CN101524285A - 带有个人计算机结构的超声诊断成象系统 - Google Patents

Abstract

超声诊断成象系统配置有个人计算机平台，它处理数字回声信号和产生供显示用的超声图象信号、个人计算机平台的扩展总线结构包容了附属处理器例如波束成型器卡，数字信号处理卡，视频卡，和网络卡，对超声系统而言它们是必需的或是希望的。在优选的实施例中，由连接到扩展总线上的波束成型器产生的数字信号采样由个人计算机平台的CPU执行软件处理以供显示。在基于个人计算机的超声系统的优选的软件结构由多个面向对象的实时执行的软件任务和有效和耐用的多任务操作系统组成。通过用较高性能的CPU简单替换CPU实现了整个超声系统的性能升级，这样随着个人计算机CPU技术的发展提供了连续超声系统性能的改进。

Description

带有个人计算机结构的超声诊断成象系统

本申请是申请人ATL超声波公司于1997年9月12日提交的发明名称为“带有个人计算机结构的超声诊断成象系统”的中国专利申请97121370.4的分案申请。

技术领域

本发明是关于超声诊断图象系统，更具体而言，是关于设计为个人计算机平台的超声诊断图象系统。

背景技术

早期的超声系统是简单的实验室装置，压电振子晶体被绕在波形产生电路以驱动振子和放大电路，该电路能够接收和放大由晶体接收的回声，该接收的回声能够触发回声的单线描扫示波器的屏幕，使研究者能够确定回声产生的深度。

单线回声是极端受限制的显示，然而，却导致了两维图象系统的发展。由于用大量相邻线扫描区域的最简单方法是移动晶体，机械扇形扫描器很快和电路一块开发出来以控制机械扫描和翻译扫描运动为显示线的位置坐标。为了同时显示顺序产生的线，采用带有长余辉的荧光物质的存储管。

机械扫描器固有的可靠性导致希望取消这样的机构和线性阵列振子开始登场了，线性阵列引进其它的电路到系统，不是开关电路顺序连接不同的阵列元件到放大器，就是迅速扩大各各单独的放大器到每一个阵子元件。后者的方法由于微电子学例如运算放大器的进步而极大的受了益。随着能以希望的显示格式产生图象和存储显示的图象的数字扫描转换器的发展，两维显示的存储管很快就过时了。

这超声仪器新电路持续发展和所希望的新的和不同电路的迅速扩大的连续性导至了制造超声系统的公司的明显的响应：集成化。使电路包装为单独的模块，这些模块已经能被新的模块所取代可以获得更先进的模块，带有新的和不同功能的模块能被连接到现存的系统的模块上，在70年代中期绝大部分公司已经集成化它们的产品，包括以先进的技术实验室的III型超声心动描记器系统为典型、III型超声系统由装在可以推动的十九英寸架上的相互可叠放在一起的三个或四个模块组成，在典型的配置中，III型系统包括脉冲回声模块，DSC(数字扫描转换器)模块，视频显示模块，和带状记录纸记录器模块。III型系统展示的功能配置在当今依然是典型的。脉冲回声模式是“前端”模块，它控制传送和响应地接收各种扫描类型的超声探头(即，M-型，A-型，或扇型扫描)。DSC模块是“后端”模块，它执行信号的后处理和M-型，A-型，多普勒(Doppler)，或两维图象的数字扫描转换。产生的图象能够实时在视频显示模块上显示，或记录在带状记录纸的记录模块上。每一个模块具有它自己的控制设置和在模块前端的旋钮，通过这些旋钮可以调整或改变模块的功能。通过替换或增加十九英寸架上的模块，系统更被升级到新的或不同的功能。

在80年代更看到集成化的发展，作为独特的印刷电路板模块的结构，所有这些印刷电路板均能够插入到带有公共底板的插件箱内。配有模块内部联接的底板通过电缆连接到所有模块的单个控制板。数字电子学的进步导致了诸模块复杂性和精巧性的增加，当诸模块开始普及使用数个微处理器时，和每个模块开始呈现出唯一的特定用途处理机的特性。

发明内容

本发明者已经观察了这个发展和注意到了硬件结构的实质，集成化在实际上已经极大地被削弱了。这是真的，当服务这样系统时，模块化的印刷电路板能被容易地移去和被一致的新的板所取代，设计和升级用途的集成化经常需要改变多个模块，仿佛它们是精巧系统的固定的部件。特别是，各个模块的软件经常以复杂的方式缠绕在一起，必需小心地加以控制。例如，增加的带有不同振子元件的新探头将需要修改线束形成器去驱动和接收从元件来的信号和以形成从新的大量元件来的波束，和到其它的模块以处理从探头来的新的大量波束和以扫描转换新的大量扫描线成为显示的图象。每一模块的软件必需通常以紧密协调的方式加以修改。除了这些之后，一个探头需要顺序地改变实际上整个系统，系统的每一部分是相互依赖的和需要与前先系统功能的变化相互作用。如果顺序修改打乱了这些变化中的一个，新探头操作的整个顺序就被打乱了。

对超声系统设计的通常智慧不屑一顾，本发明人已经确定，已经不再需要超声系统具有特定的处理器和模块的密度。本发明人已经计算了需要实时完成现代超声成象系统的所有功能的纯计算能力的水平，它已经发现，具有大约200MIPS(每秒数百万次指令)处理能力的处理机能够执行典型超声系统需要的所有信号和显示处理。许多公司例如Sun Microsystem，Digital Equipment Corporation，Hewlett-Packard and Silicon Graphics Inc的许多当前专有的工作站具有这样的性能水平。但是更明显的是，包括高速中心处理单元(CPU)例如英特尔的Pentium芯片和摩托逻拉Powtr PC^TM芯片的消费者市场上的个人计算机现在也接近或已经能具有这个性能水平。这就打开了使用带有它的开放式结构作为不是全部也是绝大多数超声系统功能的商业上可获得的工作站或PC机的可能性。取代在扫描开始前简单的支配模块，和扫描期间被动地监视用户控制，这些都是在当代超声机器内的系统控制器的典型功能，高性能的工作站或PC能执行所有系统控制器功能和完成所有必需的回声信号的处理以形成和显示高质量的超声图象。

根据本发明的一个方面，超声诊断成象系统，包括连接去接收处理过的射线信号的显示器，用于显示超声图象，其特征在于：波束成型器，超声探头可以卸下地连接到其上，以获得超声回波信号和产生数字射线信号；和连接到所说波束成型器的中央处理单元(CPU)，用于信号处理和所说数字射线信号的显示处理。

根据本发明的另一个方面，超声诊断成象系统，包括：超声成象深头，连接到超声图象信号处理器以显示超声诊断图象的显示器，超声图象信号处理器，它可连接到所说超声成象探头，其特征在于：存储面向对象的超声诊断图象处理软件的存储器装置；和执行所说面向对象的超声诊断图象处理软件的中央处理单元(CPU)。

根据本发明的又一个方面，基于个人计算机的超声诊断成象系统，包括超声成象探头和连接到个人计算机平台上的显示器，用于显示超声诊断图象，其特征在于，连接到所说探头和响应从所说探头接收的回波信号的正交(quadrature)采样产生数字超声多普勒信号的波束成型器；和连接到所述波束成型器的个人计算机平台，用于处理所说数字超声多普勒信号以产生超声诊断图象信号。

根据本发明的再一个方面，基于个人计算机的超声诊断成象系统，包括超声成象探头和连接到个人计算机平台上以显示超声诊断图象的显示器，其特征在于：连接到所说探头的装置，用于以第一传输速率产生诸组数字回波信号，每一组数字回波信号包括图象帧的采集数据；和连接到所说产生数字回波信号的装置的个人计算机平台，用于显示处理诸组所说数字回波信号，以第二传输速率产生超声诊断图象数据组，其中，所说第一传输速率大于所说第二传输速率。

根据本发明的还有一个方面，基于个人计算机的超声诊断成象系统，包括：超声成象探头和连接到个人计算机平台上以显示超声诊断图象的显示器，其特征在于：连接到所说探头的装置，用于响应由所说探头接收的回波信号而产生数字回波信号；和连接到所说产生数字回波信号的装置的个人计算机平台包括软件，用于显示处理数字回波信号以产生超声诊断图象信号，其中，所说显示处理软件包括扫描转换所说数字回波信号为希望的图象格式的装置，和变换所说数字回波信号为所希望范围的显示值的装置。

根据本发明的还有一个方面，带有基于个人计算机结构的超声诊断成象系统，包括：超声成象探头和连接到个人计算机平台上以显示超声诊断图象的显示器，其特征在于：可连接到所说超声成象探头的个人计算机平台，包括：用于存储超声诊断图象信号处理软件的存储器装置；执行超声诊断图象信号处理软件任务的中央处理单元；和多任务调度软件，它以时间交叉方式调度由CPU执行的所说软件任务。

