專利名稱：超聲診斷成像系統(tǒng)及其電影回放的實(shí)現(xiàn)方法
超聲診斷成像系統(tǒng)及其電影回放的實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，特別涉及超聲診斷設(shè)備中圖像數(shù) 據(jù)傳輸與重現(xiàn)的系統(tǒng)、方法。背景技術(shù)：
在醫(yī)學(xué)影像診斷領(lǐng)域中，超聲診斷設(shè)備以其相對(duì)廉價(jià)和基本無(wú)創(chuàng)的特 性得到最廣泛的應(yīng)用。電影回放是超聲診斷設(shè)備必不可少的功能，是超聲 診斷的重要手段。電影回放的功能是指實(shí)時(shí)掃描時(shí)得到圖像數(shù)據(jù)同時(shí)被 存入存儲(chǔ)器中，用戶在凍結(jié)狀態(tài)下可以把存儲(chǔ)器中的圖像數(shù)據(jù)以速度可控 的方式重現(xiàn)在顯示設(shè)備上。這種回放的方式對(duì)于醫(yī)生診斷疾病的幫助是顯 而易見(jiàn)的。電影回放在超聲診斷系統(tǒng)中的位置如圖l所示。
現(xiàn)有的超聲診斷設(shè)備可分為兩種工作狀態(tài)實(shí)時(shí)掃描狀態(tài)和凍結(jié)狀態(tài)。 實(shí)時(shí)掃描狀態(tài)下，掃描并顯示實(shí)時(shí)圖像，同時(shí)實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)被保存在電影 回放存儲(chǔ)器當(dāng)中。凍結(jié)狀態(tài)下，掃描停止，如果沒(méi)有啟動(dòng)電影回放，則顯 示最后一幀的圖像；如果啟動(dòng)電影回放，則從電影回放存儲(chǔ)器中取出之前 存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù)，回放實(shí)時(shí)狀態(tài)下產(chǎn)生的圖像。由于電影回放需要存儲(chǔ)較 多幀的數(shù)據(jù)，需要使用動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器DRAM (Dynamic Random Access Memory)才能滿足其容量的要求，目前主要使用SDRAM (Synchronous D醒)。
電影回放的控制目前多采用硬件實(shí)現(xiàn)。硬件實(shí)現(xiàn)電影回放的設(shè)計(jì)中， 對(duì)電影回放的控制和數(shù)據(jù)傳輸均由硬件邏輯實(shí)現(xiàn)，例如公開(kāi)號(hào)CN1609882 中國(guó)專利申請(qǐng)所述。軟件把當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)、掃描模式和用戶界面的輸入寫(xiě) 入寄存器，硬件邏輯根據(jù)寄存器信息計(jì)算出相應(yīng)模式的幀號(hào)和掃描線號(hào)， 然后計(jì)算出電影回放存儲(chǔ)器的讀或?qū)懙刂泛蛯ぶ烽L(zhǎng)度；用作電影回放存儲(chǔ) 器的DRAM直接掛在可編程邏輯陣列FPGA (Field Programmable Logic Array)上，F(xiàn)PGA通過(guò)對(duì)DRAM的讀或?qū)懲瓿呻娪盎胤艛?shù)據(jù)的雙向傳輸。如圖
2所示。這種方法不僅需要硬件實(shí)現(xiàn)電影回放控制邏輯，而且還需要實(shí)現(xiàn)一 個(gè)DRAM控制器。因此上述兩種功能的實(shí)現(xiàn)需要較多的邏輯資源開(kāi)銷，并且 DRAM掛在FPGA上要消耗較多的管腳資源；另一方面，電影回放的控制邏 輯比較復(fù)雜，DRAM控制器的設(shè)計(jì)也有一定的難度，所以這種設(shè)計(jì)會(huì)增加設(shè) 計(jì)和調(diào)試的難度，延長(zhǎng)開(kāi)發(fā)的時(shí)間。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的主要在于提供一種超聲診斷成像系統(tǒng)及其電影回放的 實(shí)現(xiàn)方法，其資源配置更優(yōu)化、成本低、效率高。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種超聲診斷成像系統(tǒng)，包括內(nèi)建
DRAM/SDRAM控制器的微處理器、可編程邏輯電路、電影回放存儲(chǔ)器，所述
