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HINTERGRUND
ZU DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft ganz allgemein vielfältige Aspekte eines Strahlformers
BF (BF = Beamformer) für ein
Ultraschallsystem.
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In
herkömmlichen
Ultraschallsystemen wurden vielfältige
Strahlformer-(BF)-Konstruktionen vorgeschlagen, um an den Signalen,
die mit Transducerelementen einer Ultraschallsonde gesendet und
von diesen empfangen werden, die Funktionen der Strahlformung auszuführen. Der
Strahlformer führt
an einer Matrix von Eingangssignalen, die von einer Anzahl der in
der Sonde befindlichen Transducerelemente her aufgenommen wurden,
eine Signalverarbeitung durch. Die Transducerelemente strahlen (feuern)
Ultraschallpulse ab, um einen interessierenden Bereich zu scannen,
und erzeugen Eingangssignale, wenn die Transducerelemente Ultraschallechos
aufnehmen, die in Reaktion auf den Ultraschallscan aus dem interessierenden
Bereich zurückkehren.
Herkömmliche
Strahlformer führen
wenigstens Teilsätze
der Matrix von Eingangssignalen zusammen, um ein oder mehrere BF-Empfangsstrahlen
zu bilden. Das von jedem Transducer her aufgenommene Eingangssignal
wird als ein Transducerkanal bezeichnet, und es mehrere Transducerkanäle werden
kombiniert, um einen Empfangsstrahl oder eine Empfangszeile zu bilden.
Herkömmliche
Sonden verfügen
gegebenenfalls über
64 oder 128 oder 256 Transducerkanäle. Der Strahlformer enthält Komponenten,
die die durch jedes Transducerelement durchgeführten Sende- und Empfangsvorgänge steuern.
Der Strahlformer verwendet vorbestimmte Sätze von Verzögerungen,
um jeden Sende- und Empfangsstrahl zu formen.
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Die
Strahlformerkomponenten sind dazu eingerichtet, auf denselben Satz
von Eingangskanälen
oder Eingangssignalen einen unterschiedlichen Satz von Verzögerungen
anzuwenden, um mehrere Empfangsstrahlen zu erhalten oder zu formen.
Die mehreren Empfangsstrahlen sind den Ultraschallechos zugeordnet, die
für einen
vorgegebenen Ultraschallpuls von Brennpunkten ausgehen, die sich
entlang mehrerer Abtastzeilen befinden. Die von mehreren Transducerelementen
aufgenommenen Signale können
simultan zu mehreren Empfangsstrahlen verarbeitet werden. Die Sammlung
und Verarbeitung von Echodaten entlang mehrerer Abtastzeilen gleichzeitig
innerhalb einer Person wird als Multizeilen-Akquisition (MLA) bezeichnet.
Bisher sind beschränkte
Fähigkeiten
für eine
Datenkommunikation zwischen der innerhalb des Strahlformers verteilten
Verarbeitung und der zentralen Steuerung des Strahlformers vorhanden.
Existierende Systeme weisen Beschränkungen hinsichtlich der Menge
und des Typs der durch die Elektronik innerhalb des Strahlformers
verarbeitbaren Steuerdaten auf.
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Es
besteht ein Bedarf nach einem verbesserten Datenkommunikations-
und Steuerungsbindeglied zwischen der in dem Strahlformer verteilten
Verarbeitung individueller Kanäle
und dem Strahlformercontroller.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist ein Verfahren zum Übertragen
von Steuerdaten in einem Ultraschallsystem geschaffen. Das Verfahren
stellt eindeutige Feldnamen für
die Verarbeitungskomponenten in einem Strahlformer eines Ultraschallsystems
bereit. Das Verfahren formatiert Steuerdaten zu wenigstens einem
Paket, das auf einem paketierten Protokoll basiert, wobei die auf
Strahlformungsarbeitsschritte bezogenen Steuerdaten durch die Verarbeitungskomponenten
durchgeführt
werden. Das Verfahren überträgt die Steuerdaten
zu den Verarbeitungskomponenten.