依照本发明的原则，超声系统配备有个人计算机结构。PC或工作站的CPU执行如果不是全部也是绝大部分超声回声处理的功能以形成图象。在典型的实施例中，PC的扩展槽被用来安装特征卡例如波采形成器卡，视频卡，数字信号处理卡，和网络卡。通过把总线连到CPU扩展卡扩展了PC的CPU的能力，这和家用个人计算机的用法一样。如同家用个人计算机一样，实际上的系统的所有操作在CPU的控制下均由软件执行。依照本发明优选的实施例CPU被多任务调度程序操作，该多任务调度程序在大量竞争使用CPU的优先级化任务当中分配CPU的时间。调度程序调度被CPU执行的任务作为实时事件的发生和规定任务被执行的时间周期，平衡在所需功能当中可获得处理能力，使得超声数据流被连续地处理和显示。基于系统设计的优选的软件结构是面向对象的设计，其中软件任务是单独设计和以密封的形式被修改，这样确保了它们的独立性和有能力灵活地操作以鉴别呈现给它们的需要的任何对象数据组。这就提供了有益的集成化和质量保证，这些在结构模块化的发展中所形成的。

基于本发明软件结构的PC或工作站提供了超过基于设计硬件无可比拟的优点：有能力提供随工作站和PC增加的功能水平。超声系统的性能受到系统的处理能力的限制。在本发明的实施例中，实际的每一操作的性能水平是由单个元件-CPU的能力所确定的。这样，随着替换单个系统元件，即CPU芯片，本发明的超声系统的实际的每一功能能被加强或改进。通过简单地有利地替换这单个部件或最多引入软件结构到新母板和CPU，超声系统将变得更快和有更强的能力，使得改进了功能和通用性、通过计算机工业的工作站和PC的自然发展将自动地提供超声工业的改进性能。

附图说明

图1的方框图是先有技术的超声系统结构的典型的模块硬件；

图2示出的方框图是本发明的个人计算机超声系统结构；

图3是本发明的个人计算机超声系统结构的更详细的框图；

图4是本发明结构实施例的母板和扩展卡的平面图；

图5是本发明个人计算机的硬件结构和软件结构的方框图；

图6示出了本发明的优选实施例的面向对象的软件设计的三个典型的对象；

图7和7a的流程图示出了在系统初始化时本发明的优选的实施例的操作；

图8和8a的流程图示出了在超声成象时本发明优选的实施例的操作；

图9示出了依图8和8a流程图执行的彩色流程象；

图10示出的方框图是本发明结构例的波束形成器顺序器；

图11示出了依照图8和8a流程图执行的瞬时2D和M-模式成象；和

图12是本发明个人计算机超声系统第二实施的硬件结构和软件结构。

具体实施方式

在先有技术的典型超声系统中，超声回波被一系列串连的特定用途的电路所处理。当回波被接收时，它们立即被连续地处理和显示。在模拟系统中，扫描和处理被同步地操作，因为在接收后模拟回波信号不得不被立即和持续地处理。接收机的基本项是发送器，对于一旦超声脉冲被发送，按收器不得不立即反应，这是通过完全和连续处理被接收的回波信号实现的。在典型的先有技术系统中，执行超声系统特殊功能的模块在中央控制器的指挥下相互连接在一块以处理超声回波。

参看图1，基于给出的超声系统结构的典型模块硬件超声探头，例如线性阵列振子10被插入到控制传送和接收深头的波束形成器模块的连接器12。波采形成器模块20形成接收的超声回波的波束(或扫描线或射线)，它们被耦合到RF(无线电频率)信号处理模块22，用于信号处理例如放大和带通滤波，该RF信号然后通过总线14耦合到回波检测模块24的输入，多普勒模块26，和彩色流程模块28。如果回波被处理以形成两维(2D或B模式或灰度)图象，回波检测模块24被激励以检测和处理回波以形成2D回波信号。如果回波是被处理以形成频谱的或音频多普勒显示，它们被处理形成多普勒信号估值和为扬声器52的调制的音频信号。如果回波是被处理以形成彩色流多谱勒显示的色彩分量，它们就是被彩色流模块64处理的多普勒。被模块24，26，或28处理的信号通过总线16被耦连以用于通过适当图象信息模块进行图象处理。从回波检测模块24来的2D信号通过扫描转换器模块30能被转换成为所希望的图象格式，或通过M-模块32转换成为M模式显示。M-模式模块也能够被用来形成由多普勒模块26产生的信号的频谱显示，或提供单独的特殊的频谱显示。从彩色流模块28和回波检测模块24来的诸信号能被提供到扫描转换器模块30，在那里它们被组合以形成希望格式的彩色流图象。Cineloop存储器34存储着为顺序再播放用的预扫描或后扫描转换的图象的序列作为视频环路或实时的或慢运动图象顺序。

由扫描转换器模块，M-模式模块或Cineloop存储器产生的图象通过总线18耦合到视频处理器模块，它产生图象显示50需要的形式的视频输出信号。超声图象可以和字母数字或图象信息例如病人的性名，刻度标记或由操作者在图象上划的测量相组合，该图形信息通过图形模块42由总线18提供给视频处理器模块40，这里图形信息被组合以在显示屏50上和超声图象组合在一块被显示。

图1系统的模块是在系统控制器60的控制下进行操作，该系统控制器通过控制总线64与每个模块相连接。术语系统控制器意指比实际情况有较大的用途，系统控制器用途一般略多于用户控制62和系统模块之间的接口。当操作者操纵控制以选择探头和特定类型的成象步骤时，例如，系统控制器做出响应和命令波束形成器去装入必需的数据以操作探头，和命令其它的模块去准备按操作者希望去处理和显示超声信息。一旦模块已经适当地初始化了，系统控制器一般进入不活动状态，因为它要等待从用户控制来的新的命令。这是因为每一个模块都是带有它自己微处理器的独立的操作单元，并致力于各自模块的功能。通常每一个模块由一个或多个单独的印刷电路板组成。系统控制器60致力于监视用户控制和偶尔干预新的确立指令到一模块，而它本身绝不处理单个的超声信号。

模块硬件结构的一个限制是，模块顺序操作仅和顺序中最慢的一个模块一样有效。这样，就有这样的需要去设计每一个模块以尽可能高的速度去执行它所致力的功能，特别是，这就希望随后的模块执行它的功能快一些或至少和先前模块一样快，所以这就没有可能使输出的数据超越该模块。当在顺序中的中间后边的模块变得不能跟上数据流时，而它和前边的模块固定了数据，出现溢出，数据组变得不完全或不同步，或系统“粉碎了”，这个因素造成了，每个模块被设计成为带有数个，或许一打高速微处理器。典型的高性能超声系统一般包括极大计算能力属于这一打，还不算致力于不同模块功能的微处理器。这极大的计算能力是罕见的，如果有，立即被使用，然而，由于操作的多个模式仅使用了可获得的处理模块和它们能力。

在图2示出了本发明原理构成的超声系统的方框图。如图所示，超声系统的中心部件是个人计算机平台70。如这里所使用的，术语个人计算机参考为带有双开放或专有结构的工作站和个人计算机平台。如图2所示，超声波探头发射超声波和接收超声回波，该回波被波束形成器20形成射线。射线存储在存储器72内，然后它们被个人计算机存取。按照用户控制面板62设置的命令，个人计算机对扫描线进行处理，和产生的图象被传送以在显示器50上加以显示，这样，处理和转换由波束形成器产生的射线信号为视频图象的所需所有的处理均由个人计算机70执行。

大量外部设备被连接到标准计算机总线和连接器上，包括磁盘驱动器，打印机，VCR，调制解调器和网络连接。通过设在内部的音频电路驱动个人计算机的标准扬声器52音频多普勒信号被产生，该扬声器一般地产生PC机熟悉的音调。

在个人计算机70上执行波束成型也在本发明的保护范围内。将看到，本发明优选的实施例包括了波束成型器为PC的标准的扩展功能。当个人计算机芯片发展了和变得更有能力时，将在PC机软件上全部执行波束成型。然而，已经发现，当波束被执行和图2所示的非同步扩展功能时，许多当今流行PC平台的广泛用于本发明。通过操作非同步扩展功能，波束成型器能被精确地定时以实时操作而无需要等待以获得使用PC的CPU。该结构也允许当今的波束成型器适配个人计算机超声系统结构，该结构通常也包括了许多当前流行超声探头所需的高压电源。

图3是本发明的基于个人计算机的超声系统的更详细的方框图。图示出，通过合理的使用个人计算机的扩展总线，超声系统的所有功能能被当今的标准的个人计算机结构所完成、系统的中心是带有它的CPU的个人计算机的母板。位于母板上的是系统存储器84，该高速RAM能使超声系统实时执行它的功能。超声波系统控制面板62被连接到PC的标准键盘输入，标以“KBIn”。硬盘驱动器102被连接到PC机的SCSI总线106，和打印机104被连接到PC机并连端口108。

个人计算机配置有连接到公共扩展总线上的大量扩展槽。众所周知，印刷电路板扩展卡能被插入到这些槽中以提供直接与PC机结构直接兼容的附加的或增强的PC机的能力，扩展卡例如视频卡，音频卡、调制解调器卡、网络卡或其它的卡能够插入到扩展槽中并通过PC机盒上的开孔以连接监视器，扬声器，电话线和类似物。图3的实施例采取了这样结构PC机的优点，通过附加能力到标准的PC机上使它成为希望的超声系统。通过扩展总线连接这些能力，该附加的功能直接与PC机和超声系统结构相兼容，在图3的实施例当中，数字波速成型器90，DSP(数字信号处理器)卡92，视频卡94，和网络卡96均连接到母板80的扩展总线上，这些卡提供了直接与超声系统的PC结构相兼容的附加的超声功能。