可編程邏輯電路與所述微處理器連接；所述電影回放存儲(chǔ)器直接掛接于所 述微處理器內(nèi)建的DRAM/SDRAM控制器;所述微處理器固化有電影回放控制 模塊，在掃描中斷期間，所述電影回放控制模塊控制電影回放數(shù)據(jù)的雙向 傳輸。
上述的系統(tǒng)，所述微處理器內(nèi)建DMA控制器，所述電影回放數(shù)據(jù)的雙 向傳輸采用DMA方式。
同時(shí)，本發(fā)明提出了一種超聲診斷成像系統(tǒng)中電影回放的實(shí)現(xiàn)方法， 該超聲診斷成像系統(tǒng)包括內(nèi)建DRAM/SDRAM控制器的微處理器、可編程邏輯 電路、電影回放存儲(chǔ)器，所述可編程邏輯電路與所述微處理器連接；電影 回放存儲(chǔ)器直接掛接于微處理器內(nèi)建的DRAM/SDRAM控制器，電影回放控制 模塊固化于該微處理器內(nèi)；在掃描中斷期間，由該電影回放控制模塊控制 電影回放數(shù)據(jù)的雙向傳輸。
上述的方法，所述電影回放數(shù)據(jù)的雙向傳輸采用DMA方式。
上述的方法，如果系統(tǒng)處于實(shí)時(shí)掃描狀態(tài)，每次掃描中斷時(shí)所述電影 回放控制模塊都從可編程邏輯電路讀出線數(shù)據(jù)傳送給電影回放存儲(chǔ)器；如 果系統(tǒng)處于電影回放狀態(tài)，每次掃描中斷時(shí)所述電影回放控制模塊都從電 影回放存儲(chǔ)器讀出線數(shù)據(jù)傳送給可編程邏輯電路。
上述的方法，在電影回放狀態(tài)，微處理器先寫(xiě)一個(gè)控制寄存器通知可 編程邏輯電路即將進(jìn)行DMA傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的線號(hào)、屬性、以及要寫(xiě)入可編程
邏輯電路的緩沖區(qū)地址指示；然后啟動(dòng)DMA傳輸；電影回放控制模塊從電 影回放存儲(chǔ)器讀取線數(shù)據(jù)寫(xiě)入可編程邏輯電路；可編程邏輯電路將該數(shù)據(jù) 進(jìn)行掃描變換并送入顯示器進(jìn)行顯示。微處理器在DMA傳輸期間計(jì)算下一 次掃描中斷需要DMA傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的線號(hào)、屬性以及要寫(xiě)入可編程邏輯電路 的緩沖區(qū)地址指示，計(jì)算好下一次DMA的源地址和目的地址；期間微處理 器一直監(jiān)測(cè)DMA結(jié)束標(biāo)志位，如果DMA傳輸結(jié)束，則清掃描中斷，結(jié)束掃 描中斷。
上述的方法，在實(shí)時(shí)掃描狀態(tài)，微處理器先讀一個(gè)控制寄存器獲取下 一次掃描中斷要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的線號(hào)、屬性、以及要讀取的可編程邏輯電路 緩沖區(qū)地址指示該寄存器的值，由硬件邏輯適時(shí)更新；然后啟動(dòng)DMA傳輸， 從可編程邏輯電路讀取線數(shù)據(jù)寫(xiě)入電影回放存儲(chǔ)器。微處理器在DMA傳輸 期間根據(jù)從可編程邏輯電路讀取的寄存器值，計(jì)算下一次DMA傳輸?shù)脑吹?址和目的地址；期間微處理器一直監(jiān)測(cè)DMA結(jié)束標(biāo)志位，如果DMA結(jié)束， 則清掃描中斷，結(jié)束掃描中斷。
由于采用了以上的方案，本發(fā)明通過(guò)軟件在掃描中斷里執(zhí)行電影回放 數(shù)據(jù)傳輸和控制，軟件的開(kāi)銷雖然有所增加，但是電影回放期間，軟件基 本上處于"閑時(shí)"狀態(tài)，而且采用DMA方式傳輸數(shù)據(jù)，減少了數(shù)據(jù)傳輸對(duì) 微處理器的工作效率的影響。軟件實(shí)現(xiàn)的電影回放合理地利用了軟件的"閑 時(shí)"和微處理器集成的外設(shè)，優(yōu)化了軟件和硬件的功能劃分； 一方面減少 了硬件邏輯的開(kāi)銷；另一方面降低了設(shè)計(jì)的難度，加快了開(kāi)發(fā)時(shí)間，提高 了設(shè)計(jì)的可靠性。并且軟件實(shí)現(xiàn)的控制具有更大的靈活性，方便進(jìn)行功能 擴(kuò)展，可以使電影回放功能變得更加豐富，而不用增加很多的開(kāi)銷，無(wú)須 額外投入硬件成本。
本發(fā)明利用了微處理器集成的DRAM/SDRAM接口，邏輯資源的開(kāi)銷被節(jié) 省下來(lái)，節(jié)省了可編程邏輯電路的管腳資源，降低了設(shè)計(jì)難度，提高了設(shè) 計(jì)的可靠性；合理利用微處理器集成外設(shè)也有利于縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期和降 低成本。