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Das
Verfahren ermöglicht
die Übertragung
von Steuerdaten mit einer Rate von mindestens 400 Mbit/s (Megabit
pro Sekunde). Die Übertragung
von Steuerdaten wird zwischen mehreren Verarbeitungskomponenten
ermöglicht,
die durch einen Komponentenverbindungsbus auf mindestens zwei gesonderten
Schaltkreisplatinen untereinander verbunden sind.
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Die
bereitgestellte Formatierung beinhaltet die Formatierung der Steuerdaten
in eindeutige Adress- und Datenpaketformate. Die Formatierung beinhaltet
das Formatieren eines Geräteidentifikationskennzeichenfelds,
das ein Identifikationskennzeichen enthält, das eine der Verarbeitungskomponenten
eindeutig identifiziert, und das Formatieren eines Adressenfelds,
das eine Adresse in einen Arbeitsspeicher enthält, der einer der Verarbeitungskomponenten
zugeordnet ist, wobei die Adresse mit wenigstens einem Strahlformungsparameter
korreliert ist.
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Das
Verfahren beinhaltet ferner den Schritt, wenigstens ein von den
Verarbeitungskomponenten stammendes Paket zu übertragen, wobei das Paket
ein Fehlerfeld und ein Bestätigungsfeld
enthält.
Das Fehlerfeld wird gesetzt, um eine fehlgeschlagene Transaktion
durch eine zugeordnete der Verarbeitungskomponenten anzuzeigen.
Das Bestätigungsfeld
wird gesetzt, um einen Empfang durch eine zugeordnete der Verarbeitungskomponenten
anzuzeigen.
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Die
Formatierung beinhaltet ferner das Formatieren eines Lese-/Schreibfelds,
das einen Lese-/Schreibbefehl enthält, der eine zugeordnete der
Verarbeitungskomponenten veranlasst, Daten aus/in einer/eine Adresse
in einem/einen Arbeitsspeicher zu lesen/schreiben, der einer der
Verarbeitungskomponenten zugeordnet ist. Jede Verarbeitungskomponente
ermöglicht
einen Sende- oder einen Empfangsstrahlformerbetrieb.
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Das
Protokoll zum Formatieren von Steuerdaten dient dazu, innerhalb
eines Ultraschallsystems die formatierten Steuerdaten zu einer Verarbeitungskomponente
eines Strahlformers zu übertragen.
Die Verarbeitungskomponente weist einen eindeutigen Feldnamen auf.
Das Protokoll stellt ein Adressdatenpaket bereit, das gemäß einem
paketierten Protokoll formatiert ist, wobei das Adressdatenpaket
Steuerdaten enthält,
die der Verarbeitungskomponente zugeordnet sind, an die die Steuerdaten
adressiert sind. Das Protokoll sieht ferner ein Datenpaket vor,
das formatiert ist, um Steuerdaten zu enthalten, die Strahlformungsarbeitsschritte
betreffen, die durch eine zugeordnete der Verarbeitungskomponenten
durchgeführt
werden. Das Adressdatenpaket ist dazu eingerichtet, um zwischen
mehreren Verarbeitungskomponenten übertragen zu werden, die durch
einen Komponentenverbindungsbus miteinander verbunden sind, und
um zwischen mehreren Verarbeitungskomponenten übertragen zu werden, die auf mindestens
zwei gesonderten Schaltkreisplatinen angeordnet sind.
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Das
Datenpaket ist dem Adressdatenpaket zugeordnet, das Adressdatenpaket
identifiziert wenigstens eine Verarbeitungskomponente, an die die
Steuerdaten adressiert sind. Das Datenpaket enthält wenigstens einen Teil der
Steuerdaten.
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Das
Adressdatenpaket enthält
mehrere Felder, beispielsweise ein Gerätefeld, das ein Identifikationskennzeichen
aufweist, das eine der Verarbeitungskomponenten eindeutig identifiziert,
und ein Adressenfeld, das eine Adresse für einen Speicherort in einem
Arbeitsspeicher enthält,
der mindestens einer der Verarbeitungskomponenten zugeordnet ist.