这样可以看到，图3的超声系统实质上和在办公室桌上或在家用的典型个人计算机的结构相同。图3的配置理想上适和于桌上使用的超声机器，它与桌上使用的PC机相象，但是本发明适配了大量的物理配置，正如图4平面图所示那样。这里印刷电路板的安排是从上面一端看去的。这样的安排适合形成当前典型超声系统的因素和有优点地使用了当前可获得的超声波束成型器卡。PC母板80在图的右侧被示出，并带有它的CPU 82和系统存储器84。软盘驱动器110连接到母板的标准盘控制器连接器105和硬盘驱动器102和光盘驱动器112被连接到母板的SCSI总线106，硬盘驱动器102包括软件例如超声应用程序，不同探头(扫描头)的数据表，分析和报导程序，和光盘驱动器被用来存储可以传送到其它系统和工作站的超声图象的库。超声系统的控制面板62通过电缆114连接到母板80的键盘输入，而跟踪球控制66通过电缆连接到母板的鼠标输入。

扩展总线板120被插入到母板扩展总线插座86’中的一个。扩展总线板120作为沿伸母板的扩展总线以增加大量的扩展总线插座122，该插座被隔开以收容连接到现存的波束成型器板。在该实施例中的波束成型器具有三个插入到扩展总线板120内的三块板，一块波束成型器控制器板130和两块波束成型器讯道板132。连接在相对扩展总线板的波束成型器板的端部的是扫描头连接器板142，通过此板扫描头被连接到超声机器上。高压稳压器板134被插入到扫描头连接器板140以提供必要的电压去驱动扫描头的压电元件。扫描头连接器板包括两个空的插座136，它们对着扩展总线板的两个插座，它们使波束成型器扩展附加的讯道板成为可能。

同样，连接到扩展总线板的扩展总线是DSP卡92，网络卡96，和视频卡94。视频卡通过电缆提供视频输出信号到系统的显示器50和VCR。这类型的一般用途的扩展卡目前在市场上可以得到和适合该用途。然而，系统设计者或许替换地想设计出专门为超声应用的特殊目的卡。例如，由于超声系统可以卖到世界各地，本发明者已经选择使用特别为各种格式产生视频信号的视频卡，例如为VHS，和SVHS VCRS的NTSC，PAL，SECAM，隔行扫描，不隔行扫描等，特殊设计的视频卡具有这些格式提供视频信号的连接器。

图4的安排可以容易地装在典型的超声系统车内和利用当前存在的波束成型器板的设计。

和基于先有技术的超声系统结构的典型的硬件不同的是，基于本发明的超声系统的PC特别依靠软件执行超声机器所需的操作和处理。系统的软件被组织成为各种“任务”，它们在CPU上运行以处理和显示超声图象数据。

图5示出了本发明的第一实施例硬件和软件相互作用。母板和CPU 180在图的底部示出，被连接到控制面板62和通过扩展总线86连到扩展卡90-96。在图的中心是系统存储器184，被逻辑地划分为各个存储区域。图的右边是五个基本的任务，所有的操作通过多任务调度程序200。多任务调度程序使超声系统的实时操作能力成为可能。

多任务调度程序200是软件调度程序，它确定那一个任务能使用CPU，和什么时候使用。软件任务是事件和驱动的数据，当事件发生时或当数据需要被处理时，就请求使用CPU。在优选的实施例中，当事件发生时，系统的硬件一般产生中断。当它们需要处理数据时，软件任务一般发送信号到多任务调度程序。多任务调度程序在优先权的基础上响应请求。在所构成的实施例当中，多任务调度程序200有256个优先级，从最低优先级-128到最高优先级+128。中间优先级是0。当任务请求使用CPU时，多任务调度程序在考虑请求的优先级和当前运行任务的优先级和当前等待使用CPU的任务的优先级后批准请求。被多任务调度程序批准使用CPU的时间间隔被称为量程。

任务在系统中有三个可能的状态。睡眠任务不是当前运行的任务而是等待事件的发生。所有不在其它可能状态之一的任务均在睡眠，等待一些事件去发生。

准备好的任务是这样的任务，它不是当前运行的任务，但是等待使用CPU。当一直等待的事件已经发生例如用于处理的新数据已经到达。该任务已经准备好。当事件发生时，任务现在已经准备好在CPU上运行、一个准备好的任务可以是这样一个任务，它还未获准使用CPU，或如果它已经获准使用当前事件，但还没有结束它的任务。

运行的任务是当前使用CPU。它将继续运行直到三件事情之一发生。首先，较高优先权的任务已经准备好。当这发生时，多任务调度程序暂停当前任务和开始运行有较高优先权的任务。第二个可能性是，运行的任务已经到达它需要输入事件的点。当运行的任务到达了该点时，它进入睡眠和等待事件，第三个可能性是，运行的任务已经控制CPU全量程时间。该多任务调度程序是CPU的时间保持器和在每一个时间量程已经到时时，自动地产生它自己的中断。如果运行的任务到该点还没有结束，多任务处理器中断该任务并且看看，是否有相等优先权的另一个任务正在等待使用CPU。如果这里存在着一个任务，多任务调度程序批准另一个任务使用CPU，而中断的任务变为准备好状态。CPU以循环调度法的样式对同一优先级进行服务，从一个循环到另一个直到它们当中的每一个要求的处理被完成。多任务调度程序维持着这些任务的一个表，这些任务的一些在睡眠，这些任务的另一些不是在运行就是在准备好。该多任务调度程序根据这些任务表和根据各种任务的优先级和时间量程的到期调度由CPU执行的这些任务。

这在时间上交叉处理同一优先级的任务示出了本发明的另一方面，这是在同一优先级指定尽可能多的任务。当零优先级(在这个例中是中性优先级)的大量的任务被准备好时，它们将以循环调度法的样式执行，直到所有的任务被服务。如果当使另一个零优先级任务准备好时事件发生了，多任务调度程序立即把当前运行的任务挂起和调度新准备好的任务作为获行使用CPU的下一个任务。通过这样的行动，新的准备好的任务立即获得使用CPU和对新近发生的事件执行它的响应。

简单的例子示出了该设计哲学是怎样维持超声系统的实时能力，在构成的实施例中，母板保持着测量时间通过的真实时间时钟。系统显示器以小时，分钟，秒显示一天的时间。这自然希望以一致秒的增量进行时间显示变化，而不是以不规则的时间间隔，每当一秒的时间过去时通过真实时间时钟发送中断到注解任务而在构成的实施例中完成此任务的，注解任务然后准备好去处理该事件，和多任务调度程序调度注解任务作为下一个任务去使用CPU，注解任务操作更新在显示屏上的显示字符，和新的时间呈现在下一个显示帧的屏幕上。对操作者而言，显示时间呈现出以秒的增量在计数时间。

在注解任务已经更新了显示字符后，它的操作结束了。多任务调度程序批准CPU使用在它的表上的下一个准备好的任务，和注解任务回到睡眠状态以等待下一个事件。

图5示出的任务是这样一些任务，它们是该实施例中的超声信号，图象和显示处理的中心。控制超声任务210管理控制面板和指挥着整个系统操作。控制超声任务响应操作者对系统控制的变化和建立系统的新的或修改的操作以响应操作者的命令。控制超声任务，如下面所讨论的，验证，系统操作的变化已经有效地完成了，和调解系统其它任务之间的争论和矛盾。

采集任务212操作要求超声数据以存储到RF存储器内，采集任务通过它的指示和控制数字波束成型器90一般地执行这个功能，数字波束成型器产生预先存储在系统存储器的RF存储器的预定区域内的射线数据。采集任务可以通过其它方式执行它的功能，例如通过网络卡从网络请求超声数据和存储数据到RF存储器内。

信号处理任务214是由CPU执行以处理由采集任务获得的超声数据。这包括如下功能诸如滤波，放大，检测和多普勒频率预测。在图5的实施例中，信号处理任务能够处理个人计算机的CPU上的数据，或传送数据到DSP卡92以作为子任务处理。当为处理使用CPU时，信号处理任务从RF存储器存取数据，适当地处理该数据，存储处理过的数据(这里为估计数据)到Cineloop存储器内。当处理DSP卡上的数据时，信号处理任务传送数据到DSP存储器区域，从该区域数据被DSP卡存取和处理，和返回到DSP存储器区域，信号处理任务然后传送估计数据到Cinoloop存储器。

由CPU执行的显示任务216转换由信号处理任务产生的估计数据为视频显示的光栅数据、显示任务通过从Cineloop存储器存取R-Q数据执行扇形图象的扫描转换和转换处理过的数据为希望的图象格式。他通过显示任务估计的数据能以任何期望的显示格式进行显示，包括扇形，直线型，或滚动，或扫描瞬时显示、显示任务对存储在Cineloop存储器内估计数据进行操作和存储它处理的结果到系统存储器的显示存储器区域。存储在显示存储器区域的光栅数据然后自动地和连续地由视频卡94读出以发展为各种视频标准的视频信号输出。

