基于软件的超声波成像系统技术方案

本发明专利技术公开基于软件的超声波成像系统。根据本实施例的一实施方式，在基于软件的超声波成像系统中，提供可有效地传输、处理及保存信道数据(或Raw数据)的方法及技术。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本实施例涉及超声波成像系统。更具体地，涉及改善数据传输、内存访问方式等的基于软件的超声波成像系统。
技术介绍
在该部分中记述的内容仅仅提供本实施例有关背景信息，不构成现有技术。超声波成像系统广泛用于利用入射超声波的对象体内部的反射信号来获取对象体的内部信息的医疗领域。超声波成像系统是需要多信道超声波信号获取及实时处理的复杂的电子系统。尤其，数字波束赋形是在超声波成像系统中最为运算集约型的功能模块，在传统方式中设计成硬连线(hard-wired)结构(例如，ASICs,FPGA)。近年来由于软件处理，尤其通用图形处理器(General-Purpose GPU，GPGPU)、超多核心(Many Integrated Core，MIC)等并发核心处理器的快速发展，以软件形式实现这种功能的尝试正在进行。根据这种基于软件的超声波成像系统，利用主机装置来处理实时获取的超声波数据，而这种主机装置本质上基于以非实时方式工作的操作系统，从这一点上看，可确保实时处理的超声波数据的传输、处理方式的设计显得很重要。
技术实现思路
本实施例的主要目的在于，提供改善数据传输、内存访问方式等的基于软件的超声波成像系统及利用上述基于软件的超声波成像系统的超声波图像生成方法。在本专利技术的部分实施例中，从前端单元向主机PC传输信道数据时，通过对于数据总线的总线主控(Bus Mastering)，不经过额外的内存，直接向主机PC的系统内存传输信道数据。并且，控制各信道数据的目的地地址，信道数据以按照变换器元素顺序进行排序的状态保存到系统内存。在本专利技术的部分实施例中，主机PC对系统内存的部分区域进行锁页(Page-Lock)，前端单元向锁页(Page-Locked)区域直接传输信道数据。锁页(Page-Locked)区域的地址信息与前端单元及并发核心处理器相联动，实现前端单元和图形处理器(GPU)的同时访问。并且，主机PC对系统内存的其他部分区域进行锁页，并可用于保存上述信道数据有关图像生成进程中某一步骤的结果物。主机PC可将系统内存的锁页(Page-Locked)区域用作标签内存。在本专利技术的部分实施例中，主机PC在执行用于形成超声波图像的进程中的至少一个下级进程的过程中，利用并发核心处理器的多线程处理方式。并且，为了提高并发核心处理器的处理速度，在系统内存和并发核心处理器的本地内存的数据复制时，以非同步传输方式分割并复制数据，使用数据复制和数据处理被重叠执行的流媒体技术。根据本实施例的一实施方式，提供超声波诊断装置，上述超声波诊断装置包括前端单元和主机PC，上述前端单元与变换器进行电连接，上述主机PC用于处理通过数据总线从上述前端单元所接收的信道数据，上述超声波诊断装置的特征在于，包括：系统内存；至少一个并发核心处理器；以及中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，用于对上述系统内存内的规定区域进行锁页(page-lock)，上述规定区域以下称为“第一区域”，上述前端单元以直接内存存取(Direct Memory Access，DMA)方式向上述第一区域传输上述信道数据，上述并发核心处理器以直接内存存取方式访问上述第一区域，在用于生成超声波图像的进程中，以多线程处理(Multi-Thread Processing)方式执行其中的至少部分进程。根据本实施例的再一实施方式，提供前端单元，上述前端单元与变换器进行电连接，上述前端单元的特征在于，包括：A/D转换器，用于将从上述变换器实时传输的射频信号转换为数字信号；缓冲内存，对上述A/D转换器的输出按信道进行缓冲；以及处理电路，以循环方式对缓冲于上述缓冲内存的各信道数据按数据总线的最大负荷大小(Max Payload Size)生成数据包，不论主机PC的数据请求与否，向上述主机PC的系统内存上的锁页(Page-Locked)区域进行传输。根据本专利技术的另一实施方式，提供主机PC，上述主机PC为超声波诊断装置的主机PC，上述超声波诊断装置包括前端单元和主机PC，上述前端单元与变换器进行电连接，上述主机PC用于处理通过数据总线从上述前端单元所接收的信道数据，上述主机PC的特征在于，包括：系统内存；至少一个并发核心处理器；以及中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，用于对上述系统内存内的规定区域进行锁页(page-lock)，上述规定区域以下称为“第一区域”，上述前端单元以直接内存存取(Direct Memory Access，DMA)方式向上述第一区域传输上述信道数据，上述并发核心处理器以直接内存存取方式访问上述第一区域，在用于生成超声波图像的进程中，以多线程处理(Multi-Thread Processing)方式执行其中的至少部分进程。