医疗诊断系统及其控制面板的制作方法

专利名称：医疗诊断系统及其控制面板的制作方法
专利说明医疗诊断系统及其控制面板 技术领域：
本发明涉及一种用于医疗诊断系统及其控制面板的设计。
背景技术：
超声诊断设备作为医院的主要三大影像设备之一，而控制面板又作为超声诊断设备的人机接口设备，其中包括通用的字符数字键(AlphaNumberic Key)，调节TGC的滑动电位器(TGC Sliders)，用于调节增益或菜单旋钮的编码器(Encoder)，移动光标的轨迹球(Trackball)以及超声设备特有的功能按键(如Cineloop)，另外还有控制面板的背光控制。功能上与通用PC相比，字符数字键类似于PC键盘，轨迹球类似于PC鼠标，而其他的都属于超声特有的输入设备。
迈瑞公司的早期产品设计采用单片机(MCU)和可编程逻辑器件(CPLD)来控制板内电路的工作，通过RS232与上位机进行通讯。随着PC性能的突发猛进，上位机逐渐被x86工控板替代。在设计转化过程中，RS232接口的控制面板面临在x86启动时不能设置基本输入输出系统(Bios)的困境。
为了解决bios设置问题，目前比较常用的方案将控制面板进行功能模块划分，字符数字键盘采用通用的PC键盘替代，比如采用PS/2或USB接口的PC键盘；剩下的其他部分采用RS232接口来通讯，这样在更改最小的情况下满足设计要求。
现有技术的缺点有二方面1)增加了与PC模块的连接口，同时由于采用通用PC键盘来替代字符数字键，故给造型设计带来限制。这是显而易见的，这种方案至少需要1根RS232串口线和1根PS/2线(或USB线)，另外由于通用PC键盘的机械尺寸、外观会影响造型设计。2)RS232接口有被USB接口所替代趋势，传统的串并口逐渐被通用串行总线(USB)所替代，在高档的工控模块中已经不再支持串并口，比如PIGMG规范的COM Express Module。

发明内容
本发明的目的就是为了克服以上不足，提供一种医疗诊断系统及其控制面板，其控制面板与上位机的连接方案通用性强、适应性佳、成本低。
为实现上述目的，本发明提出一种医疗诊断系统，包括控制面板、上位机、医疗诊断前端设备，所述控制面板、医疗诊断前端设备分别与所述上位机连接；所述控制面板包括控制模块、按键矩阵，所述控制面板还包括USB通信模块及USB接口，所述USB通信模块一端与所述控制模块连接，另一端与所述USB接口连接；所述USB接口与所述上位机连接。
上述的医疗诊断系统，还包括轨迹球模块，与所述控制模块连接。还包括TGC调节模块，与所述控制模块连接。还包括编码器模块，与所述控制模块连接。
一种医疗诊断系统，包括控制面板、上位机，二者相接；所述控制面板包括字符数字按键部分，由上位机操作系统直接驱动；轨迹球部分，由上位机操作系统直接驱动；医疗诊断设备功能模块，由上位机预设的相应驱动程序驱动；三者以同一USB接口与上位机实现连接。
上述的医疗诊断系统，所述功能模块包括功能按键和/或TGC滑动电位器。所述字符、数字按键部分在上位机进入基本输入输出系统时被枚举为标准PC的USB键盘。所述字符数字按键部分、轨迹球部分，采用同一端口传送数据；字符数字按键数据、轨迹球数据中增设标志码区分。所述医疗诊断设备功能模块的数据，采用自定义格式传送。
同时，本发明提出了一种医疗诊断系统的控制面板，包括控制模块、按键矩阵，还包括USB通信模块及USB接口，所述USB通信模块一端与所述控制模块连接，另一端与所述USB接口连接；所述USB接口用于与医疗诊断系统的上位机插接。
上述的控制面板，还包括轨迹球模块，与所述控制模块连接。还包括TGC调节模块，与所述控制模块连接。还包括编码器模块，与所述控制模块连接。
由于采用了以上的方案，使用USB技术来完成医疗诊断系统人机接口的输入，除了完全兼容部分标准的字符数字键外，还包括医疗诊断系统专用的功能模块和轨迹球，所有控制面板功能模块均通过一个物理上的USB接口完成，连接简洁。通用字符、数字键和轨迹球以及医疗诊断设备专用的功能模块集成为一个整体，通过一个物理上的USB接口与上位机(PC)通信，精简了人机接口外设连接复杂性，支持即插即用，使用更加简单、方便。由于控制面板可一体化，不受通用PC键盘的局限，外观造型设计可灵活多变，大大丰富了控制面板的外观造型。