如上所述的注解任务202控制着在超声显示屏上的字母数字图形信息的显示，例如病人的性名，时间，日期，系统信息，光标，指针，深度标志，TGC曲线和测量。由于个人计算机特别为显示这样的信息设计的，本发明构成的实施例利用了所使用的PC机对字母数字和图形信息自然显示能力的事实的优点。这自然显示产生了显示重叠，它在不透明的显示区域包括字母数字和图形显示区域，而其余的区域为透明显示。该显示重叠被传送到视频卡94，那里它重叠显示存储器的超声图象以形成超声图象和它相关的图形和字母数字信息合成的显示。对操作者而言，该系统仅仅呈现出单个集总的视频显示、如果希望的话，超声图象也能产生PC机的自然显示，给出足够数目的频色和灰度层次用于可接受的诊断图象质量。

各种任务是数据驱动的，意指当数据需要而任务已经变得可获得时，任务才被完成。在所有其它的时间诸任务在睡眠，等待事件或数据使它们变得准备好并且由多任务调度程序调度以在CPU上执行。其它未示出的任务也由系统运行。例如，多普勒音频任务将操作多普勒估计数据以通过母板的自然声音端口产生多普勒声音的再现。例如，各种分析和报道任务执行诸如OB/GYN测量和分析，和为心脏病学家产生诊断报告。

系统存储器184能够位于在母板上或被物理地划分和位于在系统的不同区域、在优选的实施例中，被图5的点划线连接到扩展卡的三个存储器区域是双端口存储器以提到的速度和效率被物理地位于相关的扩展卡内。例如，当它被实时接收时，这使数字波束成型器90连续写RF超声数据到存储器，和使信号处理任务在同时周期性和非同步地读和处理RF超声数据。类似地，信号处理任务能传送新的RF数据到DSP存储器区域，而同时DSP卡正在处理数据和返回估计数据到DSP存储器。双端口显示存储器能使显示任务为在显示存储器的一部分显示而发展图象，而同时视频卡正在读出和显示事先在显示存储器的另一部分已经发展好的图象。该存储器的物理分块并不是由于PC机结构限制所必需的。在本发明构成的实施例中仅需要40M字节的系统存储器，这很容易在当前的个人计算机和工作站中把RAM的容量扩展为128M字节或更大些。在构成的实施例中使用32位存储器地址。这允许系统存储器显著地扩展(直到2G字节)。在系统中的每一个存储器位置有它唯一的地址，允许所有系统存储器被重新再分块，如果各种操作任务需要的话。

本发明实施例的优选的软件结构是基于公知为“面向对象的设计”、在超声中的通常的软件方法是使用步骤编程，其中软件功能被分为程序和子程序，当执行特定的操作时，它们被调用。当处理执行超声数据时，处理的结果和下一处理的指令通过系统传送。硬件模块执行它们被设计的处理，如果模块能执行两者择一的处理时，它接收指令以使处理被执行。

面向对象的设计是概念上和操作上不同的方法。在面向对象的设计中，软件功能被划分和定义为“对象”。这些对象是独立的和自维持的。每一个对象是密封的，意指，在其内部它包含了它需要执行它的职责的所有能力。每一个对象在功能上是独立的，而无需任何外部的东西到对象。

在优选的实施例中，每一个超声数据组被定义为对象。使用这样的设计，每个面向对象的任务均对接收对象数据负责和断定用它做什么。

简单的比较示出这些的区别，在通常的超声系统中，多普勒射线可以由RF信号处理模块产生和传送到多普勒模块，并同时带有指令，该指令说“这里是多普勒射线束10到17，每束12线。壁用Xyz滤波特性的滤波器对这些射线进行过滤，执行快速抑制壁滤波的线束，和然后按每个射线上50个采样体积估计多普勒频率”。在本发明面向对象设计的系统中。由波束成型器产生的多普勒射线数据使采集任务发送信号到信号处理任务，该信号说“新的数据已经准备好了”，事实上，这仅是由采集任务发送的信号，而不管什么类的射线数据被请求、更进一步，在超声系统成象时，这仅仅是一个任务发送信息到另一个系统。

这个简单的信息系统有三个显著的分枝。一个是，每一个任务要判断对呈现给它的数据需要做些什么，这是它的责任，如将要示出的，密封和对象属性的面向对象设计的特性使得这成为可能。另一个分枝是，这里不存在任务能完成的固有的功能限制。由于任务接收信息并不带有处理和执行的限制，仅仅是通知“新数据已经准备好”，在未来能力升级或改进任务所具有的新能力并不受信息系统的限制，第三个分枝是，由于任务必需被密封以执行不论什么内容，处理需要依靠它自己，这里不能有任何脆弱的连接或依赖系统的软件或元件。由于是这样自维护的，一旦任务或对象已经被设计完，产生完和测试完，在以后的某一天在系统内的某处的修改和变化并不能使该任务“毁掉”，这就产生了固有的更可靠和更稳定的软件结构。

图6示出了在本发明优选实施例当中的为超声图象格式使用的三类数据对象。采集对象，估计对象，和光栅成象对象。每一对象包括大量对象的特定属性，它们均列在每一对象的标题的下面。属性列出了与对象相关的数据的特性，它们充分地定义和描述了特定的数据组。基于属性，在超声系统内的任务将判断如何处理和显示数据。

在这实例中的第一数据对象，采集对象，列出了请求数据组的属性。采集任务一般产生和管理采集对象。第一属性，数据类型，定义了数据组为2D(灰度或B模式)或多普勒数据。帧周期属性定义了时间间隔，在这个时间间隔内整个图象帧被获得。第一射线角属性定义了图象第一射线的倾角，例如这可以是45°角，为扇区扫描的第一射线，或是0°角，为线性扫描的第一射线，第一采样属性定义了扫描头表面或扇区顶点和射线的第一采样位置之间的时间或距离间隔。采样数目属性定义了在射线上的采样数目，和数目第一(NumFRI)属性定义了当数据是多普勒数据时多普勒束的线数，或当数据是M模式时，定义了2D线数，该线数被平均以形成M模式线。

列表属性指出了唯一对着特定数据组的记录信息，例如数据组所包括的射线束。例如，这些记录能定义当前数据组为每图象包括16-32线。

Taskptr属性被用来指出不同于正常操作顺序的任务。例如，采集对象数据通常被传送到信号处理任务以为下一步的图象处理。然而，如果操作者更喜欢数据被送到硬盘存储或到其它的存储介质而无需中间处理，TaskPtr属性将指向为下一步处理的数据存储任务。类似地，如果估计数组是直接被存储到盘上而无需扫描转换或显示。估计对象的TaskPtr属性将指向数据存储任务，这样避免了存取显示任务。

TaskPtr属性能被用来完全重新命令对象，例如，TaskPtr能从采集对象指向显示对象，在信号处理前使显示任务去扫描转换RF数据组，该扫描转换的RF数据能立即被信号处理任务所处理和显示，或能被存储和在以后处理和显示，在下面结合图12的实施例加以讨论时，该通用性能使它以多种方式处理同一个数据组。

采样周期是用来协调超声数据采集和信号处理的属性。当信号处理任务处理获得数据组时，它周期地计算，求平均，处理采集数据的一个采样所花费的时间。该计算被放置在估计对象的采样周期属性内和周期地被控制超声任务的监视。采集任务执行平均时间的相同计算以获得超声数据的采样，它被放置在采集任务的相同的属性内和同样受到控制超声任务的回顾。如果控制超声任务注释到，估计对象的采样周期变得比采集对象的采样周期长，控制超声任务将得出结论，在比数据能被信号处理任务处理快的速率下，RF存储器为新的超声数据所填充。控制超声任务将命令采集对象使用新的，较长的采样周期值，这通过命令波束成型器减少它传送脉冲速率(PRI)由采集任务完成。采集数据速率就这样被减少了，防止了新的超声数据重写未处理的数据到RF存储器。这就提供了需要指定给RF存储器的经济的存储容量。

标志属性仅是采集对象的另一个属性，它能被其它任务修改。标志属性包括当相关的数据组已为信号处理准备好时被设置的一位或者多位。当信号处理任务检验采集对象时，它看如果该位或诸位已经被设置，以确定是否对象的数据组需要处理。如果标志位已经被设置信号处理任务，将处理数据，和当处理完成时，信号处理任务重置标志位。当写新数据到RF存储器时，波束成型器连续重写旧数据。在它这么做之前，它检测以看到如果被重写的数据的标志位已经被重置的话。如果标志位还没有被重置，波束成型器知道，数据还没有被处理，和必须等待直到RF存储器的那个区域变得可被使用。

获得对象连接属性，如下面所讨论的，提供了把多采集对象连接在一块的装置用于当前图象操作。

其它采集对象属性是自描述的，和被给出做为系统设计者可以使用的一些属性的实例，这里并不限制能为对象使用的诸属性。

类似地，估计对象包括一些属性，它们与由信号处理任务产生的估计数据组相关。获得对象属性，如下面所讨论的，是定义要被信号处理的数据组的采集对象的指针。使用采集对象和估计对象的属性时，信号处理任务能判断出需要处理的类型。例如，如果它回顾采集对象示出，数据组是2D数据，(从数据类型属性)，信号处理任务知道去执行2D处理、在参考估计对象的BF滤波属性时，信号处理任务将研究带通滤波的类型以在它的处理中使用。如果信号处理任务看到，数据类型是多普勒数据，它知道执行多普勒处理，使用印刷数目(NumPRI)属性通知信号处理任务为每一束的多普勒频率估计中使用的数据线数。估计对象的多普勒类型属性指导信号处理任务去计算多普勒的功率估计或多普勒的频率估计。缓冲开始和缓冲尺寸属性定义了估计数据组的尺寸和它在Cineloop存储器的位置。在上述讨论的采集对象的情况下，标志，列表，采样周期，和TaskPtr属性服务于同样的目的。其它的属性是能被系统设计者使用的这些属性的举例。