Die Adresse ist mit einem Strahlformungsparameter korreliert. Ein
Bestätigungsfeld
ist dazu eingerichtet, durch eine zugeordnete Verarbeitungskomponente
gesetzt zu werden, um den Empfang des Adressdatenpakets durch die
zugehörige
Verarbeitungskomponente anzuzeigen. Ein Lese-/Schreibfeld, das einen Lese-/Schreibbefehl
enthält,
ist dazu eingerichtet, eine zugeordnete der Verarbeitungskomponenten
zu veranlassen, Daten aus/in einer/eine Adresse in einen/einem Arbeitsspeicher
zu lesen/schreiben, der einer der Verarbeitungskomponenten zugeordnet
ist.
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Das
Adressdatenpaket enthält
Steuerdaten, die an eine Verarbeitungskomponente adressiert sind,
die eingerichtet ist, Sende- und/oder Empfangsstrahlformungsschritte
durchzuführen.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 veranschaulicht
ein Blockschaltbild eines Ultraschallsystems, das gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;
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2 zeigt
ein Blockdiagramm einer Front-End-Einrichtung für ein Ultraschallsystem, das
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;
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3 zeigt
ein Blockschaltbild eines Abschnitts der Front-End-Einrichtung nach 1.
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4 zeigt
ein Diagramm, das als Beispiel eines paketierten Protokolls für den Einsatz
in einem seriellen Hochgeschwindigkeitssteuerbus (HSSCB = High Speed
Serial Control Bus) eines Strahlformers dient, gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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5 zeigt
ein Diagramm eines Verfahrens zum Formatieren und Übertragen
von Steuerdaten gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 veranschaulicht
ein gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung konstruiertes Ultraschallsystem 10.
Das System 10 enthält
eine Sonde 11, die mit einem Sender 12 und einem
Empfänger 14 verbunden
ist. Die Sonde 11 strahlt Ultraschallpulse ab und empfängt von
Strukturen innerhalb eines gescannten Ultraschallvolumens 13 ausgehende
Echos. Ein Arbeitsspeicher 20 speichert von dem Empfänger 14 ausgegebene
Ultraschalldaten, die von dem gescannten Ultraschallvolumen 13 abgeleitet
sind. Das Volumen 13 kann durch vielfältige Techniken gewonnen werden
(z.B. dreidimensionales Scannen, 3D-Scannen in Echtzeit, 2D-Scannen
mit Transducern, die Positionierungssensoren aufweisen, Freihandscannen
unter Verwendung eines Volumenelementkorrelationsverfahrens, 1,25D-,
1,5D-, 1,75D-, 2D-oder
Matrix-Array-Transducern und dergleichen).
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Die
Sonde 11 wird im Falle der Verwendung eines 2D-Arrays während des
Scannens eines interessierenden Bereichs (ROI) beispielsweise entlang
eines geraden oder gekrümmten
Pfades bewegt oder elektronisch gesteuert. An jeder Geraden- oder
Kurvenposition akquiriert die Sonde 11 Scanebenen 15.
Die Scanebenen 15 werden in dem Arbeitsspeicher 20 gespeichert
und anschließend
an einen Volumenscanwandler 24 übermittelt. In einigen Ausführungsbeispielen
kann die Sonde 11 Zeilen anstelle von Scanebenen 15 akquirieren,
und der Arbeitsspeicher 20 kann die durch die Sonde 11 erhaltenen
individuellen Zeilen oder Teilsätze
von diesen anstelle der Scanebenen 15 speichern. Der Arbeitsspeicher 20 kann
anstelle der Scanebenen 15 Zeilen speichern, die durch
die Sonde 11 gewonnenen wurden. Der Volumenscanwandler 24 erzeugt
anhand des US-Datenspeichers 20 Datenschichtbilder. Die
Datenschichtbilder werden in einem Schichtbildspeicher 26 gespeichert
und es wird auf diese durch einen Volumenrenderingprozessor 32 zugegriffen.
