客服热线:4001155216

从推车式到便携式:超声智能探针可以改变医疗服务

2019-10-19 13:57 来源:86ic网   
核心摘要:从推车式到便携式:超声智能探针可以改变医疗服务医学成像,特别是超声成像技术,正处于变革之中。过去,医疗人员使用推车式的高

从推车式到便携式:超声智能探针可以改变医疗服务

医学成像,特别是超声成像技术,正处于变革之中。过去,医疗人员使用推车式的高性能超声波系统为病人诊断,而现在他们可以使用手持设备来实现超声波成像。得益于半导体技术的进步,超声智能探针的尺寸越来越小且变得便携,人们在办公室和医院之外就能够获得医疗保健。

 

超声智能探针实质上是一种便携式超声波,整个前端和几乎所有后端硬件都集成其中。智能探针的功耗较低,尺寸也小,能够在保持信号质量的同时处理数据,并且可以使用高速 USB 或无线连接在移动设备上显示图像。

 

在不远的将来,绝大多数医生就能将智能探针装进口袋里。未来十年内全球市场上出现几百万个这样的探针,其作用将与标准超声系统相辅相成。然而,将超声系统缩至手持设备的大小绝非易事,我们面临着诸多挑战。下面我们列举了智能探针设计人员所面临的七大挑战。

 

供电

智能探针电源本身功耗较低,要为智能探针供电的同时,使噪音保持在极低的水平,是设计人员面临的两大棘手挑战。智能探针电源的设计人员必须在很小的体积内进行工作,他们不仅要使电源效率达到 90%以上,且要让设备在待机时保持低功耗,最重要的是让其保持低噪音。大多数制造商需要将其电源切换至 500 kHz 以下,并且和外部时钟保持同步,以最大限度地减少 2-20 MHz 超声工作频率范围内的谐波干扰。尺寸和效率之间的权衡是一个巨大的挑战。

 

尺寸

20 年前,64 通道的超声系统由多个 A4 大小的板组成,用于传输、接收、模数转换、波束形成和处理,其与底板相接并可连接到标准计算机上。如今,一块完整的 64 通道智能探针的前端板必须要比信用卡还小(85 mm x 54 mm),但即使在技术进步和高度集成的今日,要实现这一目标仍然任重道远。

 

通道数量

同时处理更多的通道可以提高画面质量。绝大多数推车式扫描仪具有 128 个或更多通道。最初的探针在内部集成了 8 到 16 个通道。这些通道必须连接到一个更大的系统进行处理。

 

目前,制造商们正试图将多达 64 或 128 个通道集成到探针中。为了实现这样的通道密度,他们现在可以利用新型的商业化设备,如德州仪器(TI)的高度集成的前端设备。采用 TX7332 32 通道传输模拟前端和 AFE5832LP 32 通道接收模拟前端,设计人员就能只使用两个设备而放置 64 个通道。像这样的设备可以给传感器通电以产生超声波脉冲,处理接收到的回声,并转换为数字信号以生成图像。这些前端仍然需要额外的设备,如处理器或现场可编程门阵列(FPGA),来控制它们并处理生成的数据。这里的挑战在于尽可能多地将这些设备装入,以通过在相同的功耗预算内增加通道数来提高画面质量。

 

每个通道的功耗

一台推车式 128 通道超声扫描仪的功耗约为 500W 到 1kW。手持智能探针的功耗预算仅为 3-5W,这样医生或患者就不会感到设备过热,此外设备可能仅需电池供电即可运行。这种低功率意味着不需要像风扇这样的冷却机制,因为风扇会使设备振动,进而导致画面模糊。设计人员必须结合各种机制,以确保探针保持在其功率预算范围内,包括让某些设备在闲置时进入休眠状态,以便在不使用时完全关闭设备。

 

图 1:半导体技术的进步极大地减小了超声波的大小和功率限制

 

数据处理

数据处理受多种因素影响,包括通道数量、预期功耗和数据传输带宽。在 40 兆赫的 64 通道系统采样中,前端每秒产生大量 5.12 GB 的数据,这些数据不能直接传输到平板电脑或移动设备。即使这些数据可以通过某种方式传输,但设备也无法实时对其进行处理。因此,在将此数据发送到显示单元之前,必须将其转换为可管理的大小。处理量基于显示单元功耗、带宽和处理能力这三者之间的权衡。大多数设计人员使用超低功耗的 FPGA 和处理器进行数据处理和控制前端。

 

数据传输

对于有线探针,当向显示单元提供必要的电源和高数据传输带宽时,使用 USB Type-C™的 USB 3.1 以及更高版本的接口更具优势。但对于真正的移动智能探针来说,数据必须通过无线传输。在市场可以买到多种无线通信协议,如 Wi-Fi®(802.11n、802.11ac、802.11ad 或 802.11ax 标准)。然而,当多个设备使用同一波段时,这些协议的带宽会受到干扰的制约。虽然也有其他标准如 802.11ah (Sub-1 GHz),但其带宽通常会受到限制。

 

数据解读

在智能探针中面临的最大挑战是对大量数据进行快速和高效的分析。如今,准确的解读需要许多医生对数据进行分析,这对医生的能力和分析时间提出了较高的要求。而现在通过高速连接,数据可以发送到远程位置的服务器进行快速分析。随着大数据分析的兴起,人工智能、图像比较和解读可以实时在线进行,从而实现即时诊断。

 

结论

医学成像的下一个大浪潮将体现在微小的尺寸上。随着超声智能探针的设计人员不断解决难题并以更低、更实惠的价格将更优质、尺寸更小,且具有连接性能的设备推向市场,医学界将见证智能探针被迅速采用的那一天。从发达国家的医院到发展中国家的远程医疗中心,再到诊断战场上的受伤士兵,超声智能探针的快速发展正改变着整个环境,且有助于为全人类提供更好的医疗。

(责任编辑:小编)
下一篇:

量子通信重大进展:北京成功研制首台量子直接通信样机

上一篇:

有源医疗器械的工频磁场抗扰度该如何测试?



免责声明
• 
本文仅代表作者个人观点,本站未对其内容进行核实,请读者仅做参考,如若文中涉及有违公德、触犯法律的内容,一经发现,立即删除,作者需自行承担相应责任。涉及到版权或其他问题,请及时联系我们kf@86ic.com