图1是本发明控制面板的电路原理框图。
图2是本发明控制面板各功能模块的一种位置排布图。
图3是本发明的医疗诊断系统的结构简图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。
本例的控制面板的电路结构原理如图1所示，适用于以超声诊断为医疗诊断前端设备的医疗诊断系统，包括控制模块、按键矩阵、发声模块、LED驱动模块、TGC调节模块、非易失存储器、易失存储器、编码器模块、轨迹球模块、USB通信模块及USB接口。为了保证通过物理上的一个USB接口实现各个功能，将控制面板划分为三部分第一部分为字符、数字按键，本部分按键在上位机(PC)BIOS设置和进入操作系统(Windows)后均能正常使用，且上位机(PC)不用编写任何驱动程序，直接使用操作系统(Windows)提供的驱动程序；第二部分为轨迹球部分，本部分只能在上位机(PC)进入操作系统后方能使用，上位机(PC)不用编写任何驱动程序，直接使用操作系统(Windows)提供的驱动程序；第三部分为超声诊断设备专用的各种模块，包括各种功能按键、调节旋钮、TGC滑动电位器和各种信号指示LED等等，本部分只能在上位机(PC)进入操作系统并安装好相应的驱动程序后才能使用，因操作系统(Windows)不提供该部分驱动程序。各部分在控制面板上的位置如图2所示，图中实线框中部分为字符、数字按键；圆形虚线框中部分为轨迹球；点划线框中部分为功能按键、旋转编码器和TGC调节模块等；另外，按键背光LED分布于所有的按键和编码器周围，因此没有在图2中标出。
请参考图3所示，为本发明的医疗诊断系统结构简图，医疗诊断前端设备为本例的超声诊断前端设备，连接上位机；控制面板通过USB接口与上位机实现连接。前述的第一部分和第二部分均属于USB设备中的人机接口设备(Human Interface Device)类，由于属于同一类USB设备，因此这两部分采用同一个端口(Endpoint)，为了保证第一部分在上位机(PC)进入BIOS能够正常使用，控制面板在BIOS中仅仅枚举为标准PC的USB键盘，此时只响应字符、数字按键，其它如轨迹球和滑动电位器的操作均不予响应，此时发送的按键数据格式如表1所示。
表1BIOS下字符、数字按键传送格式 上表中的，BYTE[7:2]表示按键码，BYTE1为保留；BYTE0中的ModifierKeys用来表示Ctrl，Shift，Alt等组合按键，具体定义如表2所示。
表2 Modifier Keys表示内容 当上位机(PC)进入操作系统后，前述的三个部分均能使用。由于字符、数字按键和轨迹球通过同一端口传送数据，为了保证上位机(PC)能够正确区分字符、数字按键和轨迹球数据，在这些数据中增加一个字节作为数据类型区分的标志码。字符、数字按键就是在表1的最前面再加上一个字节，将最后一个字节BYTE0作为数据类型区分的标志码，数据格式如表3所示。
表3操作系统(Windows)中字符、数字按键传送格式 轨迹球的数据格式如表4所示。
表4轨迹球数据传送格式 上表中的BYTE3中的Track ball keys用来表示轨迹球的按键，具体定义如表5所示。
表5轨迹球Track ball keys表示内容 超声诊断系统专用的功能模块部分，采用自定义数据格式传送，上传数据包括滑动电位器、旋转编码器、功能按键以及响应上位机(PC)等，下传数据包括LED指示灯控制数据，这些数据均采用自定义数据格式传输。由于超声诊断设备特有部分在USB设备类中属于自定义类，当控制面板USB接口连接到上位机(PC)后，上位机(PC)就对控制面板USB进行枚举并识别，接着为其分配为超声诊断设备特有部分编写的专用驱动程序，从而保证该部分可以与上位机(PC)进行正确的数据交换。
自定义功能键的数据传输格式如表6所示。
表6自定义功能按键数据格式 编码器数据传输格式如表7所示。
表7编码器数据格式 TGC调节模块的传送数据格式如表8所示。表8中的第二字节数据表示TGC的通道数，例如第一通道该数为1，第二通道该数为2，以此类推；第三字节数据为对应通道的数据。