Der Volumenrenderingprozessor 32 führt an den Datenschichtbildern
ein Volumenrendering durch. Das Ausgangssignal des Volumenrenderingprozessors 32 wird
an den Prozessor 30 und ein Display 28 übermittelt.
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2 zeigt
ein Blockschaltbild einer maßstäblich erweiterbaren
Ultraschallsystem-Front-End-Einrichtung 34, die gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Die Ultraschallsystem-Front-End-Einrichtung 34 enthält ein Transducerarray 37 mit
Transducerelementen 38, eine Transducerschnittstellenplatine 35,
Vorverstärkerplatinen 39 und
eine Empfängerplatinengruppe 40.
Die Empfängerplatinen
sind jeweils als Empfängerplatine 42,
Empfängerplatine 44,
Empfängerplatine 46 und
Empfängerplatine 48 identifiziert.
Die Ultraschallsystem-Front-End-Einrichtung 34 enthält ferner
eine Senderplatinengruppe 100, eine Hochfrequenzschnittstellen-(RFI
= Radio Frequency Interface)-Platine 110 und eine Doppler-Platine 120. Die
Empfängerplatinengruppe 40,
die Senderplatinengruppe 100 und die RFI-Platine 110 bilden
den Strahlformer BF (Beamformer).
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Sämtliche
der als Empfängerplatine 42,
Empfängerplatine 44,
Empfängerplatine 46 und
Empfängerplatine 48 in 2 gezeigten
Empfängerplatinen
in der Empfängerplatinengruppe 40 weisen
eine ähnliche maßstäblich erweiterbare
Architektur auf, und es ist daher lediglich eine der Empfängerplatinen
im Einzelnen erläutert,
beispielsweise die Empfängerplatine 48.
Die Empfängerplatine 48 enthält mehrere
anwendungsspezifische integrierte Schaltungs- (ASIC)-Komponentengruppen,
nämlich
eine ASIC-Gruppe 50, eine ASIC-Gruppe 51, eine ASIC-Gruppe 52 und
eine ASIC-Gruppe 53. Sämtliche
ASIC-Komponentengruppen weisen eine ähnliche Architektur auf, und
es genügt
daher, lediglich eine der ASIC-Gruppen im Einzelnen zu erläutern, beispielsweise
die ASIC-Gruppe 50. Die ASIC-Gruppe 50 enthält eine
A/D-Konverter-Gruppe 54 und eine
ASIC 61, wobei die A/D-Konverter-Gruppe 54 an
die ASIC 61 Eingangssignale 64 ausgibt. Die ASIC 61 weist
das Merkmal einer Repeaterfunktion auf, die es der ASIC 61 ermöglicht,
die Eingangssignale 64 der A/D-Konverter-Gruppe 54 an
eine weitere ASIC auszugeben, die auf einer (in 2 nicht
gezeigten) Empfängerplatine
angeordnet ist.
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Der
Daten- und Verarbeitungsfluss in 2 wird im
Folgenden beschrieben. Die RFI-Platine 110 nimmt von einem
(in 2 nicht gezeigten) Steuerprozessor Steuerbefehle
entgegen, die die Bildung eines in einen interessierenden Bereich
abzustrahlenden Ultraschallpulses betreffen. Die RFI-Platine 110 erzeugt
anhand der empfangenen Steuerbefehle Sendeparameter, die einen Sendestrahl
bestimmen, der eine vorgegebene Gestalt aufweist und von einem oder
mehreren vorgegebenen Punkten an der Oberfläche des Transducerarrays 37 ausgeht.
Die Sendeparameter werden über
einen Anschluss 160 von der RFI-Platine 110 zu
der Senderplatinengruppe 100 übermittelt. Die Senderplatinengruppe 100 erzeugt
anhand der empfangenen Sendeparameter Sendesignale. Die Sendesignale
werden auf gewisse Pegel gesetzt und in Bezug zueinander phasengesteuert,
um die Sendesignale in ein oder mehrere Sendepulse oder Pulsabgaben
zu lenken und zu fokussieren.
