基于嵌入式的便携式B超软件系统的设计与实现

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基于嵌入式的便携式B超软件系统的设计与实现
西南交通大学硕士研究生学位论文 第页 Abstract In recent years, with the development of computer technology and electronic technology, there have been a growing number of portable devices. The portable is a direction of the traditional type B ultrasonic instrument, and it is the portable type -B ultrasonic. The leading ultrasound manufacturers are racing to develop low-cost, multi-function, high reliability, easy maintenance, easy-to-low-cost portable ultrasound imaging system, and achieved some results. But compared with developed countries, there is a gap Portable type-B ultrasonic is composed of the ultrasonic probe and the host composition by the FPGA+ ARM+ dsp and peripheral components. Image Acquisition B-probe scanning the human body by ultrasonic send ultrasonic signals, the collected echo signal into digital signals to FPGA; FPGA front-end of the original data received after the data preprocessing; Done after pretreatment data distributed DSP and arM, dsp does the digital image processing. ARM is responsible for coordinate transformation and interpolation image processing, post processing, the final image displayed. In addition, aRM is also responsible for the display system interface and control external equipment The main contents of this paper is the design of portable terminal B-system software B-image transmission and display on the ARM, including BootLoader migration, operating system, cutting and transplantation, the file system of production, b ultrasonic image transmission and display design, driver software and end graphical interface design and migration. System has realized the image display, medical records management, image processing, movie playback, image processing, image printing, network communication and other functions. The hardware uses OMAP3530 processor designed by ti and uses OMAP 3530 EVM produced by MISTRAL company, using U-Boot as the Bootloader, embedded Linux as the operating system kernel, JFFS2 file system file system as a system the use of Qt Embedded gui development terminal Key words: portable; embedded Linux; Qt/Embedded; signal and slot; multi-thread 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授 权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用 影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1.保密口,在年解密后适用本授权书 2.不保密M,使用本授权书。 (请在以上方框内打“v”) 学位论文作者签名;间崩 指导老师签名:W 日期:23 日期:∽o,b./3 西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下: 1.通过分析B超检查仪的操作过程,确定了本系统需要实现的功能,并且划分成 独立的功能模块。 2.根据项目的实际情况和嵌入式软件开发的流程,确定使用 ubuntu作为宿主机的 操作系统,采用 Qt/Embedded作为系统图形界面的开发工具,搭建了宿主机的开发环 境 3.通过对本系统硬件平台OMAP3530EVM的熟悉与了解,在硬件平台上构建了 便携式B超软件的运行环境,包括在开发板上移植了的U-Boot、嵌入式 Linux和JFS2 文件系统,并且提出了一种更好的混合式文件系统的方案 4.参与了B超图像传输接口的设计和驱动程序的开发,即FPGA与ARM之间接 口的设计,并且对于从FPGA传送到ARM上的数据图像进行了坐标转换,实现了B 超图像的实时显示。 5.使用Q/ mbedded开发了便携式B超系统终端的操作界面,主要实现了以下几 个功能模块:病历管理、图像处理、电影回放、图像测量、图像打印、网络通信。 6.将开发的应用程序移植到了OMAP3530EVM,并且实现了程序的汉化,最后 对应用程序进行了简单的测试。 本人郑重声明:所呈交的学位论文,是在导师指导下独立进行研究工作所得的成 果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中作了明确说明。 本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。 学位论文作者签名 间朋 日期:1|1.1 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1页 第1章绪论 1.1引言 超声诊断具有无侵袭,不影响人体,适应性广等优点,目前它已成为临床诊断上 不可缺少的手段,特别是以超声图像技术为中心的B型超声系统已成为普遍使用的医 学检查手段。 B模式扫描超声诊断仪(简称B超)从规模上来分,分为推车式B超和便携式B 超。便携式B超具有体积小、携带方便等优点,主要用于手术中和急诊急救中。在汶 川地震和青川地震的抗震救灾中发挥了重要作用。随着当今电子技术和计算机技术的 发展,超声成像技术有了很大的进步,具有新功能的超声成像设备层出不穷叫,便携式 B超的性能也有了很大的提高 1.2国内研究现状 到目前为止,国内医院所用的三维B超仪,还没有一台是我国自己研发生产的[2]。 200年华科大生命科学与技术学院生物医学工程系博士生导师丁明跃教授历时近4 年,在传统二维B超的基础上,成功研制出具有自主知识产权的“全数字动态三维B 超仪”,打破了“三维B超无国产”的尴尬局面。目前,该B超仪正在进行临床试验 阶段,并有望进入市场化生产阶段。与普通三维B超仪所不同的是,全数字动态三维 B超具有良好的空间定位能力。不仅可以从不同角度、不同方向获得立体成像,而且 还能像录像一样,记录下人体内部脏器或腹中胎儿的动态立体三维图像,方便医生通 过三维B超的“透视”,准确判断患者病情。这一技术在未来介入式手术图像导引上, 具有重大的发展潜力。超声是目前国内外应用最广泛的一种医学成像方式,目前国内 90%以上的医院使用的B超仪是二维的,只能拍到事物的一个个剖面图像信息。 近年来,各大超声厂商都在竞相开发低成本、多功能、高可靠性、易于维护、容 易操作的低价位彩色超声影像系统。由于技术进入门槛的降低,计算机技术的普遍使 用,许多新公司及小公司也纷纷加入到这一类新产品的研制开发,而国内几家著名的 医疗设备厂商也在紧锣密鼓地研发自己的便携式B超产品,并且取得了一定的成果。 如深圳迈瑞公司2008年开发的M5便携式彩色多普勒超声系统是国内第一款全身应用 型便携笔记本式彩色多普勒超声诊断仪。 1.3本课题的研究背景 本课题是我导师与重庆大学电气学院合作的一个项目中的一部分,该项目的目标 是设计一个基于FPGA+DSP+ARM的新型便携式B超诊断仪,而传统的便携式B超 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2页 般是基于FPGA+ARM或者是FPGA+DSP的。该项目涉及医学、物理、电子、计算机 等多个领域,需要多人共同完成。整个项目由重庆大学电气学院负责并安排分工,这 个项目需要完成以下这些功能:便携式B超的硬件设计、B超图像的采集、B超图像 的顸处理、B超图像数字化处理、B超图像的传输、B超图像的显示、便携式B超系 统终端的操作界面。系统用到的硬件包括:超声探头、FPGA、DSP、ARM以及一些 外围设备,如键盘、鼠标、显示器、打印机等。其中DSP和ARM在同一个开发板上 (用的是TI公司的OMAP3530处理器)。超声探头负责图像的采集,FPGA负责图像 的预处理,DSP负责图像的数字化处理,ARM负责图像的显示和系统终端的操作界面。 在这个项目中我主要负责便携式B超系统终端软件的设计、B超图像的显示、并 且参与了B超图像的传输设计,因为这部分功能需要软硬件共同来完成,我负责的这 些功能主要是在ARM平台上实现。B超图像的采集是整个便携式B超系统的关键部 分,采集的B图像质量是便携式B超性能的重要指标,但是对于一个完整的便携式B 超系统而言,当采集到图像以后,需要将图像动态的显示到终端上,然后医生还要对 图像进一步的处理,对病历进行管理,打印图像和检査报告等,因此需要一个简洁友 好的终端操作界面来完成这些功能。 