DSP出现异常时，从输入电路接收图像数据进行图像还原和优化，将得到的图像输出到显示控制设备显示，接收显示控制设备输出的DSP命令和探头控制命令，执行所述DSP命令并将所述探头控制命令发送到输出电路。

优选地，任一DSP未检测到另一个DSP出现异常时，其中一个DSP根据配置接收显示控制设备输出的DSP命令和探头控制命令，将探头控制命令发到输出电路，将DSP命令发到另一个DSP，另一个DSP收到DSP命令时执行该DSP命令，根据配置从输入电路接收图像数据进行图像还原和优化，将得到的图像输出到显示控制设备显示。

优选地，所述两个DSP通过两个串口连接，通过串口周期性发送探测信号和回复探测信号；

对于任一DSP，通过复位管脚连接到另一DSP的信号管脚，通过信号管脚向另一个DSP的复位管脚发送复位信号。

当然，还可以通过其他接口或管脚实现探测功能，由于在初次判断出异常时首先对出现故障的DSP进行复位，可以实现双DSP电路中两片DSP通过相互监督机制，实现了异常工作情况自动处理机制，使系统能够始终处于正常工作状态，提高了系统安全等级和硬件系统可靠性，降低了医疗事故风险。

优选地，所述串口可以但不限于为通用非同步收发传输器UART接口；

所述信号管脚可以但不限于为通用输入输出GPIO管脚。

优选地，所述超声设备为彩超设备，当然，还可以是其它类超声诊断设备。

优选地，所述输入电路包括信号处理模块和可编程逻辑器件FPGA2，所述信号处理模块与探头连接，所述FPGA2与每个DSP连接，信号处理模块从探头接收回波，并进行信号处理形成成像的各条扫描线数据输出到FPGA2，FPGA2对所述成像的各条扫描线数据处理得到一幅完整图像的图像数据输出到每个DSP；

所述输出电路包括振子控制模块和FPGA1，所述FPGA1与每个DSP连接，振子控制模块与探头连接，所述FPGA1从其中一个DSP接收探头控制命令，根据探头控制命令通过振子控制模块控制探头。

优选地，每个DSP包括用于图像还原和优化处理的DSP核和用于与显示控制设备通信的ARM核。

利用本发明提供超声设备及其异常检测及恢复方法，具有以下有益效果：

1）在初次判断对方故障后发送复位信号使对方复位重启，可以实现两片DSP相互监督，一方能够复位处于异常工作状态的另一方，复位不成功时实现另一方的输入/输出功能，实现了异常工作情况自动处理机制，使系统能够始终处于正常工作状态，提高了系统安全等级和硬件系统可靠性，降低了医疗事故风险；

2）双DSP电路实现了数据接收与发送分流操作，解决了系统数据操作任务量大、系统性能降低的缺点，提高了硬件电路系统的稳定性，降低了医疗事故风险；

3）双DSP电路中每片DSP都与输入电路和输出电路连接，实现了单片DSP即可完成数据接收与发送功能，提高了系统的完整性和可扩展性；

附图说明

图1为现有的超声设备结构示意图；

图2为本发明实施例超声设备示意图；

图3为本发明实施例中两个DSP连接示意图；

图4为本发明实施例基于超声设备的数据传输方法流程图；

图5为本发明实施例两个DSP工作状态转换示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明提供的超声设备及其异常检测及恢复方法进行更详细地说明。

本发明提供一种超声设备，如图2所示，包括探头、分别与探头连接的输入电路和输出电路，所述探头产生超声波并接收回波输出到输入电路，所述输入电路对所述回波信号进行信号处理，得到一幅完整图像的图像数据输出，所述输出电路根据接收到的探头控制命令对探头进行控制，该超声设备还包括： 相互连接的两个数字信号处理器DSP，每个DSP均分别连接显示控制设备、输入电路和输出电路，其中任一个DSP周期性向另一个DSP发送探测信号，且收到另一个DSP发送的探测信号时进行回复；该DSP确定连续N次未收到另一个DSP回复的信号时，向另一个DSP发送复位信号，N为大于1的整数；该DSP发送复位信号后继续发送探测信号，之后设定时间内仍未收到另一个DSP回复的信号时，确定检测到另一个DSP出现异常。

本发明实施例通过在初次判断对方故障后发送复位信号使对方复位重启，可以实现两片DSP相互监督，一方能够复位处于异常工作状态的另一方，复位不成功时实现另一方的输入/输出功能，实现了异常工作情况自动处理机制，使系统能够始终处于正常工作状态，提高了系统安全等级和硬件系统可靠性，降低了医疗事故风险。