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Die
Senderplatinengruppe 100 übermittelt die Sendesignale über einen
Anschluss 180 durch die Transducerschnittstellenplatine 35,
um mehrere Transducerelemente 38 in einem Transducerarray 37 zu
treiben. Der Anschluss 180 weist eine Anzahl von individuellen
Kanälen
oder Anschlussleitungen auf, die mit der Anzahl der Transducerelemente 38 übereinstimmen
kann. Die Sendesignale regen die Transducerelemente 38 an,
Ultraschallpulse auszustrahlen. Die Ultraschallpulse sind phasengesteuert,
um entlang einer gewünschten
Abtastzeile einen fokussierten Strahl zu bilden.
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Ultraschallechos,
die von Gewebe- und Blutsubstanzen innerhalb der gescannten Struktur
rückgestreute
Ultraschallwellen sind, erreichen die Transducerelemente 38 abhängig von
deren Entfernungen in dem Gewebe, von dem sie zurückkehren,
und dem Winkel, unter dem sie auf die Fläche des Transducerarrays 37 auftreffen,
zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Das Transducerarray 37 ist
ein Zweiwege- Transducer, der die rückgestreuten energetischen
Wellen (Ultraschallechos) in empfangene Signale umwandelt.
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Die
empfangenen Signale werden auf gesonderten Kanälen von dem Transducerarray 37 über einen Anschluss 36 zu
der Transducerschnittstellenplatine 35 übertragen, die die empfangenen
Signale über
einen Anschluss 130 zu den Vorverstärkerplatinen 39 verzweigt.
Die Vorverstärkerplatinen 39 führen eine
auch als eine überstrichene
Verstärkungsgrad
bekannte Zeitverstärkungsgradkompensation
(TGC) durch, um die Amplitude von aus anwachsenden Tiefen im Körper empfangenen
Signalen zu vergrößern, um
die progressive Schwächung
der aus größerer Tiefe
stammenden Echos zu kompensieren. Die von den Vorverstärkerplatinen 39 stammenden
amplifizierten empfangenen Signale werden über einen Anschluss 140 an
die Empfängerplatinengruppe 40 übergeben.
In dem veranschaulichten Beispiel weisen die Anschlüsse 36, 130 und 140 jeweils 256
Kanäle
auf, und die Kanäle
in dem Anschluss 140 sind in vier Gruppen mit jeweils 64
Kanälen
unterteilt. Jede der Empfängerplatinen
in der Empfängerplatinengruppe 40,
beispielsweise die Empfängerplatine 48, empfängt eine
Gruppe von 64 Kanälen
von der Vorverstärkerplatinen 39.
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Die
Empfängerplatine 48 empfängt 64 Kanäle, die
in vier Gruppen mit jeweils 16 Kanälen unterteilt sind, wobei
jede Gruppe Eingangssignale an eine ASIC-Gruppe ausgibt, beispielsweise
an die ASIC-Gruppe 50, ASIC-Gruppe 51, ASIC-Gruppe 52 und
ASIC-Gruppe 53. Jeder Kanal ist als ein Niederspannungsdifferentialpaar
ausgebildet, das an ein entsprechendes Filter und an einen A/D-Konverter,
beispielsweise an das Filter 59 und an den A/D-Konverter 60,
angeschlossen ist. Jedes Filter 59 filtert das entsprechende
Signal, und jeder A/D-Konverter 60 wandelt das gefilterte
Signal in ein digitales Signal um. Unter der Steuerung von Steuerbefehlen,
die von dem Steuerprozessor her über
die RFI-Platine 110 (wobei Steuerprozessor und Steuersignalleitungen
des Steuerprozessor in 2 nicht gezeigt sind) entgegengenommen
sind, werden die gefilterten, digitalisierten Eingangssignale (beispielsweise
Eingangssignale 64) durch eine ASIC (beispielsweise die
ASIC 61) verarbeitet. Die Verarbeitung kann die Durchführung einer
Zeitverzögerung
und, möglicherweise
mittels herkömmlicher
Summierung von Strahldaten (beispielsweise der Strahldaten von Bus 66),
ein Summieren von verarbeiteten empfangenen Signalen beinhalten,
um anhand der von einem vorgegebenen Punkt im Körper des Patienten reflektierten
Echos einen Empfangsstrahl zu konstruieren. Die von einer ASIC stammenden Strahldaten
werden zu einer nächsten
Instanz weiter übermittelt,
beispielsweise von der ASIC 61 zu der auf derselben Empfängerplatine 48 angeordneten
nächsten
ASIC 63, oder von einer ASIC zu einer auf der nächsten Empfängerplatine
in der Empfängerplatinengruppe 40 in 2 angeordneten
ASIC.
