专利名称：超声诊断成像系统及其电影回放的实现方法
超声诊断成像系统及其电影回放的实现方法
技术领域：
本发明涉及一种图像数据传输系统，特别涉及超声诊断设备中图像数 据传输与重现的系统、方法。背景技术：
在医学影像诊断领域中，超声诊断设备以其相对廉价和基本无创的特 性得到最广泛的应用。电影回放是超声诊断设备必不可少的功能，是超声 诊断的重要手段。电影回放的功能是指实时扫描时得到图像数据同时被 存入存储器中，用户在冻结状态下可以把存储器中的图像数据以速度可控 的方式重现在显示设备上。这种回放的方式对于医生诊断疾病的帮助是显 而易见的。电影回放在超声诊断系统中的位置如图l所示。
现有的超声诊断设备可分为两种工作状态实时扫描状态和冻结状态。 实时扫描状态下，扫描并显示实时图像，同时实时图像数据被保存在电影 回放存储器当中。冻结状态下，扫描停止，如果没有启动电影回放，则显 示最后一帧的图像；如果启动电影回放，则从电影回放存储器中取出之前 存储的图像数据，回放实时状态下产生的图像。由于电影回放需要存储较 多帧的数据，需要使用动态随机存取存储器DRAM (Dynamic Random Access Memory)才能满足其容量的要求，目前主要使用SDRAM (Synchronous D醒)。
电影回放的控制目前多采用硬件实现。硬件实现电影回放的设计中， 对电影回放的控制和数据传输均由硬件逻辑实现，例如公开号CN1609882 中国专利申请所述。软件把当前系统状态、扫描模式和用户界面的输入写 入寄存器，硬件逻辑根据寄存器信息计算出相应模式的帧号和扫描线号， 然后计算出电影回放存储器的读或写地址和寻址长度；用作电影回放存储 器的DRAM直接挂在可编程逻辑阵列FPGA (Field Programmable Logic Array)上，FPGA通过对DRAM的读或写完成电影回放数据的双向传输。如图
2所示。这种方法不仅需要硬件实现电影回放控制逻辑，而且还需要实现一 个DRAM控制器。因此上述两种功能的实现需要较多的逻辑资源开销，并且 DRAM挂在FPGA上要消耗较多的管脚资源；另一方面，电影回放的控制逻 辑比较复杂，DRAM控制器的设计也有一定的难度，所以这种设计会增加设 计和调试的难度，延长开发的时间。
发明内容
本发明的目的主要在于提供一种超声诊断成像系统及其电影回放的 实现方法，其资源配置更优化、成本低、效率高。
为实现上述目的，本发明提出一种超声诊断成像系统，包括内建
DRAM/SDRAM控制器的微处理器、可编程逻辑电路、电影回放存储器，所述
可编程逻辑电路与所述微处理器连接；所述电影回放存储器直接挂接于所 述微处理器内建的DRAM/SDRAM控制器;所述微处理器固化有电影回放控制 模块，在扫描中断期间，所述电影回放控制模块控制电影回放数据的双向 传输。
上述的系统，所述微处理器内建DMA控制器，所述电影回放数据的双 向传输采用DMA方式。
同时，本发明提出了一种超声诊断成像系统中电影回放的实现方法， 该超声诊断成像系统包括内建DRAM/SDRAM控制器的微处理器、可编程逻辑 电路、电影回放存储器，所述可编程逻辑电路与所述微处理器连接；电影 回放存储器直接挂接于微处理器内建的DRAM/SDRAM控制器，电影回放控制 模块固化于该微处理器内；在扫描中断期间，由该电影回放控制模块控制 电影回放数据的双向传输。
上述的方法，所述电影回放数据的双向传输采用DMA方式。
上述的方法，如果系统处于实时扫描状态，每次扫描中断时所述电影 回放控制模块都从可编程逻辑电路读出线数据传送给电影回放存储器；如 果系统处于电影回放状态，每次扫描中断时所述电影回放控制模块都从电 影回放存储器读出线数据传送给可编程逻辑电路。
