一种超声图像采集处理系统

技术领域

本发明涉及超声技术领域，尤其涉及一种超声图像采集处理系统。

背景技术

超声波可以在人体组织内传播，对人体无损伤，无痛苦，超声波扫描成像能够提供实时的影响，因此得到广泛的应用，然而设在医院及门诊部的常规超声波扫描仪器体积往往比较大，不具备便携性，单台超声波扫描仪的成本也较高，这些均极大的阻碍了超声波扫描仪的普及；便携式超声扫描仪的出现则弥补了现有超声扫描仪的不足，便携式超声扫描仪使用高频声波建立人体部位图像，便于病情诊断。最常用的实例就是对孕妇进行扫描检查，观察子宫中胎儿的情况，同时，也可用它来扫描心脏、肺、肝脏、胆囊和乳房等器官组织。

现有技术中的便携式超声扫描仪通常由内置的电池模块供电，由于便携式超声扫描仪整体体积的限制，其内部的电池模块所能供给的总电量有限，续航能力便成了便携式超声扫描仪的致命弱点；其中，便携式超声扫描仪整机中功耗最大的部分便是FPGA(FieldProgrammable Gate Array)芯片处理单元，芯片处理单元负责对采样后回波数据进行处理以及帧图像的生成；由于机器自身体积和电池容量的限制，便携式超声扫描仪中的芯片处理单元的处理能力通常较低，且随着内部工作环境温度的升高会进一步的降低，因此采集生成的超声图像清晰度便难以保证。

发明内容

根据现有技术中存在的上述问题，现提供一种超声图像采集处理系统，通过内置的通讯单元与其他处理设备建立通讯连接，在超声采集设备处于预设的异常工作状态时，将回波信号的处理任务转移给处理设备，从而降低设备的电量使用，提升续航力，同时提高了信号的处理能力，以生成更清晰的超声图像。

上述技术方案具体包括：

一种超声图像采集处理系统，其中包括一超声采集设备，所述超声采集设备远程连接一处理集合，所述处理集合中包括多个分别与所述超声采集设备远程连接的处理设备；

所述超声采集设备进一步包括：

第一发射单元，用于发射超声波信号；

第一接收单元，用于对所述超声波信号的回波信号进行采样接收，

第一处理单元，连接所述第一接收单元，用于对所述回波信号进行处理，以生成并输出超声图像；

状态监控单元，连接所述第一处理单元，用于根据设置于所述超声采集设备上的各个检测元件监控所述超声采集设备的工作状态并实时输出；

控制单元，分别连接所述状态监控单元和所述第一处理单元，用于根据所述工作状态，在所述超声采集设备处于预设的异常工作状态时控制所述第一处理单元停止工作；

通讯单元，连接所述控制单元，在所述超声采集设备处于预设的异常工作状态时，所述控制单元控制所述通讯单元与所述处理集合中的至少一个所述处理设备建立通讯连接；

第二处理单元，分别连接所述通讯单元、所述控制单元和所述第一接收单元，用于通过所述通讯单元将所述回波信号分别发送至已经建立通讯连接的所述处理设备进行轮流处理；

第三处理单元，连接所述通讯单元，用于通过所述通讯单元接收所述处理设备的反馈数据，并根据所述反馈数据输出所述超声图像。

优选地，其中，每个所述处理设备分别根据所述回波信号处理生成回波数据，并采用一集中处理单元根据所述回波数据形成所述超声图像后作为所述反馈数据发送至所述超声采集设备。

优选地，其中，所述集中处理单元设置于一云端服务器中；

所述超声采集设备通过所述云端服务器分别与所述处理设备建立通讯连接。

优选地，其中，所述集中处理单元设置于所述超声采集设备中，并连接所述第三处理单元。

优选地，其中，设置于所述超声采集设备上的所述检测元件包括电源管理元件和/或温度检测元件；

则预设的所述异常工作状态包括：

所述超声采集设备的供电电量低于一预设电量，和/或所述超声采集设备的运行温度高于一预设温度。

优选地，其中，所述超声图像采集处理系统中包括多个相互可进行通讯连接的便携式超声设备；

当其中一个所述便携式超声设备作为所述超声采集设备时，其余所述便携式超声设备分别作为所述处理设备。

优选地，其中，所述通讯单元包括多个通讯子单元，每个所述通讯子单元分别与一个所述处理设备建立通信连接。

优选地，其中，所述通讯单元包括5G芯片。

优选地，其中，所述回波信号中包括多组波束数据，所述第二处理单元将不同的所述波束数据轮流发送至不同的所述处理设备进行处理。

优选地，其中，所述控制单元还连接所述第一接收单元，所述控制单元根据所述异常工作状态调整所述第一接收单元的采样频率。

上述技术方案的有益效果在于：

提供一种超声图像采集处理系统，通过内置的通讯单元与其他处理设备建立通讯连接，在超声采集设备处于预设的异常工作状态时，将回波信号的处理任务转移给处理设备，从而降低设备的电量使用，提升续航力，同时提高了信号的处理能力，以生成更清晰的超声图像。