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2 zeigt
vier Empfängerplatinen, 42, 44, 46 und 48,
die untereinander verschaltet sind, so dass Strahldaten seriell
von der Empfängerplatine 42 aus über die
Empfängerplatine 44 zu
der Empfängerplatine 46 und
zu der Empfängerplatine 48 fließen. 2 zeigt,
das die Empfängerplatine 48 ASICs 61, 63, 65, 67 aufweist,
die z.B. in Form einer Spalte in Reihe verbunden sind. Jede ASIC 61, 63, 65 und 67 empfängt 16 digitalisierte
Empfangseingangssignale, beispielsweise Eingangssignale 64 von
4 A/D-Konvertern, beispielsweise aus der A/D-Konverter-Gruppe 54.
Die empfangenen Signale werden bei der ASIC 61 verarbeitet
und miteinander aufsummiert, und möglicherweise außerdem mit
Strahldaten aufsummiert, die von einer vorausgehenden Empfängerplatine 46 an
den Bus 66 ausgegeben sind. Die sich ergebenden Strahldaten
werden an einen Bus 68 ausgegeben. Der Bus 68 übermittelt
die im Vorliegenden verkürzt
als Daten bezeichneten Strahldaten an die ASIC 63. Die
durch die ASIC 63 auf dem Bus 68 empfangenen Strahldaten
können
abhängig
von der Quelle der Strahldaten einfach ohne weitere Verarbeitung
an einen Bus 70 übergeben
werden. Jede der ASICs 61, 63, 65 und 67 analysiert
an den Bussen 66, 68, 70 bzw. 72 angelegte
ankommende Strahldaten, um Quellen identifizierende Daten zu ermitteln.
Abhängig
von der Quelle der Strahldaten werden die durch die ASIC 63 auf
dem Bus 68 empfangenen Strahldaten durch ASIC 63 in
Verbindung mit empfangenen Signalen, die von der A/D-Konverter-Gruppe 55 unmittelbar
an die ASIC 63 ausgegeben sind, weiterverarbeitet. Die ASIC 63 übergibt
die sich ergebenden Daten anschließend an den Bus 70,
wo sie an die ASIC 65 weitergeleitet werden. Die ASIC 65 wird
die auf dem Bus 70 ankommenden Daten entweder ohne weitere
Verarbeitung unmittelbar an den Bus 72 weiterreichen, oder
die Daten in Verbindung mit empfangenen Signalen, die durch die A/D-Konverter-Gruppe 56 unmittelbar
an die ASIC 65 ausgegeben sind, verarbeiten. De ASIC 67 wird
die auf dem Bus 72 ankommenden Daten entweder ohne weitere
Verarbeitung unmittelbar an den Bus 74 weiterreichen, oder
die Daten in Verbindung mit empfangenen Signalen, die durch die
A/D-Konverter-Gruppe 57 unmittelbar an die ASIC 67 ausgegeben
sind, verarbeiten. Die Strahldaten auf dem Bus 74 werden
anschließend entweder
an eine nächste
Empfängerplatine
der Empfängerplatinengruppe 40 oder
an einen seriellen Hochgeschwindigkeitsdatenbus (HSSDB) 150 übermittelt.
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Gemäß 2 werden
verarbeitete Strahldaten von einer Empfängerplatine 42 zu
einer Empfängerplatine 44,
und anschließend
von der Empfängerplatine 44 zu
einer Empfängerplatine 46 und
anschließend von
der Empfängerplatine 46 zu
einer Empfängerplatine 48 weitergegeben.
