S2000彩超硬件结构原理及分析

徐晓峰

温州市中医院 设备科，浙江温州 325000

S2000彩超硬件结构原理及分析

徐晓峰

温州市中医院 设备科，浙江温州 325000

本文介绍了西门子S2000彩超硬件结构原理并对其功能进行了分析。

彩超；硬件结构；硬件单元

西门子公司新推出的S2000彩超作为高端医用超声产品，在继承了西门子超声产品的无针式探头接口、Hanefy透镜探头成像及突出的造影功能等技术的基础上，融合了新一代的声学研究成果。最新的弹性成像技术、声触诊技术等的应用，使得诊断手段更为多样，微小组织病变的检出率大大提高，血管结构的显示更加清晰，为临床诊断提供了更加可靠的依据。同时，该产品还按照自适应人体工程学理论对机器的硬件结构进行了全新设计，使得整机外观紧凑，操作起来更加灵活。探头接口单元、电器单元、输入输出单元通过母板连接，实现了从控制超声波信号发射，到对回波信号按照控制面板输入的指令要求进行相应处理，最终形成临床诊断所需的视频和音频信号在显示器等终端显示播放。该设备硬件单元，见图1。

图1 硬件单元图

1 电源供电部份

电源供电部份包含以下子单元并实现相关功能：

（1）模拟功能供电单元（Analog Power Supply Module，PSA）。PSA负责提供机器中所有模拟信号检测及处理电路的直流电源供电。

（2）数字功能供电单元（Digital Power Supply Module，PSD）。PSD单元提供机器中所有数字信号检测及处理电路的直流供电。

（3）交流主电源（AC Tray Power Module，AC）。AC单元除对机器中所有采用220V电源直接供电的外设，如显示器等直接供电外，还通过单元中的主变压器及相关电路进行交直流转换并将转换后的电源提供至PSA、PSD单元。尤其重要的是交流主电源（PSAC）单元上的一组LED指示灯直观显示电源部分及散热风扇的工作状态，通过观察这些LED灯的显示状态组合能够帮助维修工程师快速定位电源相关故障是否由PSAC，PSA或PSD引起。

2 电器单元（Electronics Module，E-Module）

电器单元中包含一系列超声成像的核心控制及处理电路板，这些电路板均采用先进的特定用途集成电路（ASIC）技术，使得板上电子元件的数量及电路板的尺寸大为减少。同时E-Module中预留了插槽，以方便将来可能的功能或硬件升级。包含的电路板及其功能如下：

（1）发射/接收板（Transmit/Receive board，TR），共3块，分别为TR0，TR1，TR2。各板功能一致，可交换使用。实现发射波形的产生以及对阵列探头接收到的回波信号作时间增益补偿等模拟放大功能。

（2）接收控制板（Receive Control board，RC）。RC板也可称为前级实时控制板。除可通过板上的数字波束形成器产生发射接收控制信号外，还可通过基于ASIC技术的专用集成电路对接收的模拟回波信号进行数字化转换。系统时钟也由该电路板产生。

（3）连续波板（Continuous Wave board，CB）。CB主要运用于心脏成像模式下连续波多普勒功能的实现。同时负责笔式探头发射波形的产生。

（4）后级板（Back-End board，BE）。BE板除接收从RC板传来的数字化回波信号外，还接收从CB板传来的连续波数字信号。BE板对传递来的信号，按照不同模式的控制要求，进行相应处理，如实现边缘增强、叠加、谐波插值、噪声点过滤、二维影像存储及回放等功能。

（5）视频接口板（ Video Interface board，VI）。VI板通过采用色度抠像（chroma-key）技术将图像与字符及表格等背景叠加，形成符合临床诊断显示要求的各种图像格式。此外，VI板还可以产生多普勒，心电的描记信号并将多普勒数字音频信号D/A转换后传至扬声器播放。

（6）实时控制板（Real Time Manger CPU board，RM）。RM板类似计算机中的主板，拥有高性能的CPU，控制各种功能的实现。RM板通过PCI总线与其他各电路板通讯，通过EIDE总线与硬盘连接，通过SCSI总线与DVD驱动器通讯。负责控制面板发出的指令译码响应、测量功能实现、DICOM格式图像存取、三维及四维实时成像等功能实现。

3 探头接口 （Transducer Interface，TI）单元

S2000的探头接口单元（Transducer Interface，TI）包括3个阵列探头接口及1个笔式探头接口。通过板上继电器实现对阵列探头的选择切换。S2000的探头接口单元在继承Sequoia512探头接口技术特点的基础上有了进一步发展，其无针触点技术为图像质量、彩色血流表现，微细血管的探测能力打下了坚实的技术基础。

4 输入输出（Input/Output，IO） 单元

输入输出单元（ Input/Output，IO）作为接口单元将E-Module与显示器、控制面板、DVD驱动器、网络及打印机等外设相连接，提供音视频信号的输入输出，串口、并口、以太网、USB信号存取等服务。通过对输入输出单元上的另一组LED指示灯状态的观察，可以获知关于电源，硬盘和DVD驱动器及系统启动状态的相关信息，对维修工作非常有帮助。

5 显示器及控制面板

S2000使用的显示器为19英寸高分辨率平板液晶显示器，DVI输入，可采用三自由度的自由臂全方位调节位置。操作界面友好灵活，舒适快捷。

本文最后通过对二维（2D, Two Dimension）成像过程的描述，希望使得各主要硬件单元的功能介绍更加系统全面：

操作者通过控制面板设定所需工作模式（包括探头选择，深度，聚焦点数及探头工作频率等参数选定）。RM板接收控制面板传来指令后译码并将控制信号通过总线传递至相关电路板。RC板按照接收到的控制信号设定相应向量序列并依此建立向量时序，控制发射延迟线、接收波形产生、模拟时间增益补偿信号产生及BE板相关处理触发信号的产生。TR板根据RC板产生的相关时序及控制信号实现声波的发射及接收，并将接收到的模拟射频回波信号通过母板送回RC板。RC板对模拟回波信号进行A/D转换后传至BE板。BE板作为从数字回波信号处理至成像过程中的核心电路板，将处理后形成的像素包(Pixel Pack)送至VI板。在VI板中，像素包处理后的信号与RM板产生并送至VI的字符及表格信号混合叠加，进一步处理后形成视频信号，送至I/O单元并最终送至显示器显示。

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Analysis of Hardware Structure Principle of S2000 Colour Doppler Ultrasound System

XU Xiao-feng
Equipment Department, Wenzhou Traditional Chinese Medicine Hospital, Wenzhou Zhejiang 325000, China

R445.1

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.06.045

1674-1633(2012)06-0123-02

2012-03-08

作者邮箱：gzt0109@163.com

Abstract:This paper introduces the principle of hardware structure of Siemens S2000 Colour Doppler ultrasound system and analyzes its function.

Key words:colour Doppler ultrasound system; hardware structure; hardware unit