根据本专利技术的还有一实施方式，提供超声波图像生成方法，上述超声波诊断装置包括前端单元和主机PC，上述前端单元与变换器进行电连接，上述主机PC用于处理通过数据总线从上述前端单元所接收的信道数据，上述超声波图像生成方法的特征在于，包括：由主机PC对系统内存的规定区域进行锁页(page-lock)的步骤，上述规定区域以下称为“第一区域”；前端单元利用变换器获得信道数据的步骤；上述前端单元向上述第一区域传输上述信道数据的步骤；以及利用包含在上述主机PC的中央处理器及并发核心处理器，对于上述信道数据执行用于生成超声波图像的进程的步骤，上述前端单元及并发核心处理器可通过直接内存存取(Direct Memory Access，DMA)方式同时访问上述第一区域。根据本专利技术的又一实施方式，提供计算机可读存储介质，用于保存指令，上述计算机可读存储介质的特征在于，包括：指令；上述指令在包含系统内存、中央处理器(Central Processing Unit，CPU)和并发核心处理器的计算机中运行的情况下，使得上述计算机对上述系统内存的规定区域进行锁页(page-lock)，上述规定区域以下称为“第一区域”；使得上述计算机针对从通过数据总线相连接的前端单元向上述第一区域以直接内存存取(Direct Memory Access，DMA)方式传输的信道数据，执行用于生成超声波图像的进程；上述并发核心处理器以直接内存存取方式访问上述第一区域，使得上述计算机以多线程处理(Multi-Thread Processing)方式执行用于生成超声波图像的进程中的至少部分进程。如上所述，根据本专利技术，提供在基于软件的超声波成像系统中可有效地传输、处理及保存信道数据的方法及技术。并且，前端单元不受到主机PC上的中央处理器(CPU)的干预，通过总线主控向系统内存直接传输信道数据，由此可以最小化因数据传输产生的时间延迟。并且，从前端单元向系统内存传输信道数据的同时，各信道的样本值以按照变换器元素顺序排列的方式保存，因此，使数据的联合(Coalescing)增加，从而在主机PC中的信道数据有关运算，例如，波束赋形运算时，提高内存访问的效率性。并且，在图形处理器(GPU)的本地内存和系统内存之间进行数据复制时，以非同步传输方式分割并传输数据，使得数据传输和数据处理被重叠同时执行，可将数据复制的延时彻底隐藏于图形处理器(GPU)的运算之后。并且，将系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波诊断装置，上述超声波诊断装置包括前端单元和主机PC，上述前端单元与变换器进行电连接，上述主机PC用于处理通过数据总线从上述前端单元所接收的信道数据，上述超声波诊断装置的特征在于，包括：系统内存；至少一个并发核心处理器；以及中央处理器，用于对上述系统内存内的规定区域进行锁页，上述规定区域以下称为“第一区域”，上述前端单元以直接内存存取方式向上述第一区域传输上述信道数据，上述并发核心处理器以直接内存存取方式访问上述第一区域，在用于生成超声波图像的进程中，以多线程处理方式执行其中的至少部分进程。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种超声波诊断装置，上述超声波诊断装置包括前端单元和主机PC，上述前端单元与变换器进行电连接，上述主机PC用于处理通过数据总线从上述前端单元所接收的信道数据，上述超声波诊断装置的特征在于，包括：系统内存；至少一个并发核心处理器；以及中央处理器，用于对上述系统内存内的规定区域进行锁页，上述规定区域以下称为“第一区域”，上述前端单元以直接内存存取方式向上述第一区域传输上述信道数据，上述并发核心处理器以直接内存存取方式访问上述第一区域，在用于生成超声波图像的进程中，以多线程处理方式执行其中的至少部分进程。2.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，上述前端单元及上述并发核心处理器可利用上述第一区域的地址信息同时访问上述第一区域。3.根据权利要求2所述的超声波诊断装置，其特征在于，上述第一区域的地址信息为上述第一区域的物理地址或与上述物理地址相对应的逻辑地址。4.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，上述前端单元对于上述信道数据按信道生成数据包，并分配各数据包的目的地地址，使得各信道数据保存到上述第一区域内连续的地址空间。5.根据权利要求4所述的超声波诊断装置，其特征在于，上述前端单元以上述数据总线的最大负荷大小为基准，向上述信道数据按信道适用循环方式并生成数据包。6.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，上述并发核心处理器在执行上述进程时，将保存于上述第一区域的信道数据分割为多个块，并以并行复制与执行方式处理所分割的块。