最后，光栅图象对象定义了被显示任务提供的图象的特性。第一个属性，估计对象指回提交的估计数据组的估计对象。调色板属性定义了彩色显示的彩色频谱，或2D图象的灰度图象。刻度(Scale)属性定义了被使用的刻度，定向属性告诉显示任务提供图象颠倒过来，或向右侧对齐等，其它属性例如RIO-X，RIO-y，视高(ViewHeight)，视宽度，定义了显示屏上图象显示窗口的位置和在那个显示窗口内的提供的图象的大小和位置。光栅图象对象也可以使用许多其它对象的一般用途属性。例如，当三维数据组要被重复地操作以提交三维图象时，TaskPtr能被用来重复地指向显示任务。

参看图7和7a，给出的流程图示出面向对象的软件结构如何被设立以执行超声图象步骤图7示出了软件任务和对象在步骤初始化时相互作用，图7a的流程图示出了任务顺序，和位于每一任务左边的初始化每一任务的事件。

此例始于这样的假定，超声系统的操作者希望用不同扫描头，如一3M扫描头开始作图、操作者选取新扫描头是一事件，该事件被多任务调度软件即被控制超声任务的调度和运行响应，如图7a的步252所示。控制超声任务21b通知采集任务为3MHz扫描头的数据建立采集对象。在从控制超声任务收到该信息以后采集任务被调度和存取它的对象库功能如步25A所示。超声系统包括如图7所示的数据对象的软件库220，被分为采集库，信号处理库和显示库。库可以存储在硬盘上或在系统存储器84内，这在考虑库的大小，可获得性和系统存储器的成本和建立新扫描步骤所需时间因素后给出、采集任务的库功能从采集库中选取3MHz扫描头的采取对象或诸对象(在下边要讨论)。一般化的采集对象可以从库中获得，和为特别为3MHz扫描头的库功能修改，但较快速度和较简单的处理是提供采集对象，该采集对象已事先被准备好和存储在专门为3Mhz扫描头的库区内。

在适当的采集对象已经被建立以后，采集任务由采集对象的姓名和为以后显示的扫描头识别标志返回控制超声任务，控制超声任务通过被调度和通知信号处理去建立新采集时象的估计对象。对这个事件做出反应，如步256所示，信号处理任务214，以类似的方式，被调度和运行以存取它的库功能以从信号处理库中选取适当的估计对象。库功能建立估计对象如步258所示，连接它和新的采集对象，并用新的估计对象的姓名响应控制超声任务。控制超声任务再次被调度以对这个响应做出反应和运行，以通知显示任务为新的估计对象建立光栅图象对象如步260所示。显示任务216也同样被调度和运行，如步262所示，以存取它的库功能和建立适当光栅图象对象，连接它到由信号处理任务产生的估计对象。当光栅图象对象已经被建立时，显示任务发送该完成的响应到控制超声任务。

随着所有的对象被产生和被连接，控制超声任务发送信息到注解任务以在系统显示器上显示3MHz扫描头的ID。这通知操作者，选取的3MHz扫描头现在可以操作了和已为扫描准备好。

翻到图8和8a，给出的流程图示出了在用上述选取的3MHz扫描头成象时超声系统是如何操作的。将给出两个实例，其中的一个是由图9屏幕显示300描述的彩色流图象显示。屏幕显示300包括了血管306的2D图象302，该血管已经被3MHz弯曲阵列扫描头所获得。彩色盒304在2D图象的中心被勾画出，其中血流速度以彩色被示出，这通过血管306的阴影区域指出的、大量的字母数字和图形表示在屏幕上被示出，这包括深度刻度310，彩色刻度条312，病人姓名(“ID”)，日期，时间，和扫描过程参数例如扫描头ID和彩色印记。

在图8和8a开始超声图象处理，在步272，控制超声任务210通知采集任务212去开始彩色流图象采集。使用CPU获得采集任务，如果它先前没有这么做，装入顺序器350到波束成型器130，用以控制所希望的超声图象数据的采集的顺序。在图10中以方框图示出的波束成型器顺序器350是状态机，它执行着控制波束成型器90操作的操作顺序、和执行计算和做处理决定的计算机或处理器相对比，状态机简单地执行预先规定的指令组。波束成型器控制器的一组指令顺序地发脉冲给扫描头元件以发送超声波束，接收和采样从波束传输返回的回波，延迟和求合各个单独信号采样以形成聚焦的和受控的接收信号，在RF存储器内的预定位置存储接收的信号，和在采集预定组的信号数据后产生中断。中断最好被编程并且在存储数据组后被产生，数据组需要顺序一致的信号处理周期以提供平滑的处理的数据流通过系统，例如，在每组16个2D射线之后和在每束10线的每对多普勒射束以后产生中断的结果。

波束成型器控制器的诸指令的所希望的顺序被采集任务所存取作为从系统存储器或硬盘存储装置来的指令数据表和顺序地装入到波束成型器控制器内的存储器352。在装入三态控制线TS期间，地址计数器被转换以形成计数器输出以获得它们的高阻抗状态，三态驱动器356被转换为它们的低阻抗状态，存储器352的读/写控制线被转换为写状态，和指令数据从数据入总线被施加到存储器352的数据线，而存储器位置被地址总线所选址。当地址总线对存储器位置的地址顺序进行增量时，在数据入总线的指令被装入到选址的存储器的位置，在指令组装入到存储器352以后，三态驱动器356被转换为它们的高阻态，在地址计数器上的TS控制线被转换为它的低阻状态，在通过指令顺序开始采集存储器352时，时钟信号CLK施加到地址计数器354、诸指令顺序地在存储器的数据线和波束成型器的控制线上产生以按步使波束成型器通过希望的操作顺序。在顺序的最后一指令已经被执行完以完成整个图象射线的采集之后，地址计数器被重置和再次开始顺序以获得另一个图象。这样，波束成型器连续地非同步地和CPU操作以重复地获得实时超声数据，该数据当它被接收时被存储在RF存储器内。

在采集任务已经装入波束成型器顺序器和开始了采集之后，它进入睡眠，而波束成型器获得和形成了射线数据和存储该数据到RF存储器，这如步290所示，参看图9，这将假设，在本例中，波束成型器从左边开始扫描图象区域302，这是通过获得32个2D射线扫描在括弧A-A之间的图象深度实现的。现进一步假定，波束成型器控制器已经被编程在已经获得16个2D射线数据以后产生中断。该中断唤醒了采集任务，如步274所示，和任务被多任务调度软件所调度和在CPU上运行以发送“数据准备好”信号到信号处理任务，在发送该信号后，采集任务返回到睡眠，而当信号处理任务变得准备好时，它就被调度，和在步276获得使用CPU。

当波束成型器继续它的扫描顺序时，信号处理任务在CPU上运行并开始检验它的估计对象指向采集对象的属性。这就通知了最近产生的采集数据组的特性，包括这样的事实，数据组是2D数据，信号处理任务开始依照连接估计对象的属性处理该数据。对于2D对象数据估计对象可以提供扩展，带通滤波，和幅度检测、在本发明的软件结构中，扩展是由乘，移位或重复地求和信号值提供的。带通滤波是由FIR滤波器功能提供的，该功能通过对顺序数据采样进行乘和求合的运算提供所需要的滤波器特性。幅度检测软件是取平方的I和Q的平方面积数据采样的平方根进行操作的。帧平均是通过计算连续图象数据组的相应数据值的平均实现的。以这样的方式超声图象数据处理已经在软件的环境下被完成。

当信号处理任务处理采集的数据组时，它存储产生的估计数据到Cineloop存储器是从缓冲开始属性给出开始地址开始的。在本实施例中，当第一个采集数据组已经完全被处理时，这里将存在存储在Cineloop存储器16射线的R-Q估计数据。

信号处理任务将重置在采集对象内的标志位，如步276所示，指出，与它相关数据组已经被处理和可以通过波束成型器写入。信号处理任务然后检验采集对象连接去看是否另一个采集对象被连接到第一个上。在本情况下，这是第二个图象多普勒数据的采集对象。当信号处理任务在这些查阅了第二采集对象，它发现，没有标志位已经被设置和因此没有新的数据与第二采集对象相关。随着它任务完成的瞬间，信号处理任务返回睡眠以等待它的下一次调用。

当图8a的步274和276为下一组16个2D射线的数据组重复时，在这一实例的下一次调用出现了。此后，波束成型器开始扫描图象的中心部分，在这个实例中是彩色流盒304，这在宽度上是64射线。彩色流盒显示以多普勒和2D信息形成的，在优选的实施例中，要被多普勒处理的射线通过对返回回波信息的正交(quadrature)采样获得的，这在我的专利号为5,544,655的美国专利中已有描述。随着正交采样，接收的超声信号以参考多普勒波形的90°的相位增量被数字波束成型器的模拟数字转换器所采样。正交采样在上述的多普勒处理和2D幅度检测的所希望的I和Q的关系上有效地产生了数字信号采样，而无需任何顺序的相移或相移滤波，具有基于超声系统的PC带有确定的处理带宽的优点。