Die Empfängerplatine 48 liefert den
sich ergebenden vollkommen geformten Strahldatensatz für eine oder
mehrere vollständig
konstruierte Strahlen über
den HSSDB 150 an die RFI-Platine 110.
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An
der Empfängerplatinengruppe 40 nach 2 lässt sich
mehr als ein Strahl gleichzeitig konstruieren. Das gleichzeitige
Sammeln und Verarbeiten von Echodaten entlang mehrerer Abtastzeilen
innerhalb der Person wird als Multi-Line-Akquisition (MLA) bezeichnet. Der
eine oder die mehreren vollkommen geformten Strahldatensätze werden
von der Empfängerplatinengruppe 40 über den
seriellen Hochgeschwindigkeitsdatenbus (HSSDB) 150 zu der
RFI-Platine 110 übermittelt.
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Obwohl 2 die
RFI-Platine 110 über
Anschluss 170 mit der Doppler-Platine 120 verbunden
zeigt, können
vielfältige
der Doppler-Platine 120 zugeteilte Funktionen statt dessen
der RFI-Platine 110 zugeteilt sein, und vice versa. Die über die
HSSDB 150 empfangenen Strahldatensätze werden an der RFI-Platine 110 demoduliert,
um I/Q-Paare demodulierter Datenwerte zu erzeugen. Die demodulierten
Daten werden über
den Anschluss 170 zu der Doppler-Platine 120 übertragen,
um durch herkömmliche
Verfahren, z.B. durch eine diskrete Fouriertransformation (DFT),
verarbeitet zu werden, um einen Satz von Doppler-Spektraldaten zu
erzeugen, die den von einem gescannten Punkt her aufgenommenen Signalen
entspricht. Der Satz von Doppler-Spektraldaten wird durch Scankonvertierung
verarbeitet, um eine Überführung von
einem Scansequenzformat (Spektrallinien von Dopplerfrequenzdaten)
zu einem Bildschirmformat (Spektralanzeigepixeldaten in dem Zeit-Frequenz-Displayformat)
durchzuführen.
Die abtastkonvertierten Pixeldaten werden anschließend an eine
(in 2 nicht gezeigte) Architektur einer Displaykomponente übermittelt,
um die digitalen Pixeldaten für die
Wiedergabe auf einem Display in analoge Daten umzuwandeln.
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Die
Ultraschallsystem-Front-End-Einrichtung 34 weist eine maßstäblich erweiterbare
Architektur auf, in der die Ultraschallsystem-Front-End-Einrichtung 34 auf
Verlangen erweitert oder aufgerüstet
werden kann, indem zu bestehenden Empfängerplatinen ASICs hinzugefügt werden
und/oder indem weitere Empfängerplatinen
hinzugefügt
werden. Die bereits in der Ultraschallsystem-Front-End-Einrichtung 34 vorhandenen
ASICs und Empfängerplatinen
erfordern keine Neukonstruktion, um das System und/oder dessen Kapazität zu erweitern
oder zu reduzieren. Jede Empfängerplatine
der Empfängerplatinengruppe 40 weist
im Wesentlichen ähnliche
Schaltungen, Komponenten und Anordnungen auf, so dass jede Empfängerplatine
durch Hinzufügen ähnlicher
Komponenten ohne weiteres erweitert oder in ihrer Kapazität gesteigert
werden kann. Eine erweiterte Platine wird mit anderen Systemkomponenten
oder Platinen auch ohne die Erfordernis einer Neukonstruktion korrekt
zusammenarbeiten, da die Kompo nenten oder Platinen in ähnlicher
Weise nach Bedarf durch Hinzufügen ähnlicher
Komponentenmodule aufgerüstet
werden. Eine der möglichen
maßstäblich erweiterbaren Konfiguration
ist anhand der Konfiguration der Empfängerplatine 48 in 2 veranschaulicht.