7.根据权利要求6所述的超声波诊断装置，其特征在于，分割上述信道数据的基准随着在获得上述信道数据时使用的超声波发送方式而不同。8.根据权利要求6所述的超声波诊断装置，其特征在于，在上述超声波发送方式为利用集束超声波的情况下，各块由至少一个扫描线数据的集合构成。9.根据权利要求8所述的超声波诊断装置，其特征在于，上述块的大小由扫描景深、扫描线的数量、集成、帧率及实时/非实时工作与否中的至少一种决定。10.根据权利要求6所述的超声波诊断装置，其特征在于，在上述超声波发送方式为利用平面波的情况下，各块由多个帧数据的集合构成。11.根据权利要求10所述的超声波诊断装置，其特征在于，上述块的大小由扫描景深、扫描线的数量、集成、帧率、拟合成帧的数量及实时/非实时工作与否中的至少一种决定。12.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，上述超声波诊断装置获得超越上述主机PC的实时处理能力的信道数据。13.根据权利要求12所述的超声波诊断装置，其特征在于，在上述超声波诊断装置以实时处理方式工作的情况下，上述并发核心处理器仅选择性地处理保存于上述第一区域的信道数据中的部分数据。14.根据权利要求12所述的超声波诊断装置，其特征在于，上述超声波诊断装置在进行标签循环工作时，上述并发核心处理器处理保存于上述第一区域的所有信道数据或至少多于以实时处理方式工作的情况下的信道数据。15.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，上述并发核心处理器将用于生成上述超声波图像的进程中某一步骤的结果物向上述系统内存的第二区域进行直接内存存取传输。16.根据权利要求15所述的超声波诊断装置，其特征在于，上述超声波诊断装置在进行标签循环工作时，将上述系统内存的上述第一区域和/或上述第二区域用作标签内存。17.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，上述并发核心处理器在执行上述进程时，以保存输入数据及输出数据的方式限制片外内存的利用。18.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，上述并发核心处理器在执行上述进程时，将片上内存用于中间结果物的保存。19.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，上述并发核心处理器为图形处理器、通用图形处理器及超多核心中的一种。20.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，上述前端单元为现场可编程门阵列。21.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，上述前端单元以周边设备形态整合到上述主机PC。22.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，上述前端单元以板对板访问方式整合到探针内。23.一种前端单元，上述前端单元与变换器进行电连接，上述前端单元的特征在于，包括：A/D转换器，用于将从上述变换器实时传输的射频信号转换为数字信号；缓冲内存，对上述A/D转换器的输出按信道进行缓冲；以及处理电路，以循环方式对缓冲于上述缓冲内存的各信道数据进行排程，不论主机PC的数据请求与否，通过数据总线向上述主机PC的系统内存上的锁页区域进行传输。24.根据权利要求23所述的前端单元，其特征在于，上述处理电路从上述主机PC获得上述锁页区域的地址信息。25.根据权利要求23所述的前端单元，其特征在于，上述处理电路通过与上述主机PC相连接的数据总线有关总线主控，按信道生成数据包，并向上述系统内存上的锁页区域内的目的地地址进行传输。26.根据权利要求25所述的前端单元，其特征在于，上述目的地地址进行分配，使得各信道数据保存到连续的地址空间。27.根据权利要求23所述的前端单元，其特征在于，上述射频信号在转换为数字信号之前或之后，适用包含低通滤波、反混淆滤波、脉冲压缩、带通滤波、IQ解调及抽取中的至少部分的预处理。28.一种主机PC，上述主机PC为超声波诊断装置的主机PC，上述超声波诊断装置包括前端单元和主机PC，上述前端单元与变换器进行电连接，上述主机PC用于处理通过数据总线从上述前端单元所接收的信道数据，上述主机PC的特征在于，包括：系统内存；至少一个并发核心处理器；以及中央处理器，用于对上述系统内存内的规定区域进行锁页，上述规定区域以下称为“第一区域”，上述前端单元以直接内存存取方式向上述第一区域传输上述信道数据，上述并发核心处理器以直接内存存取方式访问上述第一区域，在用于生成超声波图像的进程中，以多线程处理方式...

【专利技术属性】
技术研发人员：张善烨，具滋云，姜承范，孙健豪，
申请(专利权)人：爱飞纽医疗机械贸易有限公司，
类型：发明
国别省市：韩国;KR