14本文主要内容 本文的主要内容是在ARM平台上的便携式B超系统终端软件的设计以及B超图 像的传输与显示设计,主要包括 Bootloader的移植、操作系统的裁剪和移植、文件系 统的制作、图像传输接口的设计、图像的显示设计、驱动程序的编写、系统终端操作 界面的设计以及应用系统的移植。因此本文主要的研究工作有以下几点 1.便携式B超系统终端软件结构的设计。通过分析B超检查仪的操作过程和便携式B 超检査仪的整体硬件结构,确定本软件系统需要实现的功能,并且划分成独立的功 能模块。 2.本软件系统的开发过程。根据嵌入式软件开发的模式和流程,结合项目的实际情况, 确定了本软件系统的开发过程。 3.开发工具的选择和开发环境的构建。根据项目的实际情况,确定使用 Qt/Embedded 作为图形界面的开发工具, ubuntu作为宿主机的操作系统,根据交叉开发模式的要 求,在 ubuntu揀作系统上构建了开发环境。 4.便携式B超系统软件运行环境的构建。通过对木系统使用的硬件平台OMAP3530 EVM的熟悉和连接,构建了软件运行平台,包括U-Bot的移植、嵌入式 Linux内 核的移植、文件系统的移植和并且提出了更加实用的混合式文件系统的设计方案。 5.便携式B超图像传输与显示的设计。根据系统的需求和项目的实际情况,确定了 FPGA与ARM之间的接口,对传送到ARM上的图像进行坐标转换实现图像的实 西南交通大学硕士研究生学位论文 第3页 时显示。 6.便携式B超系统终端软件的设计。以 Qt/Embedded作为GUI(图形用户界面)开发 工具,开发岀系统终端软件,主要包括以下几个功能模块:病历管理模块、图像处 理模块、电影回放模块、图像测量模玦、图像打卬模块、网络通信模块。 7.系统的移植和测试。将开发的应用程序移植到OMAP3530EVM上,并实现了程序 的汉化的显示,最后对应用程序进行了简单的功能测试。 1.5论文章节安排 本论文分为7章,结构安排如下: 第1章介绍便携式B超的国内发展现状和本课题的项目背景,指出了本文的研究 内容和论文的结构。 第2章分析了系统的需求,给出了系统的总体结构,包括硬件结构和软件结构, 并且说明了系统的开发模块和开发过程。 第3章介绍了系统用到的软硬件平台。 第4章介绍了便携式B超软件运行环境的构建过程。 第5章详细介绍了便携式B超图像传输与显示的设计过程。 第6章详细介绍了便携式B超终端软件的设计过程 第7章介绍了应用程序的移植和测试。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第4页 第2章系统总体设计 21系统分析 般B超检查仪的操作过程分为以下几个步骤,如图2-1所示 1、开机后,系统首先自动进入预置的检查模式。按“检查模式“键分别进入不同部 位的检查程序。 2、然后按下”新病人“键,输入病人信息,按”设置“键进入系统设置,系统设置结 束后,进入默认的显示模式,即B模式动态显示。 3、这时按下”冻结“键,图像就会静止:再按“测量键”,即可打开测量菜单,具体 测量模式由先前检査查模式预定义。 4、在默认的B模式动态显示状态下,如果按下”M键,”BM“键或者”B/B键,图 像就会切换为M模式、BM模式或者B/B模式,其中B和B/B模式可以进行图像放 大和图像翻转操作。同样,在默认的B模式动态显示状态下,如果按下“冻结”键,再 按“电影回放”键,系统会按帧的升序自动回放出存储的图像。再按“设置”键,系统退出 自动回放模式。 开机 选择检查模式 输入病人信息 系统设定 B模式动态显示 (默认) 冻结 模式选择 电影回放 测量 B、B/B、B/M、M模式 常规测量 心 图像处理 脏 图 图 像像 打印报告 放缩 大 图像旋转 图2-1B超诊断仪的操作过程 西南交通大学硕士研究生学位论文 第5页 名词解释3: B模式:是用亮度( Brightness)调制方式来显示回波强弱的方式,也称作” 断层图像”,即二维灰阶图像。 M模式:是记录在某一固定的采样线上,组织器官随时间变化而发生纵向运 动的方法。 B/M模式:是显示器上同时显示一幅断层图像和一幅M模式图像的操作模 式 冻结:是使实时显示的超声图像静止不动的功能 电影回放:图像在被显示的过程中,是从缓冲内存中读取数据的,即在探头 停止扫描或者图像被冻结之前的一部分数据将被存储到缓冲内存中,使用者可以 根据需要从内存中调用所需要的图像数据进行研究、测量,或是重现缓冲内存中 的图像数据,以得到实时记录的部分图像信号。 根据上述操作过程,可以总结出B超诊断仪主要实现以下几个功能 1、病人信息管理:包括查询病人信息和输入新病人信息。 2、系统的设定:主要是检查模式的设定。 3、B超图像的采集,由超声探头完成。 4、B超图像的处理:主要包括图像的存储、电影回放、放大、缩小、旋转等。 5、测量功能:主要是测量病变部分的面积、周长等。 6、打印功能:包括图像的打印和诊断报告的打印 22系统的硬件结构 便携式B超系统的硬件主要分为两大部分:探头和主机,主机由FPGA+ARM+DSP 和外围设备组成。其中探头负责扫描人体需要检查的部位;FPGA负责从探头接收数据 并做前端数据采集和预处理;ARM负责显示系统的操作界面、数据的后期处理以及外 围接口的控制等,外围接口包括SD卡、鼠标、键盘、打印机、网口、串口、显示器等; DSP负责图像数字化处理。本设计用的OMAP3530EVM是ARM+DSP双核处理器 便携式B超诊断仪硬件结构如图22所示。

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xjp13 不错,是一篇西南交大的计算机硕士论文,大概看了了,在嵌入式开发平台上实现了B超成像,很久参考价值!
2014-04-08
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