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

 

智(zhi)能(neng)探(tan)針(zhen)電(dian)源(yuan)本(ben)身(shen)功(gong)耗(hao)較(jiao)低(di)
，要(yao)為(wei)智(zhi)能(neng)探(tan)針(zhen)供(gong)電(dian)的(de)同(tong)時(shi)，使(shi)噪(zao)音(yin)保(bao)持(chi)在(zai)極(ji)低(di)的(de)水(shui)平(ping)，是(shi)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)麵(mian)臨(lin)的(de)兩(liang)大(da)棘(ji)手(shou)挑(tiao)戰(zhan)。智(zhi)能(neng)探(tan)針(zhen)電(dian)源(yuan)的(de)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)必(bi)須(xu)在(zai)很(hen)小(xiao)的(de)體(ti)積(ji)內(nei)進(jin)行(xing)工(gong)作(zuo)
，他(ta)們(men)不(bu)僅(jin)要(yao)使(shi)電(dian)源(yuan)效(xiao)率(lv)達(da)到(dao)90%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64個(ge)通(tong)道(dao)。像(xiang)這(zhe)樣(yang)的(de)設(she)備(bei)可(ke)以(yi)給(gei)傳(chuan)感(gan)器(qi)通(tong)電(dian)以(yi)產(chan)生(sheng)超(chao)聲(sheng)波(bo)脈(mai)衝(chong)，處(chu)理(li)接(jie)收(shou)到(dao)的(de)回(hui)聲(sheng)，並(bing)轉(zhuan)換(huan)為(wei)數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)以(yi)生(sheng)成(cheng)圖(tu)像(xiang)。這(zhe)些(xie)前(qian)端(duan)仍(reng)然(ran)需(xu)要(yao)額(e)外(wai)的(de)設(she)備(bei)，如(ru)處(chu)理(li)器(qi)或(huo)現(xian)場(chang)可(ke)編(bian)程(cheng)門(men)陣(zhen)列(lie)（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，zheyangyishenghuohuanzhejiubuhuigandaoshebeiguore，ciwaishebeikenengjinxudianchigongdianjikeyunxing。zhezhongdigonglvyiweizhebuxuyaoxiangfengshanzheyangdelengquejizhi，yinweifengshanhuishishebeizhendong，jinerdaozhihuamianmohu。shejirenyuanbixujiehegezhongjizhi，yiquebaotanzhenbaochizaiqigonglvyusuanfanweinei，baokuorangmouxieshebeizaixianzhishijinruxiumianzhuangtai，yibianzaibushiyongshiwanquanguanbishebei。

 

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、尺chi寸cun更geng小xiao

，且qie具ju有you連lian接jie性xing能neng的de設she備bei推tui向xiang市shi場chang
，醫yi學xue界jie將jiang見jian證zheng智zhi能neng探tan針zhen被bei迅xun速su采cai用yong的de那na一yi天tian。從cong發fa達da國guo家jia的de醫yi院yuan到dao發fa展zhan中zhong國guo家jia的de遠yuan程cheng醫yi療liao中zhong心xin，再zai到dao診zhen斷duan戰zhan場chang上shang的de受shou傷shang士shi兵bing
，超chao聲sheng智zhi能neng探tan針zhen的de快kuai速su發fa展zhan正zheng改gai變bian著zhe整zheng個ge環huan境jing，且qie有you助zhu於yu為wei全quan人ren類lei提ti供gong更geng好hao的de醫yi療liao。

 

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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