超chao聲sheng智zhi能neng探tan針zhen實shi質zhi上shang是shi一yi種zhong便bian攜xie式shi超chao聲sheng波bo
，整zheng個ge前qian端duan和he幾ji乎hu所suo有you後hou端duan硬ying件jian都dou集ji成cheng其qi中zhong。智zhi能neng探tan針zhen的de功gong耗hao較jiao低di

，尺chi寸cun也ye小xiao，能neng夠gou在zai保bao持chi信xin號hao質zhi量liang的de同tong時shi處chu理li數shu據ju
，並bing且qie可ke以yi使shi用yong高gao速suUSB或無線連接在移動設備上顯示圖像。

 

在zai不bu遠yuan的de將jiang來lai，絕jue大da多duo數shu醫yi生sheng就jiu能neng將jiang智zhi能neng探tan針zhen裝zhuang進jin口kou袋dai裏li。未wei來lai十shi年nian內nei全quan球qiu市shi場chang上shang出chu現xian幾ji百bai萬wan個ge這zhe樣yang的de探tan針zhen
，其qi作zuo用yong將jiang與yu標biao準zhun超chao聲sheng係xi統tong相xiang輔fu相xiang成cheng。然ran而er
，將jiang超chao聲sheng係xi統tong縮suo至zhi手shou持chi設she備bei的de大da小xiao絕jue非fei易yi事shi，我wo們men麵mian臨lin著zhe諸zhu多duo挑tiao戰zhan。下xia麵mian我wo們men列lie舉ju了le智zhi能neng探tan針zhen設she計ji人ren員yuan所suo麵mian臨lin的de七qi大da挑tiao戰zhan。

 

供電

 

zhinengtanzhendianyuanbenshengonghaojiaodi，yaoweizhinengtanzhengongdiandetongshi，shizaoyinbaochizaijidideshuiping，shishejirenyuanmianlindeliangdajishoutiaozhan。zhinengtanzhendianyuandeshejirenyuanbixuzaihenxiaodetijineijinxinggongzuo
，tamenbujinyaoshidianyuanxiaolvdadao90%以上，且要讓設備在待機時保持低功耗
，最重要的是讓其保持低噪音。大多數製造商需要將其電源切換至500 kHz以下

，並且和外部時鍾保持同步

，以最大限度地減少2-20 MHz超聲工作頻率範圍內的諧波幹擾。尺寸和效率之間的權衡是一個巨大的挑戰。

 

尺寸

 

20年前，64通道的超聲係統由多個A4大小的板組成
，用於傳輸、接收、模數轉換、波束形成和處理，其與底板相接並可連接到標準計算機上。如今
，一塊完整的64通道智能探針的前端板必須要比信用卡還小（85 mm x 54 mm）
，但即使在技術進步和高度集成的今日，要實現這一目標仍然任重道遠。

 

通道數量

 

同時處理更多的通道可以提高畫麵質量。絕大多數推車式掃描儀具有128個或更多通道。最初的探針在內部集成了8到16個通道。這些通道必須連接到一個更大的係統進行處理。

 

目前，製造商們正試圖將多達64或128個通道集成到探針中。為了實現這樣的通道密度，他們現在可以利用新型的商業化設備，如德州儀器（TI）的高度集成的前端設備。采用TX7332 32通道傳輸模擬前端和AFE5832LP 32通道接收模擬前端，設計人員就能隻使用兩個設備而放置64getongdao。xiangzheyangdeshebeikeyigeichuanganqitongdianyichanshengchaoshengbomaichong，chulijieshoudaodehuisheng，bingzhuanhuanweishuzixinhaoyishengchengtuxiang。zhexieqianduanrengranxuyaoewaideshebei
，ruchuliqihuoxianchangkebianchengmenzhenlie（FPGA）
，來(lai)控(kong)製(zhi)它(ta)們(men)並(bing)處(chu)理(li)生(sheng)成(cheng)的(de)數(shu)據(ju)。這(zhe)裏(li)的(de)挑(tiao)戰(zhan)在(zai)於(yu)盡(jin)可(ke)能(neng)多(duo)地(di)將(jiang)這(zhe)些(xie)設(she)備(bei)裝(zhuang)入(ru)
，以(yi)通(tong)過(guo)在(zai)相(xiang)同(tong)的(de)功(gong)耗(hao)預(yu)算(suan)內(nei)增(zeng)加(jia)通(tong)道(dao)數(shu)來(lai)提(ti)高(gao)畫(hua)麵(mian)質(zhi)量(liang)。

 

每個通道的功耗

 