波束成型器顺序器的控制顺序现在以时间交叉处理的间隔开始获得多普勒波束和2D射线。多普勒束典型的在射线束中包括采样的8至16线、例如波束成型器可以获得一片的10线的两束，然后产生中断给出信号，两束为处理已准备好。这一对多普勒波束可以然后为从同一位置来的作为束数据的2个2D射线跟随。波束成型器可以连续地交叉产生多普勒束对和2D射线跨过彩色流盒直到64多普勒束和2D射线已经被获得。在本实施例的波束成型器然后将返回2D射线扫描以扫描右手侧的图象为两组16射线，到全部图象的总共128射线。在优选的实施例中，多普勒数据和2D数据被存储在RF存储器的不同的地方，如图8分开的RF存储器412所指出的，每一种数据类型结合它自己的采集对象，如上边的RF存储器412所示。

在优选的实施例中，2D采集数据的处理是在PC机的CPU上由信号处理任务执行的。采集的数据从RF存储器中读出，处理，和产生的估计数据被存储在Cineloop存储器内。象采集数据一样，估计数据存储在如图8所示的Cineloop存储器414的不同的块，图象的2D估计数据的一个和多普勒估计数据的另一个和每一个数据组和它自己的估计对象相关。在图示的实施例中，多普勒信号处理是在DSP卡92上执行的。当信号处理任务看到，为处理准备好的数据是多普勒束数据，它支配DSP卡进行希望的处理，转送多普勒采集数据组到DSP存储器，然后命令DSP卡开始处理数据。当DSP卡结束处理数据时，它返回多普勒估计数据到DSP存储器，用中断通知信号处理任务的完成。信号处理任务通过存储多普勒估计数据到Cineloop存储器的多普勒部分做出响应。在优选的实施例中，在检查采集2D对象之前，信号处理任务检查多普勒采集对象的标志位。以这样方式信号处理任务能分配准备好的多普勒数据到DSP卡，那里它的处理能够发生，而信号处理任务获得和在CP机的CPU上处理准备好的2D数据。在信号处理任务已经完成了它的2D信号处理之前，如果DSP卡完成了它的多普勒信号处理，来自DSP卡的中断将中断任务的2D处理以存储多普勒估计数据到Cineloop存储器的适当的位置。

由波束成型器连续采集超声数据和信号处理任务进行的它的处理将为图象继续直到一帧的最后信号处理任务被执行，如步278所示，除了任务包括发出估计数据准备好信号到显示任务之外，该步与步276是相同的。显示任务现在被多任务调度软件所调度和在CPU上运行。

通过检验估计对象的属性开始显示任务。在它检验为2D估计对象时，它通知连接第二估计对象和检测多普勒估计对象的属性。从这些特性和它们被连接到光栅图象对象的特性，显示任务确定提供执行的图象的类型。当估计数据的两种类型能被提交为显示存储器的不同部分的单独的2D和彩色多普勒图象，在本实施例中，2D和多普勒估计数据组被一块提交在显示存储器区域416以形成彩色流图象。

显示任务通过扫描转换2D估计数据为光栅数据提供2D图象。扫描转换可以通过计算或通过查询表完成和进一步包括了执行所希望灰度或彩色变换功能的数据的扩展。扫描转换一般地包括在接收的采样之间的计算的数据值的计算或可包括光栅数据的整个计算的组的计算。在任一种情况下，为每一个估计数据值n乘m的转换栅被形成，这取决于栅的左上角的估计数据点。例如，n乘m栅可以是4乘4的栅、栅的每一平方包括用来计算那个平方的光栅数据值的转换因子，当施加相关的估计数据值和邻近的值时是如此。该转换因子包括了计算值所希望灰度变换的比例因子。该栅和它的转换因子为每一个估计数据值而被复制，并允许为每一个估计数据值计算至16个计算的值(用4乘4的栅)、被使用的计算的值是那些对应在所希望的光栅数据阵列中的位置的计算值。当显示任务从所有的2D估计数据值中完成计算灰度光栅数据阵列时，它重置在2D估计对象的标志位以允许估计数据被新数据重写，和检验任何连接数据组的估计对象的属性。

在这个实例中，显示任务被指向多普勒估计数据的第二估计对象。显示任务使用为2D数据使用的相同的提交步骤，但是使用为所希望的彩色变换使用的比例因子为同样的图象区域提交彩色流信息。如果希望的话，显示任务也可以使用不同的栅，这取决于采样体积的尺寸和彩色流数据的尺寸、例如，2乘2的栅能为大采样体积尺寸所使用。

当显示任务提交彩色图象时，它选择性地在先前形成的光栅数据阵列中替换2D值。彩色提交仅仅在彩色流盒304的区域内被完成，它的位置和维数是由多普勒光栅图象对象的属性所指定的。如果显示任务发现0值或低于2D光栅数据阵列的预定的阈值，它就查看是否有效的多普勒值已经为那个位置产生了。如果是如此，显示任务用多普勒光栅数据值在那个位置重写2D值。显示任务以这样方式继续用彩色流光栅数据值填充光栅数据阵列的彩色流盒区域。

当显示任务已经完成了提交多普勒估计数据到光栅数据阵列时，它重置多普勒估计对象的标志位并且给出释放多普勒估计数据被存储的Cineloop存储器的区域。完成的光栅数据阵列现已为由视频卡94的显示准备好。显示任务发信号给视频卡，新的图象已准备好，如最后一步280所示。在这时的视频卡显示先前由显示存储器的另一个区域提交的光栅数据图象。当视频卡完成了显示该先前图象最后的光栅线时，它应答新的光栅数据和转换为从新完成的图象中显示光栅线、如294所示、被先前图象的光栅数据占据的显示存储器区域现在可以由显示任务提交另一个新的图象。由于显示存储器是双端口存储器，当显示任务提交新图象到同一个存储器的另一个区域时，视频卡可以以希望的视频显示速率从一个图象中连续地读出光栅数据。

当这个图象采集，处理，显示时，提交发生了，注解任务用图象的字母数字和图形信息形成屏幕重叠，包括如图9所示的病人ID，日期，时间，扫描参数，PRF，彩色条312，和深度刻度310。屏幕重叠是由视频卡提供的超声图象组合的和完成的图象被传送或显示在希望的记录介质上(即，监视器，VCR，网络，打印机等等)。

当显示任务提供一图象时，波束成型器90连续获得采集数据和存储它到RF存储器，和信号处理任务连续地处理获得的数据和存储估计数据到Cineloop存储器。这些周期性的任务为多任务调度软件所所容，当它们准备好时，多任务调度软件调度采集和信号处理任务在CPU上运行。这样，使用CPU显示任务的量程周期性地被中断，而将CPU的时间分配给其它两个任务和注解任务的量程。当显示任务已经结束提交一个图象时，估计任务组一般为提交另一个新图象已经准备好。CPU这样连续地产生实时超声图象序例。

继续第一个实例，本发明构成的实施例中的控制面板包括大量桨形棒状开关，它们被系统操作者用来改变扫描参数。当操作者按棒状开关到一边时，对应的参数在一方向测出变化，和当棒状开关被按向另一边时，参数向相反方向测出变化。这些棒状开关的一个被用来变化图象的深度(范围)、当该开关被按向一边时，该区域按预定的增量减少，当它被按向另一边时，该区域按那个增量增加。操作者可以预置增量为希望的值，例如1cm，2cm，5cm，或一些其它的值、该构成的实施例使用这增量/减量控制到可能的全部程度，如下面讨论的，它提供有效使用CPU超过了其它的技术，和拥有这些属性的对象的系统属性的单点控制。

假定，操作者用系统进行扫描和希望改变图象的范围到较深的深度，操作者通过在“增量”方向按区域棒状开关就能做这些。显示屏上的图象立即改变了。图象它本身是同样的尺寸，但是图象是进一步延伸到体内的较深的区域，因为图象的深度已经增加了。区域的尺度310变化了，指出了图象扩展的新的深度。超声系统使这些按随后的顺序发生。

控制超声任务210响应从控制面板62来的中断，并被调度和获得使用CPU，和看到，要求已经被做出去增加扫描的区域。控制超声任务发出信息给采集任务，“增加区域”，如图8所示。

采集任务收到信息，并波调度和获得使用CPU，最先检验是否区域能被增加。如果它不能，因为扫描头已经在它的最大区域扫描，它发送信息“失效”返回到控制超声任务。控制超声任务然后不能做什么，留下系统在它的最大区域运行，或者能发送信息到注解任务，将信息放到屏幕上，区域已在它的最大范围。但是如果采集任务看到区域能被增加，它存取库功能以改变采集对象的必要的属性。如果传送和接收周期太紧密的放置的话，库功能不得不改变属性控制传送间隔以允许较大的区域。如果从增加的深度的回波的接收的时间是允许的，仅仅接收属性不得不改变，例如采样数目，即在射线中采样的数目，将随着回波采样增加，将获得较大的深度。当对采集的对象做出适当的变化时，采集任务通过装入新的命令顺序到波束成型器350而完成了新的对象。在优选的实施例中，波束成型器顺序器是取缓冲的，使新命令顺序被传送到波束成型器控制器，而波束成型器持续地受到它当前顺序所控制。

