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(su)USB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）
，laikongzhitamenbingchulishengchengdeshuju。zhelidetiaozhanzaiyujinkenengduodijiangzhexieshebeizhuangru，yitongguozaixiangtongdegonghaoyusuanneizengjiatongdaoshulaitigaohuamianzhiliang。

 

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 GBdeshuju，zhexieshujubunengzhijiechuanshudaopingbandiannaohuoyidongshebei。jishizhexieshujukeyitongguomouzhongfangshichuanshu，danshebeiyewufashishiduiqijinxingchuli。yinci
，zaijiangcishujufasongdaoxianshidanyuanzhiqian，bixujiangqizhuanhuanweikeguanlidedaxiao。chuliliangjiyuxianshidanyuangonghao
、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

 

在(zai)智(zhi)能(neng)探(tan)針(zhen)中(zhong)麵(mian)臨(lin)的(de)最(zui)大(da)挑(tiao)戰(zhan)是(shi)對(dui)大(da)量(liang)數(shu)據(ju)進(jin)行(xing)快(kuai)速(su)和(he)高(gao)效(xiao)的(de)分(fen)析(xi)。如(ru)今(jin)，準(zhun)確(que)的(de)解(jie)讀(du)需(xu)要(yao)許(xu)多(duo)醫(yi)生(sheng)對(dui)數(shu)據(ju)進(jin)行(xing)分(fen)析(xi)

，這(zhe)對(dui)醫(yi)生(sheng)的(de)能(neng)力(li)和(he)分(fen)析(xi)時(shi)間(jian)提(ti)出(chu)了(le)較(jiao)高(gao)的(de)要(yao)求(qiu)。而(er)現(xian)在(zai)通(tong)過(guo)高(gao)速(su)連(lian)接(jie)，數(shu)據(ju)可(ke)以(yi)發(fa)送(song)到(dao)遠(yuan)程(cheng)位(wei)置(zhi)的(de)服(fu)務(wu)器(qi)進(jin)行(xing)快(kuai)速(su)分(fen)析(xi)。隨(sui)著(zhe)大(da)數(shu)據(ju)分(fen)析(xi)的(de)興(xing)起(qi)，人(ren)工(gong)智(zhi)能(neng)、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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