上述的方法，在电影回放状态，微处理器先写一个控制寄存器通知可 编程逻辑电路即将进行DMA传输的数据的线号、属性、以及要写入可编程
逻辑电路的缓冲区地址指示；然后启动DMA传输；电影回放控制模块从电 影回放存储器读取线数据写入可编程逻辑电路；可编程逻辑电路将该数据 进行扫描变换并送入显示器进行显示。微处理器在DMA传输期间计算下一 次扫描中断需要DMA传输的数据的线号、属性以及要写入可编程逻辑电路 的缓冲区地址指示，计算好下一次DMA的源地址和目的地址；期间微处理 器一直监测DMA结束标志位，如果DMA传输结束，则清扫描中断，结束扫 描中断。
上述的方法，在实时扫描状态，微处理器先读一个控制寄存器获取下 一次扫描中断要传输的数据的线号、属性、以及要读取的可编程逻辑电路 缓冲区地址指示该寄存器的值，由硬件逻辑适时更新；然后启动DMA传输， 从可编程逻辑电路读取线数据写入电影回放存储器。微处理器在DMA传输 期间根据从可编程逻辑电路读取的寄存器值，计算下一次DMA传输的源地 址和目的地址；期间微处理器一直监测DMA结束标志位，如果DMA结束， 则清扫描中断，结束扫描中断。
由于采用了以上的方案，本发明通过软件在扫描中断里执行电影回放 数据传输和控制，软件的开销虽然有所增加，但是电影回放期间，软件基 本上处于"闲时"状态，而且采用DMA方式传输数据，减少了数据传输对 微处理器的工作效率的影响。软件实现的电影回放合理地利用了软件的"闲 时"和微处理器集成的外设，优化了软件和硬件的功能划分； 一方面减少 了硬件逻辑的开销；另一方面降低了设计的难度，加快了开发时间，提高 了设计的可靠性。并且软件实现的控制具有更大的灵活性，方便进行功能 扩展，可以使电影回放功能变得更加丰富，而不用增加很多的开销，无须 额外投入硬件成本。
本发明利用了微处理器集成的DRAM/SDRAM接口，逻辑资源的开销被节 省下来，节省了可编程逻辑电路的管脚资源，降低了设计难度，提高了设 计的可靠性；合理利用微处理器集成外设也有利于縮短产品开发周期和降 低成本。
图l超声成像系统框图。
图2现有技术的硬件电影回放框图，
图3本发明的扫描同步和扫描中断示意图，
图4本发明的软件电影回放框图，
图5本发明的电影回放状态DMA传输示意图，
图6本发明的实时扫描状态DMA传输示意图，
图7本发明的电影回放控制模块的程序流程图。
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。
本发明的一种超声诊断成像系统，包括内建DRAM控制器的微处理器、 可编程逻辑电路FPGA、电影回放存储器，可编程逻辑电路与微处理器连接; 电影回放存储器直接挂接于微处理器内建的DRAM控制器；微处理器固化有 软件实现的电影回放控制模块。其实现电影回放的基本方法是在系统的 扫描中断期间通过直接存储器存取DMA (Direct Memory Access)方式控制
电影回放数据的双向传输。
B型超声图像由亮度表示声阻抗信息的二维图像，而超声束每一次发射 和接收只能得到声束方向上的一线数据，所以超声诊断设备通过控制声束 的周期性扫描得到二维平面上的回波数据，处理后构成二维的B超图像。每 一次扫描进行一次发射和接收，称为一个扫描周期，指示扫描周期的信号 称为扫描同步信号，如图3所示。每一次扫描同步信号有效以后，会触发一 个扫描中断，由电影回放控制模块在扫描中断期间写入扫描控制的参数。 图中扫描中断为低有效。在本发明中电影回放控制模块在扫描中断期间， 除了正常写入扫描控制的参数，还要完成控制DMA传输电影回放的数据，如 图3所示。