优选地，对于其中任一DSP，检测到另一个DSP出现异常时，从输入电路接收图像数据进行图像还原和优化，将得到的图像输出到显示控制设备显示，接收显示控制设备输出的DSP命令和探头控制命令，执行所述DSP命令并将所述探头控制命令发送到输出电路。

优选地，任一DSP未检测到另一个DSP出现异常时，其中一个DSP根据配置接收显示控制设备输出的DSP命令和探头控制命令，将探头控制命令发到输出电路，将DSP命令发到另一个DSP，另一个DSP收到DSP命令时执行该DSP命令，根据配置从输入电路接收图像数据进行图像还原和优化，将得到的图像输出到显示控制设备显示。

本发明实施例设计了双DSP控制系统，包括两片DSP，每片DSP由于都与输入电路和输出电路连接，即都可输入和输出数据，每片DSP均可实现系统完整功能，实现了单片DSP即可完成数据接收与发送功能，提高了系统的完整性和可扩展性；正常工作情况下两片DSP根据预配置，分别起到输入和输出数据作用，实现了数据接收与发送分流操作，解决了系统数据操作任务量大、系统性能降低的缺点，降低了系统的任务量，提高了硬件电路系统的稳定性，降低了医疗事故风险。

两个DSP相互连接发送探测信号检测对方是否异常，可以采用各种确定方式，优选地，本发明实施例两个各DSP通过如下方式连接，并确定对方是否出现异常：

所述两个DSP通过两个串口连接，通过串口周期性发送探测信号和回复探测信号；

对于任一DSP，通过复位管脚连接到另一DSP的信号管脚，通过信号管脚向另一个DSP的复位管脚发送复位信号。

优选地，如图3所示，所述串口可以但不想为通用非同步收发传输器UART接口；所述信号管脚为通用输入输出GPIO管脚，每个DSP的GPIO管脚连接另一DSP的复位RESET管脚，通过GPIO管脚发送复位信号，通过复位RESET管脚接收复位信号并复位。

输入电路与输出电路可以采用现有电路结构，显示输出设备通常为带有显示器的PC。

如图2所示，本发明实施例中输入电路包括信号处理模块和可编程逻辑器件FPGA2，所述信号处理模块与探头连接，所述FPGA2与每个DSP连接，多路双向探头将采集的回波（超声波模拟信号）输入到信号处理模块，信号处理模块从探头接收回波，进行放大和模数A/D转换等处理，形成成像的各条扫描线数据输出到FPGA2，FPGA2对所述成像的各条扫描线数据处理得到一幅完整图像的图像数据输出到每个DSP，具体地，FPGA2将接收的全部数据存储到外接的DDR存储器中。当每个DSP向FPGA2取数据时，FPGA按一定逻辑算法从DDR中取出有用数据并存储到FPGA内部RAM中，然后发送到每个DSP，其中有用数据为一幅完整的图像数据。

需要说明的是，对于输入通路，虽然每个DSP均从FPGA2接收成像的各条扫描线数据，对于一个DSP出现故障的情况，由另一DSP对从FGPA1接收的成像的各条扫描线数据进行图形处理，在DSP均未出现故障的情况，其中一个DSP根据对从FGPA2接收的成像的各条扫描线数据进行图形处理，另一个DSP根据配置会屏蔽到从FGPA2接收的成像的各条扫描线数据。

如图2所示，本发明实施例输出电路包括振子控制模块和FPGA1，所述FPGA1与每个DSP连接，振子控制模块与探头连接，所述FPGA1从其中一个DSP接收探头控制命令，根据探头控制命令通过振子控制模块控制探头。

本发明实施例对于输出通路，虽然每个DSP均分别与显示控制设备和FPGA1连接，每个DSP会从显示控制设备接收DSP命令和探头控制命令，对于其中一个DSP出现故障的情况，未出现故障的DSP执行接收DSP命令并将所述探头控制命令发送到FPGA1，对于两个DSP均未出现故障的情况，其中一个DSP根据配置接收显示控制设备输出的DSP命令和探头控制命令，将探头控制命令发送到输出电路，将DSP命令发送到另一个DSP，另一个DSP收到DSP命令时执行所述DSP命令，而另一个DSP根据配置屏蔽掉从显示控制设备接收的探头控制命令和DSP命令。