附图说明

图1是本发明的较佳实施例中，一种超声采集设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

一种超声图像采集处理系统，其中包括一超声采集设备，超声采集设备远程连接一处理集合，处理集合中包括多个分别与便携式超声设备远程连接的处理设备；

超声采集设备进一步包括：

第一发射单元1，用于发射超声波信号；

第一接收单元2，用于对超声波信号的回波信号进行采样接收，

第一处理单元3，连接第一接收单元2，用于对回波信号进行处理，以生成并输出超声图像；

状态监控单元4，连接第一处理单元3，用于根据设置于超声采集设备上的各个检测元件监控超声采集设备的工作状态并实时输出；

控制单元5，分别连接状态监控单元4和第一处理单元3，用于根据工作状态，在超声采集设备处于预设的异常工作状态时控制第一处理单元3停止工作；

通讯单元6，连接控制单元5，在超声采集设备处于预设的异常工作状态时，控制单元5控制通讯单元6与处理集合中的至少一个处理设备建立通讯连接；

第二处理单元7，分别连接通讯单元6、控制单元5和第一接收单元2，用于通过通讯单元6将回波信号分别发送至已经建立通讯连接的处理设备进行轮流处理；

第三处理单元8，连接通讯单元6，用于通过通讯单元6接收处理设备的反馈数据，并根据反馈数据输出超声图像。

作为优选的实施方式，现有技术中，台式超声扫描设备的功耗一般在200w左右，便携式超声设备的功耗通常在4w至20w之间不等，如果便携式超声设备通过一个电压为3.7v，容量为4000毫安时的聚合物锂电池进行供电，则维持上述功耗持续运行的时间为2到4个小时，在高强度高频应用场景下，该续航能力将会进一步缩短。在便携式超声设备工作的过程中，消耗电量最大的模块便是处理单元，处理单元需要对接收单元采样接收的回波信号进行高速计算处理，以满足超声图像实时生成的要求。

在本发明的一个具体实施例中，第一处理单元3、第二处理单元7和第三处理单元8可以集成在同一块处理芯片中，例如，该处理芯片可以为fpga芯片，该fpga芯片的具体型号为Efinix T20，第一发射单元1采用8通道的发射单元，型号为HDL6M5584，第一接收单元2也采用8通道的接收单元，型号为AD9273。第一发射单元1发射的信号表示为：cos(2nw

具体的，在本实施例中，超声采集设备采用顺序扫描的方式进行超声扫描，一次扫描生成一帧超声图像，其中，一次扫描中又包括多次的超声波扫查，每次超声波扫查参加的阵元数为k个，在本发明的一个具体实施例中，k可以为16、24、32中的任意一个，其中每次超声波扫查参与的阵元数越多，采样接收的回波数据也越大，同时超声设备的功耗也越大。超声采集设备在顺序扫描的工作模式下，相邻两次超声波扫查之间，参与的阵元会移动B个阵元间距步长，在本发明的一个具体实施例中，B的值取4，即每次超声波扫查结束后会移动4个阵元间距的步长进行下一次超声波扫查。其中，相邻两次扫查之间移动的阵元间距B越小，每次扫描需要的超声扫查次数越多，相应的超声设备的功耗也越大；但同时，最终得到的超声图像也分辨率也越高。

在每次超声扫查的过程中，超声采集设备会同步对回波信号进行采样，以生成回波数据；在一次超声波扫查完成后超声采集设备会将对应于本次扫查所收集的回波数据进行打包，并通过通讯单元发送给相应的处理设备；为了能够同时对回波数据进行处理，提高数据处理的速度，减轻单台处理设备的数据处理压力，处理设备将轮流接收便携式超声设备发送来的回波数据，并将处理形成的波束数据返回至便携式超声设备。便携式超声设备在接收到本次扫描中处理完成的所有波束数据后，对波束数据进行合成处理，以生成对应的帧图像。

在本发明的较佳实施例中，每个处理设备分别根据回波信号处理生成回波数据，并采用一集中处理单元根据回波数据形成超声图像后作为反馈数据发送至超声采集设备。

具体的，在本实施例中，超声采集设备在检测到设备本身处于预设的异常工作状态时，停止第一处理单元3的工作，即停止对第一接收单元2采样接收的回波信号的处理，从而减小耗电量；随后通过第二处理单元7以及通讯单元6，将自身的回波信号的处理功能转移至处理集合中的处理设备中，处理设备对回波信号进行处理以生成回波数据，集中处理单元则用来收集并合成回波数据，以生成对应的超声图像，再将超声图像发送至超声采集设备。

在本发明的较佳实施例中，集中处理单元设置于一云端服务器中；

超声采集设备通过云端服务器分别与处理设备建立通讯连接。

具体的，在本实施例中，集中处理单元可以设置在超声采集设备之外，例如设置于一云端服务器中，云端服务器通过收集并合成处理设备处理生成的回波数据，以生成回波数据对应的超声图像，在本实施例中，超声图像的合成工作于超声采集设备之外完成。