电影回放控制模块对电影回放的控制是根据当前系统的状态、扫描模 式和用户界面的输入计算出相应模式下当前的帧号和扫描线号，然后再根 据这些信息计算出存储器的起始地址和寻址长度；电影回放控制模块对数 据传输的控制是在扫描中断服务程序中通过DMA方式使线数据在电影回放 存储器和FPGA之间正确传输；电影回放控制模块需要计算DMA的源地址和目 的地址，并且控制DMA的启动和结束，如图4所示。
以下详细介绍电影回放控制模块对DMA数据传输的控制。 在扫描中断服务程序中，电影回放控制模块用DMA方式实现电影回放数 据的双向传输。首先判断目前系统状态，如果是电影回放状态，则每次扫描 中断将电影回放存储器中的线数据送给FPGA用于显示，如图5所示；如果是 实时扫描状态，每次扫描中断都从FPGA读出线数据送给电影回放存储器，如 图6所示；在其它状态(比如冻结而没有电影回放)，则扫描中断不需做其它 操作。下面对每种状态分别加以详细说明。
在电影回放状态，电影回放控制模块从电影回放存储器读取线数据写 入FPGA，如图5。在启动DMA传输之前，微处理器先写一个控制寄存器告诉 FPGA即将进行DMA传输的数据的线号、属性、以及要写入FPGA的缓冲区地址 指示；然后启动DMA传输；微处理器在DMA传输期间计算下一次扫描中断要 DMA传输的数据的线号，属性以及要写入FPGA的缓冲区地址指示，并且计算 好下一次DMA的源地址和目的地址；期间微处理器一直监测DMA结束标志位， 如果没结束继续监测等待，如果DMA结束，则清扫描中断，结束扫描中断。 如果是M型电影回放,则每个扫描中断送一条M线数据用亍显示，和B型电影 回放不同的是DMA的源地址不同。电影回放控制模块的程序流程图如图7所 示。
在实时扫描状态，电影回放控制模块从FPGA读取线数据写入电影回放 存储器，如图6。在启动DMA之前，微处理器先读一个控制寄存器获取下一 次扫描中断要传输的数据的线号、属性、以及要读取的FPGA缓冲区地址指 示该寄存器的值，该寄存器值由FPGA根据接收线号和属性自动产生，时机 是在微处理器读之前，硬件逻辑必须稳定产生指示下一次扫描中断的寄存 器参数；然后启动DMA传输；微处理器在DMA传输期间根据从FPGA读取的寄 存器值，计算下一次DMA传输的源地址和目的地址；期间微处理器一直监测 DMA结束标志位，如果没结束继续监测等待,如果DMA结束,则清扫描中断，结 束扫描中断。如果是M型电影回放，则每个扫描中断送一条M线数据存入电影 回放存储器,和B型电影回放不同的是DMA的目的地址不同。扫描中断程序流 程如图7。
其它状态，在冻结情况下，又没有启动电影回放，此时FPGA从电影回放 存储器读取数据用于显示，此时扫描中断程序不执行电影回放DMA传输操 作；清扫描中断，结束扫描中断。
本发明在迈瑞公司黑白超声平台项目上实施。微处理器完成用户界面 控制、参数计算和加载、扫描控制等工作；电影回放功能由电影回放控制 模块控制实现，超声成像系统的其余环节均由硬件逻辑实现，如图l。电影 回放功能利用了微处理器集成的DMA控制器或SDRAM控制器，挂在微处理器 上的SDRAM用作电影回放的存储器，如图4、图5、图6，电影回放存储器直 接使用嵌入式系统的一块内存空间。不仅实现了电影回放原有的各种功能， 再做功能的扩展也很方便。
目前超声成像系统趋向基于个人计算机PC平台设计,后端的信号处理 和扫描变换环节在PC上编程实现；本发明提供的方法，除电影回放功能采 用嵌入式的电影回放控制模块控制实现，超声成像的所有环节仍采用硬件 实现。
权利要求