执行DSP命令，通常但不限于为根据接收到DSP命令调整图像还原和优化的方式等。

优选地，如图3所示，每个DSP包括用于图像还原和优化处理的DSP核和用于与显示控制设备通信的ARM核。两个DSP可以采用同一型号的DSP芯片，具有相同的处理能力。当然，两个DSP芯片也可以是不类型号具有不同处理能力的芯片。

本发明实施例中所述超声设备为彩超设备，还可以是其它类型的超声设备。

基于上述结构的超声设备，本发明实施例提供一种超声设备异常检测及恢复方法，如图4所示，包括：

步骤401，任一DSP周期性向另一个DSP发送探测信号，且收到另一个DSP发送的探测信号时进行回复；

步骤402，该DSP确定连续N次未收到另一个DSP回复的信号时，向另一个DSP发送复位信号，N为大于1的整数；

步骤403，该DSP发送复位信号后继续发送探测信号，之后设定时间内仍未收到另一个DSP回复的信号时，确定检测到另一个DSP出现异常

本发明实施例通过在初次判断对方故障后发送复位信号使对方复位重启，可以实现两片DSP相互监督，一方能够复位处于异常工作状态的另一方，复位不成功时实现另一方的输入/输出功能，实现了异常工作情况自动处理机制，使系统能够始终处于正常工作状态，提高了系统安全等级和硬件系统可靠性，降低了医疗事故风险。

优选地，该DSP确定检测到另一个DSP出现异常时，进一步包括：

从超声设备的输入电路接收图像数据进行图像还原和优化，将得到的图像输出到显示控制设备显示；

接收显示控制设备输出的DSP命令和探头控制命令，执行所述DSP命令并将所述探头控制命令发送到超声设备的输出电路。

该DSP未检测到另一个DSP出现异常时，进一步包括：

根据配置接收显示控制设备输出的DSP命令和探头控制命令，将探头控制命令发到超声设备的输出电路，将DSP命令发到另一个DSP；

另一个DSP收到DSP命令时执行该DSP命令，根据配置从超声设备的输入电路接收图像数据进行图像还原和优化，将得到的图像输出到显示控制设备显示。

优选地，所述探测信号为设定特殊命令字符，所述回复的信号为相应的设定特殊命令字符。

下面给出本发明超声设备的详细实施例。

如图2所示，本发明实施例在现有超声设备的基础上增加了一片DSP，其中DSP1和DSP2为同一款芯片，均包含DSP核和ARM核。DSP1和DSP2都与FPGA1和FPGA2连接，都可实现图1中DSP的接收与发送功能，DSP1和DSP2都通过USB接口同PC通讯。如图3所示，DSP1和DSP2间通过各自ARM核的UART接口互连，相互监视对方的工作状态。DSP1和DSP2间通过UART发送特定的信息，若规定时间内重复发送多次的信息，对方无回复，则认为对方可能处于异常工作情况。DSP1和DSP2各自的复位引脚同对方的GPIO连接。如图5所示（以DSP1可能出现异常为例），

（一）正常工作情况下，DSP1和DSP2的分工如下：

DSP1根据配置作为主控制器同PC通讯，将解析的DSP命令发送到DSP2上，将解析的探头控制命令发送到FPGA1。

DSP2根据配置屏蔽从PC接收的DSP命令和探头控制命令，从DSP1接收DSP命令并执行，从FPGA2接收图像数据进行图像还原和优化，将得到的图像输出到PC显示。

DSP1根据配置从FPGA2接收的图像数据。

（二）异常工作情况时，DSP1和DSP2的工作如下：

1）如果一方发现对方不能正常回复信息，则说明对方处于异常工作状态。在连续多次均不能正常通讯的情况下，可以认为对方处于死机状态，复位对方，进入正常工作状态；

2）若一方复位处于异常工作状态的另一方后，对方仍不能正常工作或不能工作，则认为对方已毁坏，正常工作的DSP将担负输入和输出功能，并通过USB传输图像数据和同PC通讯。

DSP1和DSP2都包含DSP核和ARM核。DSP1的UART接收口RX管脚连接DSP2的UART发送口TX管脚，DSP1的UART发送口TX管脚连接DSP2的UART接收口RX管脚，实现通过串口通讯的功能。DSP1的GPIO和RESET管脚分别连接DSP2的RESET和GPIO管脚。