在采集对象已经被修改以后，采集任务发送新的区域到控制超声任务和在采集对象内设置新的标志以指示，对象已经被修改了。下一次信号处理任务被调度和获得使用CPU，它看到指示采集对象已经被变化的标志和对估计对象的属性做适当的调整。例如，信号处理任务将看到在每一个射线上将有更多的采样，和将增加MmPerCol属性的值。信号处理任务然后在估计对象内设置属性以指出对象已经被修改，和返回其它任务需要知道去控制超声任务的任何属性。

下一次显示任务被调度和获得使用CPU，它同样地看在估计对象中被修改的标志和对光栅图象对象的诸属性进行适当的修改。例如，显示任务将看到，在同一个显示区域它不得不提供较大深度的图象，和将增加MmPerPixel属性的值。当图象被提供时，显示任务返回新的MmPerPixel和其它修改的属性到控制超声任务。

控制超声任务调度和获得使用CPU，和看到所有必需的对象变化已经被完成了。信息被送到注解任务以用增加的深度参数的新的刻度310修改图形重叠屏幕。图8a的诸步骤现在用新的数据对象开始。在传送新的波束成型器控制顺序到波束成型器控制器的缓冲器被完成以后，波束成型器控制器350立即转换到新的指令顺序和依照新的顺序开始获得和存储RF数据。任何部分完成的采集数据被放弃，而它们的RF存储器区域供新数据组重写。当对应的数据组被发展时修改的对象投入使用，实时产生提交了具有新深度的第一图象的光栅数据阵列。如上所述，在由视频卡完成旧图象显示之后产生对新图象的变化。

图9示出了在超声图象302下边的三个“软键”320，322，和324的显示。软键被注解任务显示和物理上与在显示屏下的控制面板62上放置硬键行对齐。在图中第二和第三软键322和324上标有“Persis↑”和“Persis↓”和使操作者增加熟知为辉度的显示特性。如美国专利5,215,094中描述的，余辉参数使在流动中迅速发生的变化能在实时显示中被保留，使得它们更好地为临床医师所判别。在本发明构成的实施例中，通过适当按下在软键下的硬件可以影响图象余辉的变化。按压控制面板62上的硬键(见图5)使得软键322闪亮和使图象余辉特性增加。由于这个任务仅能由信号处理任务来完成，通过被调度和获得使用CPU和发送信息“增加辉度”到信号处理任务，来控制超声任务对硬键做出响应，这如图8所示，通过增加它的多普勒估计器标的辉度属性和发送新的辉度电平返回到控制超声任务，信号处理任务做出响应(或者，如果辉度已经在它的最大水平，则“失效”)。信号处理任务依照新的辉度设置处理下一个采集数据组。采集诸对象和光栅图象诸对象并不知道变化和没有理由知道关于它的情况，它们将象以往一样继续获得数据和提交它，而不注意在信号处理的变化。

在构成的实施例中，它被决定在屏幕上显示辉度作为量化扫描参数，这就增加了信息交换的复杂性，因为量化值必须做为估计对象属性加以存储，该值被返回到控制超声任务，和发送到注解任务以改变扫描参数的屏幕显示。这种使用具有保持自己是辉度值的所有者的优点，在这个实施例中，是估计对象，控制超声任务并不需要知道辉度的当前值和限制，因为该信息是保持在诸地象属性和方法中。由于构成的实施例中证实了使用增量/减量方法去改变扫描和系统参数到极大的程度的哲学，所以数值和限制受到具有变化属性的对象的管理。

本发明的实施例的第二实例由图11的显示350给出。这是M-模式显示，实时2D图象352示出了M线的扫描显示360。M线的扫描显示通过操作位于2D图象上的光标354被获得。通过先前实施例的图7，7a，8和8a示出的相同的处理顺序产生M-模显示。

如以前一样进行系统设置(图7和7a)。2D采集对象为2D图象建立，这如前一实施例所做。这时2D采集对象连接到M-模式采集时象。M模式采集对象将具有诸属性，它们定义了诸特性，诸如M模式射线被获得的时间间隔和被平均到一块以形成供显示的一M线的获得的射线数。类似地，这将存在两个估计对象，一个是2D采集数据和另一个是M模式采集数据，这里将有两个光栅图象对象，一个提供在上半显示区域的2D图象和另一个提交在下半显示区域的M模式显示。

如图8和8a所描述的，执行对象数据处理，除了多普勒对象被M模式对象所取代。波束成型器将被编程以获得用2D线的M线时间间隔，由考虑显示扫描速率决定的诸间隔和被平均以实时形成一显示M线的所需诸线的线数。当两个采集的数据组做为单独的数据组被存储在RF存储器中，由于M模式数据组实质上是临时的2D数据，信号处理任务将在CPU上而不是用DSP卡处理M模式采集数据，如果希望瞬时处理2D和M模式数据，做为替换DSP卡是可以获得使用的。两个估计数据组将被存储到Cineloop存储器内和将由显示任务单独地提供。

提供M模式数据做为滚动的显示这是可能的，其中诸线呈现从右向左前进横跨屏幕和当较旧的在左边去掉时而新的M线连续地加到显示的右边。然而，本发明使用的扫描显示具有在个人计算机环境下的优点。在M模式显示360的举例中，M线362首先被显示，当新的M线在它的右边顺序地被显示时，它维持在屏幕上静止。当M线填充显示的右侧时，顺序的M线开始呈现在左边，实际上达到了图11所示的点，这里最旧的线是线362和最新的线是364。当新M线被加入时，它们呈现在M线364的右侧，实际上达到了M线362和然后重写较旧的M线。

扫描显示的优点是，这并不象滚动显示那样，M线通过时间显现在屏幕的不同位置上，而是在图象中静止的。这里的区分是，通过简单的提供新M线盖在显示的最旧的M线上可以执行新的M模式线。这明显地快于再提交的所有的M线，这对于基于PC的超声系统而言是显著的，并且需要非常少的提交时间和由于显示任务是利用的CPU。当扫描停止时，整个M模式显示能被重写到右边对齐最新的M线，这样消除了在存储或印刷显示的任何不连续性。

在本发明构成的实施例中，多任务处理和面向对象的设计方法允许软件设计者和编程人员在设计和执行软件变化时有可观的活动余地。由于多任务调度软件使软件被执行和时间被分割为离散的时间片，每一个软件任务能被新的处理能力所修改和增加并几乎不考虑任务的执行时间。通过响应实时时间事件的时间交叉处理不同的任务，多任务调度调度软件能维持实时系统性能。延长任务意指需要更多的时间量程去完成任务，但是变化并不消弱和毁坏该系统，如果任务被限制为完成它功能的固定的最大时间窗，这就可能出现问题。在本发明的实施例中，多任务调度软件通过调度更多的量程完成任务而简单地适配延长的任务，和系统连续运行。通过少数或甚至适当的CPU量程完成延长的任务能够降低整个系统，但是所到的程度，一般操作者是不会查觉的。

多任务适配的优点允许软件设计者相当独立性地去操作。例如，采集任务设计者并不需要持续地询问信号处理任务设计者去变化它们正在做的内容和是否两组的设计将在一块工作。这种自由度通过面向对象的设计进一步增强了，这里没有一个组被另一组强加的限制而被适当的限制，每一组都将知道，它将和什么一块工作，带有数据对象的数据组和信息“数据已经准备好，没有什么再多的了，每一组都有极大的活动余地去决定是否它想响应它接收的数据组，它希望如何处理它们。由于面向对象的设计任务和对象是自然密封的，每一组是自由地使用资源和在它的命令下去处理数据组，和它知道，它是不受它的资源的外部强制和其它任务操作的影响。事件驱动的多任务环境和数据驱动的面向对象的环境组合起来提供更有效的和较高质量操作和性能。

资源在任何环境中是没有限制的，然而，在个人计算机超声系统中应当被小心使用的确定的资源是CPU¹的处理能力。本发明监视使用这个处理能力，被称为PC机的“带宽”。特别是，在成象时被各种任务使用的“带宽”被监视以担保性能因子诸如数据采集速率和显示帧速率。在构成的实施例当中，本发明人已经发现，显示任务在运行的基础上使用带宽70％-80％，信号处理任务大约15％余下的是其它所有的任务。当不需要对波束成型器进行编程或对控制变化做出响应时，采集任务仅仅使用带宽的分数百分数，因为它通常的功能仅是简单地通知信号处理任务，采集数据已经准备好。

由于系统带宽是确定的资源，当带宽使用变得紧张时，本发明者在构成的实施例中做优先级选取。仅当两维成象被执行时，系统的所有任务被指定优先级为0，除了信号处理任务，它具有的优先级为+10。这意指，当信号处理任务已经准备好去处理新的采集数据组时，等待CPU存取的准备好的表将被中断。这信号处理的较高的优先级确保，每一组射线将被处理和没有射线数据将被漏掉。当系统同时执行两维成象和M模式显示时，M模式显示的显示任务的优先级是设在0，而2D显示任务的优先级设在-2这就确保了，当它的数据被产生时，2D扫描转换将被中断以处理新的M模式线，因为滚动M模式诸线不得不实时被产生。类似的优先级发生在滚动的频谱多普勒显示。

信号处理任务的较高的优先级的使用确保了，所有获得的数据被处理和存储在Cineloop存储器内。然而，这并不确保，每一个存储的估计数据组被显示任务显示为图象。当信号处理任务变得复杂和精细时，它的带宽要求将减少显示任务可使用的带宽，造成了较低的显示帧的速率和被显示任务跳过的估计数据组的发生。