1、一种超声诊断成像系统，包括内建DRAM/SDRAM控制器的微处理器、可编程逻辑电路、电影回放存储器，所述可编程逻辑电路与所述微处理器连接；其特征是所述电影回放存储器直接挂接于所述微处理器内建的DRAM/SDRAM控制器；所述微处理器固化有电影回放控制模块，在扫描中断期间，所述电影回放控制模块控制电影回放数据的双向传输。
2、 如权利要求l所述的系统，其特征是所述微处理器内建DMA控制 器，所述电影回放数据的双向传输采用DMA方式。
3、 一种超声诊断成像系统中电影回放的实现方法，该超声诊断成像系 统包括内建DRAM/SDRAM控制器的微处理器、可编程逻辑电路、电影回放存 储器，所述可编程逻辑电路与所述微处理器连接；其特征是其电影回放 存储器直接挂接于微处理器内建的DRAM/SDRAM控制器，电影回放控制模块 固化于该微处理器内；在扫描中断期间，由该电影回放控制模块控制电影 回放数据的双向传输。
4、 如权利要求3所述的方法，其特征是所述电影回放数据的双向传 输采用DMA方式。
5、 如权利要求4所述的方法，其特征是如果系统处于实时扫描状态, 每次扫描中断时所述电影回放控制模块都从可编程逻辑电路读出线数据传 送给电影回放存储器；如果系统处于电影回放状态，每次扫描中断时电影 回放控制模块都从电影回放存储器读出线数据传送给可编程逻辑电路。
6、 如权利要求5所述的方法，其特征是在电影回放状态，微处理器 先写一个控制寄存器通知可编程逻辑电路即将进行DMA传输的数据的线 号、属性、以及要写入可编程逻辑电路的缓冲区地址指示；然后启动DMA 传输；电影回放控制模块从电影回放存储器读取线数据写入可编程逻辑电 路；可编程逻辑电路将该数据进行扫描变换并送入显示器进行显示。
7、 如权利要求5所述的方法，其特征是在实时扫描状态，微处理器 先读一个控制寄存器获取下一次扫描中断要传输的数据的线号、属性、以 及要读取的可编程逻辑电路缓冲区地址指示该寄存器的值，由硬件逻辑适时更新；然后启动DMA传输，从可编程逻辑电路读取线数据写入电影回放 存储器。
8、 如权利要求6所述的方法，其特征是微处理器在DMA传输期间计 算下一次扫描中断需要DMA传输的数据的线号、属性以及要写入可编程逻 辑电路的缓冲区地址指示，计算好下一次DMA的源地址和目的地址；期间 微处理器一直监测DMA结束标志位，如果DMA传输结束，则清扫描中断， 结束扫描中断。
9、 如权利要求7所述的方法，其特征是微处理器在DMA传输期间根 据从可编程逻辑电路读取的寄存器值，计算下一次DMA传输的源地址和目 的地址；期间微处理器一直监测DMA结束标志位，如果I篇结泉则清扫描 中断，结束扫描中断。
全文摘要
本发明公开了一种超声诊断成像系统及其电影回放的实现方法，该系统中电影回放存储器直接挂接于微处理器内建的DRAM/SDRAM控制器，电影回放控制模块固化于微处理器内；在扫描中断期间，由该电影回放控制模块控制电影回放数据的双向传输。本发明电影回放的控制和数据传输由软件来实现，一方面减少了硬件逻辑的开销；另一方面降低了设计的难度，加快了开发时间，提高了设计的可靠性。并且软件实现的控制具有更大的灵活性，方便进行功能扩展，可以使电影回放功能变得更加丰富，而不用增加很多的开销，无须额外投入硬件成本。
文档编号A61B8/00GK101185579SQ200610156869
公开日2008年5月28日 申请日期2006年11月15日 优先权日2006年11月15日
发明者姚海锋, 宋炜华, 波 杨, 金成勋 申请人:深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司