在本发明的较佳实施例中，集中处理单元设置于超声采集设备中，并连接第三处理单元8。

具体的，在本实施例中，集中处理单元设置于超声采集设备内，在本发明的一个具体实施例中，集中处理单元可以与第一处理单元3、第二处理单元7以及第三处理单元8集成在同一颗处理芯片中，在本实施例中，超声图像的合成工作则于超声采集设备之内完成。

在本发明的较佳实施例中，设置于超声采集设备上的检测元件包括电源管理元件和/或温度检测元件；

则预设的异常工作状态包括：

超声采集设备的供电电量低于一预设电量，和/或超声采集设备的运行温度高于一预设温度。

具体的，在本实施例中，电源管理元件用于检测超声采集设备内电池的电量是否低于一预设电量，温度检测元件则用于检测超声采集设备运行过程中的环境温度。

在本发明的较佳实施例中，超声图像采集处理系统中包括多个相互可进行通讯连接的便携式超声设备；

当其中一个便携式超声设备作为超声采集设备时，其余便携式超声设备分别作为处理设备。

具体的，在本实施例中，处理设备可以是设置于云处理端中的处理芯片，也可以是其他的便携式超声设备，又或者是大型的台式超声设备，更进一步的，可以是上述三者的任意组合，只需要将上述三者通过网络进行通讯连接，便携式超声设备便可以在自身电量不足，即供电电源的电量低于第一预设阈值，控制单元5接收到低电量信号，超声设备不能够满足长时间的大规模数据处理时，或者由于处理单元在数据处理过程中发热量过大，导致周围环境温度超过第二预设阈值，因发出高温报警信号而不得不降低功率运行时，控制单元5可以选择通过通讯单元6与处理集合进行组网，并将采集到的回波信号分发至处理集合中的每个处理设备中，由多个处理设备同时进行相应的回波信号处理；处理完成后，每个处理设备将处理后生成的数据返回至便携式超声设备，便携式超声设备根据返回的数据进行帧图像的合成。

在本发明的较佳实施例中，通讯单元6包括多个通讯子单元，每个通讯子单元分别与一个处理设备建立通信连接。

具体的，在本实施例中，通讯单元6包括多个可以独立发送和接收数据的通讯子单元，通讯单元6可以根据需要发送处理的数据量大小具体选择与哪几个处理设备建立远程连接，并可以根据实时发送量进行动态的调整；作为一种优选的实施方式，通讯单元6在选择处理设备时可以优先选择处理能力较高的处理设备，例如，大型台式超声设备，或者云处理端的高性能处理芯片；如果云处理端只存在其他的便携式超声设备作为处理设备，则优先选择电量充足且当前空闲的便携式超声设备，本发明所公开的超声图像采集处理系统，在便携式超声设备电量不足时可以在确保图像生成的前提下有效的降低设备当前的耗电量，提高单台便携式超声设备的续航能力；同时便携式超声设备在需要处理生成高清图像时，可以克服自身处理能力不足的缺陷，通过借助云处理端中的高处理能力的方式，或者通过整合云处理端中作为处理设备存在的空闲处理设备的处理能力以提高总的处理能力的方式来生成清晰度更高的超声图像。

在本发明的较佳实施例中，通讯单元6包括5G芯片。

具体的，在本实施例中，5G芯片的型号为CYW54907。假设超声采集设备的探测深度为D,第一接收单元2的采样频率为Fs,采样精度为P，声速为V，最大通道数为C，阵元数为N，帧率为F,采用每次间隔扫描方法，则数据量为

在本发明的较佳实施例中，回波信号中包括多组波束数据，第二处理单元7将不同的波束数据轮流发送至不同的处理设备进行处理。

具体的，在本实施例中，第二处理单元7通过对回波信号中的波束数据进行分组发送，将需要处理的任务量平均分配至多个处理设备，每个处理设备处理完发送过来的波束数据后将生成的处理数据返回至处理单元，处理单元对处理数据进行汇总后进行合成，以生成一帧完整的超声图像。在本发明的另一个具体实施例中，超声图像的合成工作也可以放置在云处理端中进行，以进一步减少处理单元的数据处理量，从而进一步节约便携式超声设备供电电源的电量。

具体的，在本实施例中，一组回波信号对应生成一帧超声图像，一组回波信号中又包括多组的波束数据，在每组波束数据通过分布式的方式发送至不同的处理设备进行处理时，处理单元需要在收集到所有波束数据处理后对应返回的处理数据后才进行超声图像的合成，进而生成一帧完整的超声图像。

在本发明的较佳实施例中，控制单元5还连接第一接收单元2，控制单元5根据异常工作状态调整第一接收单元2的采样频率。

具体的，在本实施例中，通过降低第一接收单元2的AD采样频率可以减少回波信号的数据量，但相应根据回波信号生成的超声图像的清晰度也会降低，

上述技术方案的有益效果在于：

提供一种超声图像采集处理系统，通过内置的通讯单元与其他处理设备建立通讯连接，在超声采集设备处于预设的异常工作状态时，将回波信号的处理任务转移给处理设备，从而降低设备的电量使用，提升续航力，同时提高了信号的处理能力，以生成更清晰的超声图像。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。