串口互连实现的作用如下：

DSP1同DSP2通信，传输PC发送的探头控制命令和DSP内部命令。

DSP1和DSP2互相监督对方工作状态，通过一方发送特殊命令字符，对方回复相应的特殊命令字符的方式实现监督机制。如DSP1定时发送一段命令@AA55，DSP2收到命令后回复@55AA，如果DSP1没收到DSP2回复的数据，则DSP1重发此命令，连续3次无回复则说明DSP2处于异常工作状态，则DSP1的GPIO管脚输出低电平，复位DSP2。同理，DSP2以相同机制监督DSP1工作状态。

可见，本发明实施例双DSP电路实现数据接收与发送分流操作，在正常工作状态下，双DSP电路实现了数据接收与发送分流操作，解决了系统数据操作任务量大、系统性能降低的缺点，提高了硬件电路系统的稳定性，降低了医疗事故风险。

双DSP电路中每片DSP都与输入控制FPGA和输出控制FPGA连接，实现了单片DSP即可完成数据接收与发送功能，提高了系统的完整性和可扩展性。双DSP电路中两片DSP通过相互监督机制，实现了异常工作情况自动处理机制，使系统能够始终处于正常工作状态，提高了系统安全等级和硬件系统可靠性，降低了医疗事故风险。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种超声设备，包括探头、分别与探头连接的输入电路和输出电路，其特征在于，还包括：

两个数字信号处理器DSP，每个DSP均分别连接显示控制设备、所述输入电路和输出电路；

所述输入电路包括信号处理模块和可编程逻辑器件FPGA2，所述信号处理模块与探头连接，所述FPGA2与每个DSP连接，信号处理模块从探头接收回波，并进行信号处理形成成像的各条扫描线数据输出到FPGA2，FPGA2对所述成像的各条扫描线数据处理得到一幅完整图像的图像数据输出到每个DSP；

所述输出电路包括振子控制模块和FPGA1，所述FPGA1与每个DSP连接，振子控制模块与探头连接，所述FPGA1从其中一个DSP接收探头控制命令，根据探头控制命令通过振子控制模块控制探头；

所述两个DSP通过串口互连，并通过所述串口向对方发送探测信号和接收对方的回复信号以检测对方是否出现异常；

以及，对于任一DSP，还包括复位管脚，所述任一DSP的复位管脚连接到另一DSP的通用输入输出GPIO管脚。

2.如权利要求1所述的超声设备，其特征在于，任一DSP通过所述串口周期性向另一个DSP发送探测信号，并接受另一个DSP发送的回复信号。

3.如权利要求1或2所述的超声设备，其特征在于，当一个DSP确定连续N次未收到另一个DSP回复的信号时，由该DSP通过通用输入输出GPIO管脚向另一个DSP的复位管脚发送复位信号。

4.如权利要求3所述的超声设备，其特征在于，其中一个DSP发送复位信号后继续发送探测信号，之后设定时间内仍未收到另一个DSP回复的信号时，确定检测到另一个DSP出现异常。

5.如权利要求1或4所述的超声设备，其特征在于，

对于其中任一DSP，检测到另一个DSP出现异常时，

该DSP从所述输入电路接收图像数据进行图像还原和优化，将得到的图像输出到所述显示控制设备显示；

接收所述显示控制设备输出的DSP命令和探头控制命令，执行所述DSP命令并将所述探头控制命令发送到输出电路。

6.如权利要求1或4所述的超声设备，其特征在于，对于其中任一DSP未检测到另一个DSP出现异常时，

其中一个DSP从所述显示控制设备接收DSP命令和探头控制命令，将所述探头控制命令发送到所述输出电路，以及，将所述DSP命令发送到另一个DSP；

所述另一个DSP收到所述DSP命令时执行所述DSP命令，且根据配置屏蔽掉从所述显示控制设备接收的所述探头控制命令和DSP命令。

7.如权利要求1所述的超声设备，其特征在于，每个DSP包括用于图像还原和优化处理的DSP核和用于与显示控制设备通信的ARM核。

8.如权利要求6所述的超声设备，其特征在于，

所述串口还用于当任一DSP未检测到另一个DSP出现异常时，由其中一个DSP向另一个DSP传输探头控制命令和DSP命令。

9.如权利要求6所述的超声设备，其特征在于，所述另一个DSP收到所述DSP命令时执行所述DSP命令 至少具体包括：所述另一个DSP根据所述DSP命令从所述输入电路接收图像数据进行图像还原和优化，将得到的图像输出到所述显示控制设备显示。

10.如权利要求1所述的超声设备，其特征在于，所述探测信号为设定特殊命令字符，所述回复信号为相应的设定特殊命令字符。