一台推車式128通道超聲掃描儀的功耗約為500W到1kW。手持智能探針的功耗預算僅為3-5W
，這zhe樣yang醫yi生sheng或huo患huan者zhe就jiu不bu會hui感gan到dao設she備bei過guo熱re，此ci外wai設she備bei可ke能neng僅jin需xu電dian池chi供gong電dian即ji可ke運yun行xing。這zhe種zhong低di功gong率lv意yi味wei著zhe不bu需xu要yao像xiang風feng扇shan這zhe樣yang的de冷leng卻que機ji製zhi
，因yin為wei風feng扇shan會hui使shi設she備bei振zhen動dong
，進jin而er導dao致zhi畫hua麵mian模mo糊hu。設she計ji人ren員yuan必bi須xu結jie合he各ge種zhong機ji製zhi，以yi確que保bao探tan針zhen保bao持chi在zai其qi功gong率lv預yu算suan範fan圍wei內nei，包bao括kuo讓rang某mou些xie設she備bei在zai閑xian置zhi時shi進jin入ru休xiu眠mian狀zhuang態tai
，以yi便bian在zai不bu使shi用yong時shi完wan全quan關guan閉bi設she備bei。

 

圖1：半導體技術的進步極大地減小了超聲波的大小和功率限製

 

數據處理

 

數據處理受多種因素影響，包括通道數量、預期功耗和數據傳輸帶寬。在40兆赫的64通道係統采樣中，前端每秒產生大量5.12 GB的de數shu據ju
，這zhe些xie數shu據ju不bu能neng直zhi接jie傳chuan輸shu到dao平ping板ban電dian腦nao或huo移yi動dong設she備bei。即ji使shi這zhe些xie數shu據ju可ke以yi通tong過guo某mou種zhong方fang式shi傳chuan輸shu

，但dan設she備bei也ye無wu法fa實shi時shi對dui其qi進jin行xing處chu理li。因yin此ci，在zai將jiang此ci數shu據ju發fa送song到dao顯xian示shi單dan元yuan之zhi前qian，必bi須xu將jiang其qi轉zhuan換huan為wei可ke管guan理li的de大da小xiao。處chu理li量liang基ji於yu顯xian示shi單dan元yuan功gong耗hao
、帶寬和處理能力這三者之間的權衡。大多數設計人員使用超低功耗的FPGA和處理器進行數據處理和控製前端。

 

數據傳輸

 

對於有線探針，當向顯示單元提供必要的電源和高數據傳輸帶寬時，使用USB Type-C™的USB 3.1以及更高版本的接口更具優勢。但對於真正的移動智能探針來說
，數據必須通過無線傳輸。在市場可以買到多種無線通信協議，如 Wi-Fi®（802.11n、802.11ac、802.11ad或802.11ax標準）。然而，當多個設備使用同一波段時
，這些協議的帶寬會受到幹擾的製約。雖然也有其他標準如802.11ah (Sub-1 GHz)，但其帶寬通常會受到限製。

 

數據解讀

 

zaizhinengtanzhenzhongmianlindezuidatiaozhanshiduidaliangshujujinxingkuaisuhegaoxiaodefenxi。rujin
，zhunquedejieduxuyaoxuduoyishengduishujujinxingfenxi，zheduiyishengdenenglihefenxishijiantichulejiaogaodeyaoqiu。erxianzaitongguogaosulianjie
，shujukeyifasongdaoyuanchengweizhidefuwuqijinxingkuaisufenxi。suizhedashujufenxidexingqi，rengongzhineng
、圖像比較和解讀可以實時在線進行
，從而實現即時診斷。

 

結論

 

醫學成像的下一個大浪潮將體現在微小的尺寸上。隨著超聲智能探針的設計人員不斷解決難題並以更低、更實惠的價格將更優質
、chicungengxiao
，qiejuyoulianjiexingnengdeshebeituixiangshichang
，yixuejiejiangjianzhengzhinengtanzhenbeixunsucaiyongdenayitian。congfadaguojiadeyiyuandaofazhanzhongguojiadeyuanchengyiliaozhongxin
，zaidaozhenduanzhanchangshangdeshoushangshibing，chaoshengzhinengtanzhendekuaisufazhanzhenggaibianzhezhenggehuanjing，qieyouzhuyuweiquanrenleitigonggenghaodeyiliao。

 

作者簡介

 

Ravindra Munvar是德州儀器醫療係統團隊的係統經理
，主要負責客戶支持和參考設計開發。Ravindra在醫學成像設備的設計和開發方麵有著豐富的經驗，擁有印度卡納塔克邦大學工程學學士學位。

 

注：本文英文原文曾發表於Medical Design Technology

 

 

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