圖l超聲成像系統(tǒng)框圖。
圖2現(xiàn)有技術(shù)的硬件電影回放框圖，
圖3本發(fā)明的掃描同步和掃描中斷示意圖，
圖4本發(fā)明的軟件電影回放框圖，
圖5本發(fā)明的電影回放狀態(tài)DMA傳輸示意圖，
圖6本發(fā)明的實(shí)時(shí)掃描狀態(tài)DMA傳輸示意圖，
圖7本發(fā)明的電影回放控制模塊的程序流程圖。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)具體的實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
本發(fā)明的一種超聲診斷成像系統(tǒng)，包括內(nèi)建DRAM控制器的微處理器、 可編程邏輯電路FPGA、電影回放存儲(chǔ)器，可編程邏輯電路與微處理器連接; 電影回放存儲(chǔ)器直接掛接于微處理器內(nèi)建的DRAM控制器；微處理器固化有 軟件實(shí)現(xiàn)的電影回放控制模塊。其實(shí)現(xiàn)電影回放的基本方法是在系統(tǒng)的 掃描中斷期間通過(guò)直接存儲(chǔ)器存取DMA (Direct Memory Access)方式控制
電影回放數(shù)據(jù)的雙向傳輸。
B型超聲圖像由亮度表示聲阻抗信息的二維圖像，而超聲束每一次發(fā)射 和接收只能得到聲束方向上的一線數(shù)據(jù)，所以超聲診斷設(shè)備通過(guò)控制聲束 的周期性掃描得到二維平面上的回波數(shù)據(jù)，處理后構(gòu)成二維的B超圖像。每 一次掃描進(jìn)行一次發(fā)射和接收，稱為一個(gè)掃描周期，指示掃描周期的信號(hào) 稱為掃描同步信號(hào)，如圖3所示。每一次掃描同步信號(hào)有效以后，會(huì)觸發(fā)一 個(gè)掃描中斷，由電影回放控制模塊在掃描中斷期間寫(xiě)入掃描控制的參數(shù)。 圖中掃描中斷為低有效。在本發(fā)明中電影回放控制模塊在掃描中斷期間， 除了正常寫(xiě)入掃描控制的參數(shù)，還要完成控制DMA傳輸電影回放的數(shù)據(jù)，如 圖3所示。
電影回放控制模塊對(duì)電影回放的控制是根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)的狀態(tài)、掃描模 式和用戶界面的輸入計(jì)算出相應(yīng)模式下當(dāng)前的幀號(hào)和掃描線號(hào)，然后再根 據(jù)這些信息計(jì)算出存儲(chǔ)器的起始地址和尋址長(zhǎng)度；電影回放控制模塊對(duì)數(shù) 據(jù)傳輸?shù)目刂剖窃趻呙柚袛喾?wù)程序中通過(guò)DMA方式使線數(shù)據(jù)在電影回放 存儲(chǔ)器和FPGA之間正確傳輸；電影回放控制模塊需要計(jì)算DMA的源地址和目 的地址，并且控制DMA的啟動(dòng)和結(jié)束，如圖4所示。
以下詳細(xì)介紹電影回放控制模塊對(duì)DMA數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂啤?在掃描中斷服務(wù)程序中，電影回放控制模塊用DMA方式實(shí)現(xiàn)電影回放數(shù) 據(jù)的雙向傳輸。首先判斷目前系統(tǒng)狀態(tài)，如果是電影回放狀態(tài)，則每次掃描 中斷將電影回放存儲(chǔ)器中的線數(shù)據(jù)送給FPGA用于顯示，如圖5所示；如果是 實(shí)時(shí)掃描狀態(tài)，每次掃描中斷都從FPGA讀出線數(shù)據(jù)送給電影回放存儲(chǔ)器，如 圖6所示；在其它狀態(tài)(比如凍結(jié)而沒(méi)有電影回放)，則掃描中斷不需做其它 操作。下面對(duì)每種狀態(tài)分別加以詳細(xì)說(shuō)明。
在電影回放狀態(tài)，電影回放控制模塊從電影回放存儲(chǔ)器讀取線數(shù)據(jù)寫(xiě) 入FPGA，如圖5。在啟動(dòng)DMA傳輸之前，微處理器先寫(xiě)一個(gè)控制寄存器告訴 FPGA即將進(jìn)行DMA傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的線號(hào)、屬性、以及要寫(xiě)入FPGA的緩沖區(qū)地址 指示；然后啟動(dòng)DMA傳輸；微處理器在DMA傳輸期間計(jì)算下一次掃描中斷要 DMA傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的線號(hào)，屬性以及要寫(xiě)入FPGA的緩沖區(qū)地址指示，并且計(jì)算 好下一次DMA的源地址和目的地址；期間微處理器一直監(jiān)測(cè)DMA結(jié)束標(biāo)志位， 如果沒(méi)結(jié)束繼續(xù)監(jiān)測(cè)等待，如果DMA結(jié)束，則清掃描中斷，結(jié)束掃描中斷。 如果是M型電影回放,則每個(gè)掃描中斷送一條M線數(shù)據(jù)用亍顯示，和B型電影 回放不同的是DMA的源地址不同。電影回放控制模塊的程序流程圖如圖7所 示。