表8 TGC调节模块数据传输格式 下传数据中包括LED指示灯控制信号数据等，表9为LED指示灯控制信号数据格式，表中第二字节为对应的LED位置。第三字节为对应LED的状态和亮度等级，该信号的位定义如表10所示。
表9 LED指示灯控制信号传输格式 表10LED指示灯第三字节表示意义 本例中，控制模块的核心采用软核处理器，软核处理器程序和FPGA逻辑设计数据保持在非易失存储器中，当控制面板上电后，FPGA自动从该非易失存储器中读取配置数据，完成FPGA的配置；一旦FPGA配置结束，软核处理器的PC(Program counter)指针指向Boot Rom，此时开始将非易失存储器中的数据拷贝到易失存储器中，拷贝结束后，软核处理器的PC(Programcounter)指针指向易失存储器，从而运行整个应用程序，控制面板开始正常工作。
本控制面板可以在上例的基础上增加或减少部分模块，精简或者增强控制面板处理功能。应用本方法的思想，可以设计出更多新型的USB类人机交互设备。本方法可以应用于与超声医疗诊断系统类似的、上位机可以支持USB类人机交互接口的其它医疗器械产品，完成人机交互设备的设计。
权利要求
1.一种医疗诊断系统，包括控制面板、上位机、显示设备、医疗诊断前端设备，所述控制面板、显示设备、医疗诊断前端设备分别与所述上位机连接；所述控制面板包括控制模块、按键矩阵；其特征是所述控制面板还包括USB通信模块及USB接口，所述USB通信模块一端与所述控制模块连接，另一端与所述USB接口连接；所述USB接口与所述上位机连接。
2.如权利要求1所述的医疗诊断系统，其特征是还包括轨迹球模块，与所述控制模块连接。
3.如权利要求1或2所述的医疗诊断系统，其特征是还包括TGC调节模块，与所述控制模块连接。
4.如权利要求1或2所述的医疗诊断系统，其特征是还包括编码器模块，与所述控制模块连接。
5.一种医疗诊断系统，包括控制面板、上位机，二者相接；其特征是所述控制面板包括字符数字按键部分，由上位机操作系统直接驱动；轨迹球部分，由上位机操作系统直接驱动；医疗诊断设备功能模块，由上位机预设的相应驱动程序驱动；三者以同一USB接口与所述上位机实现连接。
6.如权利要求5所述的医疗诊断系统，其特征是所述功能模块包括功能按键和/或TGC滑动电位器。
7.如权利要求5或6所述的医疗诊断系统，其特征是所述字符、数字按键部分在上位机进入基本输入输出系统时被枚举为标准PC的USB键盘。
8.如权利要求5或6所述的医疗诊断系统，其特征是所述字符数字按键部分、轨迹球部分，采用同一端口传送数据；字符数字按键数据、轨迹球数据中增设标志码区分。
9.如权利要求5或6所述的医疗诊断系统，其特征是所述医疗诊断设备功能模块的数据，采用自定义格式传送。
10.一种医疗诊断系统的控制面板，包括控制模块、按键矩阵，其特征是还包括USB通信模块及USB接口，所述USB通信模块一端与所述控制模块连接，另一端与所述USB接口连接；所述USB接口用于与医疗诊断系统的上位机插接。
11.如权利要求10所述的控制面板，其特征是还包括轨迹球模块，与所述控制模块连接。
12.如权利要求10或11所述的控制面板，其特征是还包括TGC调节模块，与所述控制模块连接。
13.如权利要求10或11所述的控制面板，其特征是还包括编码器模块，与所述控制模块连接。
全文摘要
本发明公开了一种医疗诊断系统及其控制面板。本发明使用USB技术来完成医疗诊断系统人机接口的输入，除了完全兼容部分标准的字符数字键外，还包括医疗诊断系统专用的功能模块和轨迹球，所有控制面板功能模块均通过一个物理上的USB接口完成，连接简洁。通用字符、数字键和轨迹球以及医疗诊断设备专用的功能模块集成为一个整体，通过一个物理上的USB接口与上位机(PC)通信，精简了人机接口外设连接复杂性，支持即插即用，使用更加简单、方便。由于控制面板可一体化，不受通用PC键盘的局限，外观造型设计可灵活多变，大大丰富了控制面板的外观造型。
文档编号A61B8/00GK101120892SQ20061006202
公开日2008年2月13日 申请日期2006年8月7日 优先权日2006年8月7日
发明者刘照泉, 韩乾全, 哲 王 申请人:深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司