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。得益于开云棋牌官网在线客服技术的进步，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：开云棋牌官网在线客服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。

　　作者简介

　　Ravindra Munva是德州仪器医疗系统团队的系统经理，主要负责客户支持和参考设计开发。Ravindra在医学成像设备的设计和开发方面有着丰富的经验，拥有印度卡纳塔克邦大学工程学学士学位。