这不测事件通过使用存储估计事件的Cineloop存储器而在构成的实施例中加以考虑。当信号处理任务为显示产生新的数据组时，它改变系统的指针到指定新数据组为最当前的估计的数据组。当显示任务结束估计数据组的显示时，它返回到最当前的估计数据组作为下一个被显示的。当显示任务集中在最当前数据显示时，在其内部发展的估计数据被留下来并不显示。例如，这就造成在每秒采集速率下在Cineloop存储器内存储60帧的估计数据，但是在每秒显示速率下仅显示这些帧的一半30帧。

这些未显示的帧数据组并没有丢失，而按顺序保留在Cineloop存储器内，直到它实际上被后来的许多帧所重写。这样，Cineloop存储器在Cineloop存储器的整个长度上维持着所有显示的和未显示的R-Q估计数据组的图象数据文件。无论何时当需要分析高帧速率数据的诊断情况出现时，这就允许操作者停止实时显示。例如，如果操作者正在观察胎儿的心脏，并有意更详细地呈现它的迅速的心跳，操作者可以定住实时处理显示和从Cineloop存储器中重放R-Q诸帧，它们以显示任务的较慢运动显示帧速率被重放和被显示。当采集任务和信号处理任务不再被调用去获得和处理新数据时，实时定住显示帧的速率在事实上增加了。作为替换，显示任务将唯一的使用CPU，能达到系统最高的帧速率。所有存储在Cineloop存储器的诸帧，包括那些未实时显示帧，能在较高或慢运动显示帧速率下被重放，允许临床医师详细地从每秒60帧获得的图象上观察胎儿心脏的迅速地跳动。当它在Cineloop存储器中被捕获以后，图象顺序能以不同的速度重复地被重放以使临床医师做出确定的诊断。

图12所示的本发明的第二实施例进一步改进了基于个人计算机的超声系统的诊断能力。和图5的实施例相对，图12的实施例组织系统存储器384，使得RF存储器是取端口Cineloop存储器，能够顺序存储多组获得的RF数据。信号处理任务存储估计数据组到其中的存储器，估计数据存储器是相应较小的能存储有限数目帧数的估计数据。该实施例将以图5的实施例一样的操作，但在处理困难的诊断操作显著的不同。在刚刚讨论的胎儿心脏实例中，定住的实时图象图将允许在Cineloop RF存储器存储的图象数据按顺序以每一图象的显示被重放。显示的帧速率将没有先前的例子那么高，因为存储在Cineloop RF存储器的数据是未压缩的数据；当两个任务交替地处理和显示Cineloop RF图象数据时，显示任务和信号处理任务将共享CPU，通过使用信号处理的DSP卡和供显示处理的CPU使局面得到改进。但是如前所示，临床医生将能够审视在每秒60帧的速率获得图象数据，因为在Cineloop存储器内的每一数据组将被处理和显示。

新的优点呈现于第二实施例中，这归因这样的事实，存储在Cineloop RF存储器中的RF数据组是未被处理的。这使得临床医生定住实时成象，和一遍又一遍地重放，每一次用不同的处理技术。例如，如果临床医生想在实时的胎儿心脏的彩色流图象中定点在自流扰动的瞬间变化，它可以定住实时显示和重放存储在Cineloop RF存储器内的图象数据，但在这次用较好反映扰动状况的余辉设置。如果选择的余辉设置是徒劳的，临床医生可以再次重放图象，但用不同的余辉设置。临床医师可以重放用完全不同的处理的图象顺序。例如它能重放图象顺序，不同彩色流图象，而用在US专利申请[申请号SN 08/655 391]内描述的功率运动图象处理以强调在胎儿心脏组织的细微变化。替换地，数据组能被重放，但不是做为辉度或多普勒图象，而是通过组织特性处理而发展的参数图。Cineloop RF数据组甚至能存储在磁盘，VCR或通过网络用可获得的处理技术在数周或数月以后被重放，以在未来的日期提供给临床医师。

但是基于个人计算机的超声系统结构的最突出优点是可靠程度，任何当今性能协调仅仅是暂时的，因为该技术是跨在PC芯片发展的波潮上。超声系统的设计者具有的自然的愿望是从给它们的工具中获得最高的性能。基于给定的使用CPU例如100MHz的Pentium芯片的超声系统将使系统设计者不为未来的发展保留带宽，而是立即使用处理器的全部带宽以获得最大性能。当系统涉及的软件任务更加要求系统的带宽和性能降低时，已经准备好的方案就在手边，该方案能实际改进系统的每一个功能：拔下100MHz芯片，而用200MHz芯片代替。突然每一个东西的性能均被改进了，帧速率被奇幻般地加快了，这里有节约的带宽。甚至更增强的功能现在能被设计和被完成，因为设计者确信这样的知识，PC芯片性能的另一步的发展将在未来提供甚至更多的带宽。

最佳设计的构成的实施例具有计算机芯片发展的优点。CPU是固定在子板的插座上，它近而固定到母板的连接器上。在近期内可以预料，通过替换在子板上的CPU芯片性能将被升级。实际不用证明，子板能被新子板和较高性能的CPU所取代。和当然这总是真的，整个PC机平台-母板，子板，CPU和操作系统-能被抛弃，端口接在新平台上的操作软件，连接到扩展总线卡120的新母板具有个人计算机技术最新的优点。

随着商业上可获得的PC机和工作站CPU芯片的发展，图3实施例的特定发展肯定能实现。随着多普勒和2D信号处理由CPU执行，DSP卡92将消失。同样随着它的数字功能被在DSP卡和实际上在母板上运行的软件所承担，波束成型器将逐渐地消失。那时，传统的波束成型器的唯一剩余部分将是高压驱动器和到模拟/数字转换器的接收器元件。简言之，超声系统将使用数字部分到最大可能的限度，其中所有的部分将由PC机的软件执行。

Claims (12)

1.一种基于个人计算机的超声诊断成像系统，包括：

超声成像探头；

连接到所述探头并响应于从所述探头接收到的回波信号产生数字射线信号的波束成型器；

连接到所述波束成型器、用来存储所述数字射线信号的双端口存储器；

连接到所述双端口存储器、用来处理所述数字射线信号以产生超声诊断成像信号的个人计算机平台；和

连接到所述个人计算机平台、用来显示超声诊断图像的显示器。

2.权利要求1所述的超声诊断成像系统，还包括连接到所述个人计算机平台和所述显示器、用来存储所述超声诊断成像信号的双端口存储器。

3.一种基于个人计算机的超声诊断成像系统，包括：

超声成像探头；

连接到所述探头、用来响应于从所述探头接收到的回波信号产生时间上分开的数字回波信号的装置；

连接到所述用来产生数字回波信号的装置、用以处理所述数字回波信号以产生时间上离散的超声诊断成像信号的个人计算机平台；和

连接到所述个人计算机平台、用来显示时间上离散的超声信息的超声诊断图像的显示器；

其中所述时间上离散的超声信息的超声诊断图像是扫描显示，在其中较旧的信息连续地被新的信息所替换。

4.权利要求3所述的超声诊断成像系统，其特征在于所述扫描显示是M模式显示。

5.权利要求3所述的超声诊断成像系统，其特征在于所述扫描显示是频谱多普勒显示。

6.权利要求3所述的超声诊断成像系统，其特征在于所述用于产生时间上分开的数字回波信号的装置还包括用于产生时间交叉的数字2D回波信号的装置；

其中所述个人计算机平台还包括用于处理所述2D回波信号以产生2D超声诊断图像数据的软件；以及

其中所述显示器还包括用于同时显示2D超声诊断图像和时间上离散的超声诊断信息的扫描显示的装置。

7.一种基于个人计算机的超声诊断成像系统，包括：

超声成像探头；

连接到所述探头用于以第一速率产生多组数字回波信号的装置，每一组数字回波信号包括图像帧的采集数据；

连接到所述用于产生数字回波信号的装置、用于显示处理各组所述数字回波信号以便以第二速率产生超声诊断图像数据组的个人计算机平台；和

连接到所述个人计算机平台、以便显示超声诊断图像的显示器，

其中所述第一速率大于所述第二速率。

8.权利要求7所述的基于个人计算机的超声诊断成像系统，其特征在于所述第一速率和所述第二速率之间的差异是时间的函数，所述个人计算机平台利用该时间来执行一组所述数字回波信号的所述显示处理。

9.权利要求7所述的基于个人计算机的超声诊断成像系统，其特征在于还包括图像数据存储器，用来存储由所述用于产生多组数字回波信号的装置产生的所述各组数字回波信号的序列；以及

还包括用于显示处理所述存储的序列以便显示为超声图像序列的显示装置。

10.权利要求9所述的基于个人计算机的超声诊断成像系统，其特征在于所述图像数据存储器被连接以存储由所述用于产生多组数字回波信号的装置产生的采集数据组。

11.权利要求9所述的基于个人计算机的超声诊断成像系统，其特征在于所述个人计算机平台还包括用于超声信号处理各组所述采集数据，以产生处理过的数据组的软件，每个数据组对应于一超声图像，

其中所述图像数据存储器被连接以存储所述处理的数据组的序列。

12.权利要求11所述的超声诊断成像系统，其特征在于以大于所述第二速率的速率产生所述处理的数据组。

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