在實(shí)時(shí)掃描狀態(tài)，電影回放控制模塊從FPGA讀取線數(shù)據(jù)寫(xiě)入電影回放 存儲(chǔ)器，如圖6。在啟動(dòng)DMA之前，微處理器先讀一個(gè)控制寄存器獲取下一 次掃描中斷要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的線號(hào)、屬性、以及要讀取的FPGA緩沖區(qū)地址指 示該寄存器的值，該寄存器值由FPGA根據(jù)接收線號(hào)和屬性自動(dòng)產(chǎn)生，時(shí)機(jī) 是在微處理器讀之前，硬件邏輯必須穩(wěn)定產(chǎn)生指示下一次掃描中斷的寄存 器參數(shù)；然后啟動(dòng)DMA傳輸；微處理器在DMA傳輸期間根據(jù)從FPGA讀取的寄 存器值，計(jì)算下一次DMA傳輸?shù)脑吹刂泛湍康牡刂?；期間微處理器一直監(jiān)測(cè) DMA結(jié)束標(biāo)志位，如果沒(méi)結(jié)束繼續(xù)監(jiān)測(cè)等待,如果DMA結(jié)束,則清掃描中斷，結(jié) 束掃描中斷。如果是M型電影回放，則每個(gè)掃描中斷送一條M線數(shù)據(jù)存入電影 回放存儲(chǔ)器,和B型電影回放不同的是DMA的目的地址不同。掃描中斷程序流 程如圖7。
其它狀態(tài)，在凍結(jié)情況下，又沒(méi)有啟動(dòng)電影回放，此時(shí)FPGA從電影回放 存儲(chǔ)器讀取數(shù)據(jù)用于顯示，此時(shí)掃描中斷程序不執(zhí)行電影回放DMA傳輸操 作；清掃描中斷，結(jié)束掃描中斷。
本發(fā)明在邁瑞公司黑白超聲平臺(tái)項(xiàng)目上實(shí)施。微處理器完成用戶界面 控制、參數(shù)計(jì)算和加載、掃描控制等工作；電影回放功能由電影回放控制 模塊控制實(shí)現(xiàn)，超聲成像系統(tǒng)的其余環(huán)節(jié)均由硬件邏輯實(shí)現(xiàn)，如圖l。電影 回放功能利用了微處理器集成的DMA控制器或SDRAM控制器，掛在微處理器 上的SDRAM用作電影回放的存儲(chǔ)器，如圖4、圖5、圖6，電影回放存儲(chǔ)器直 接使用嵌入式系統(tǒng)的一塊內(nèi)存空間。不僅實(shí)現(xiàn)了電影回放原有的各種功能， 再做功能的擴(kuò)展也很方便。
目前超聲成像系統(tǒng)趨向基于個(gè)人計(jì)算機(jī)PC平臺(tái)設(shè)計(jì),后端的信號(hào)處理 和掃描變換環(huán)節(jié)在PC上編程實(shí)現(xiàn)；本發(fā)明提供的方法，除電影回放功能采 用嵌入式的電影回放控制模塊控制實(shí)現(xiàn)，超聲成像的所有環(huán)節(jié)仍采用硬件 實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1、一種超聲診斷成像系統(tǒng)，包括內(nèi)建DRAM/SDRAM控制器的微處理器、可編程邏輯電路、電影回放存儲(chǔ)器，所述可編程邏輯電路與所述微處理器連接；其特征是所述電影回放存儲(chǔ)器直接掛接于所述微處理器內(nèi)建的DRAM/SDRAM控制器；所述微處理器固化有電影回放控制模塊，在掃描中斷期間，所述電影回放控制模塊控制電影回放數(shù)據(jù)的雙向傳輸。
2、 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征是所述微處理器內(nèi)建DMA控制 器，所述電影回放數(shù)據(jù)的雙向傳輸采用DMA方式。
3、 一種超聲診斷成像系統(tǒng)中電影回放的實(shí)現(xiàn)方法，該超聲診斷成像系 統(tǒng)包括內(nèi)建DRAM/SDRAM控制器的微處理器、可編程邏輯電路、電影回放存 儲(chǔ)器，所述可編程邏輯電路與所述微處理器連接；其特征是其電影回放 存儲(chǔ)器直接掛接于微處理器內(nèi)建的DRAM/SDRAM控制器，電影回放控制模塊 固化于該微處理器內(nèi)；在掃描中斷期間，由該電影回放控制模塊控制電影 回放數(shù)據(jù)的雙向傳輸。
4、 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征是所述電影回放數(shù)據(jù)的雙向傳 輸采用DMA方式。
5、 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征是如果系統(tǒng)處于實(shí)時(shí)掃描狀態(tài), 每次掃描中斷時(shí)所述電影回放控制模塊都從可編程邏輯電路讀出線數(shù)據(jù)傳 送給電影回放存儲(chǔ)器；如果系統(tǒng)處于電影回放狀態(tài)，每次掃描中斷時(shí)電影 回放控制模塊都從電影回放存儲(chǔ)器讀出線數(shù)據(jù)傳送給可編程邏輯電路。
6、 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征是在電影回放狀態(tài)，微處理器 先寫(xiě)一個(gè)控制寄存器通知可編程邏輯電路即將進(jìn)行DMA傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的線 號(hào)、屬性、以及要寫(xiě)入可編程邏輯電路的緩沖區(qū)地址指示；然后啟動(dòng)DMA 傳輸；電影回放控制模塊從電影回放存儲(chǔ)器讀取線數(shù)據(jù)寫(xiě)入可編程邏輯電 路；可編程邏輯電路將該數(shù)據(jù)進(jìn)行掃描變換并送入顯示器進(jìn)行顯示。
7、 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征是在實(shí)時(shí)掃描狀態(tài)，微處理器 先讀一個(gè)控制寄存器獲取下一次掃描中斷要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的線號(hào)、屬性、以 及要讀取的可編程邏輯電路緩沖區(qū)地址指示該寄存器的值，由硬件邏輯適時(shí)更新；然后啟動(dòng)DMA傳輸，從可編程邏輯電路讀取線數(shù)據(jù)寫(xiě)入電影回放 存儲(chǔ)器。
8、 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征是微處理器在DMA傳輸期間計(jì) 算下一次掃描中斷需要DMA傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的線號(hào)、屬性以及要寫(xiě)入可編程邏 輯電路的緩沖區(qū)地址指示，計(jì)算好下一次DMA的源地址和目的地址；期間 微處理器一直監(jiān)測(cè)DMA結(jié)束標(biāo)志位，如果DMA傳輸結(jié)束，則清掃描中斷， 結(jié)束掃描中斷。
9、 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征是微處理器在DMA傳輸期間根 據(jù)從可編程邏輯電路讀取的寄存器值，計(jì)算下一次DMA傳輸?shù)脑吹刂泛湍?的地址；期間微處理器一直監(jiān)測(cè)DMA結(jié)束標(biāo)志位，如果I篇結(jié)泉?jiǎng)t清掃描 中斷，結(jié)束掃描中斷。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種超聲診斷成像系統(tǒng)及其電影回放的實(shí)現(xiàn)方法，該系統(tǒng)中電影回放存儲(chǔ)器直接掛接于微處理器內(nèi)建的DRAM/SDRAM控制器，電影回放控制模塊固化于微處理器內(nèi)；在掃描中斷期間，由該電影回放控制模塊控制電影回放數(shù)據(jù)的雙向傳輸。本發(fā)明電影回放的控制和數(shù)據(jù)傳輸由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，一方面減少了硬件邏輯的開(kāi)銷；另一方面降低了設(shè)計(jì)的難度，加快了開(kāi)發(fā)時(shí)間，提高了設(shè)計(jì)的可靠性。并且軟件實(shí)現(xiàn)的控制具有更大的靈活性，方便進(jìn)行功能擴(kuò)展，可以使電影回放功能變得更加豐富，而不用增加很多的開(kāi)銷，無(wú)須額外投入硬件成本。
文檔編號(hào)A61B8/00GK101185579SQ200610156869
公開(kāi)日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2006年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月15日
發(fā)明者姚海鋒, 宋煒華, 波 楊, 金成勛 申請(qǐng)人:深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司