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In
dieser Konfiguration verwaltet jede der Empfängerplatinen 42, 44, 46 und 48 der
Empfängerplatinengruppe 40 eine
gemeinsame Zahl von Kanälen,
in diesem Beispiel 64 Kanäle
pro Platine. Ein Kanal gibt ein einzelnes Empfangssignal aus, das
einem der Transducerelemente 38 des Transducerarrays 37 entspricht.
Abhängig
von der Kanalanzahl, die zu unterstützen ist, können beliebig viele Empfängerplatinen,
die der Empfängerplatine 48 ähneln, in
der Anordnung einer Verkettung oder eines seriellen Rings zusammengeschlossen
werden. Beispielsweise können
zwei Empfängerplatinen
verwendet werden, um 128 Kanäle
zu verarbeiten, oder acht Empfängerplatinen
können
verwendet werden, um 512 Kanäle
zu verarbeiten, usw.
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3 zeigt
ein Blockschaltbild eines Abschnitts der Front-End-Einrichtung nach 2.
Gezeigt In 3 sind die Empfängerplatinengruppe 40,
die Senderplatinengruppe 100, die RFI-Platine 110 und
eine vergrößerte Ansicht 228 einer
ASIC. Die Anschlussmöglichkeit
und Funktionalität
im Zusammenhang mit einer an der Empfängerplatinengruppe 40 stattfindenden
Verarbeitung von Transducerelementsignalen zu Strahldaten und deren Übertragung
zu der RFI-Platine 110 über
den serieller Hochgeschwindigkeitsdatenbus (HSSDB High Speed Serial
Data Bus) 150 wurde bereits erörtert. Im Folgenden werden
die Anschlussmöglichkeit
und Funktionalität
der seriellen Hochgeschwindigkeitssteuerbusse (HSSCBs) beschrieben,
beispielsweise ein Empfängerplatinen-HSSCB (RCV-HSSCB) 155 und
ein Senderplatinen-HSSCB (XMIT-HSSCB) 160.
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Der
RCV-HSSCB 155 verbindet ein Steuerungs-FPGA 204 der
RFI-Platine 110 mit der Empfängerplatinengruppe 40.
Der XMIT-HSSCB 160 verbindet das Steuerungs-FPGA 204 mit
der Senderplatinengruppe 100. Steuerdaten werden in Form
von Paketen eines paketierten Protokolls von dem Steuerungs-FPGA 204 her über eine
Steuerleitung 208 zu der Empfängerplatinengruppe 40 übertragen
und von der Empfängerplatinengruppe 40 her über eine
Steuerleitung 210 zu dem Steuerungs-FPGA 204 rückübertragen.
Die Steuerleitungen 208 und 210 verleihen dem
RCV-HSSCB 155 die Topologie eines Rings oder einer Prioritätsverkettung. Wie
das Beispiel nach 3 zeigt, fließen die
Steuerdaten über
die Steuerleitung 208 in die Empfängerplatine 48 und
in die ASIC 67. Von der ASIC 67 fließen Steuerdaten über eine
Steuerleitung 214 in die ASIC 65, von der ASIC 65 über eine
Steuerleitung 216 zu der ASIC 63, von der ASIC 63 über eine
Steuerleitung 218 zu der ASIC 61 und von der ASIC 61 über eine
Steuerleitung 220 zu einer FPGA-Schnittstelle 202.
Von der FPGA-Schnittstelle 202 fließen Steuerdaten über eine
Steuerleitung 222 von der Empfängerplatine 48 zu
der Empfängerplatine 46.
Die Steuerleitungen 214, 216, 218, 220 und 222 bilden
einen Satz von Komponentenverbindungsbussen, um Platinenkomponenten
und Platinen für
die Übertragung
von Steuerdaten zu verbinden. In einer Weise, die dem Fluss der
Steuerdaten durch die ASICs der Empfängerplatine 48 ähnelt, fließen die
Steuerdaten durch die ASICs der Empfängerplatine 46 zu
einer der FPGA-Schnittstelle 202 der Empfängerplatine 48 ähnelnden
FPGA-Schnittstelle der Empfängerplatine 46.
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Von
der FPGA-Schnittstelle der Empfängerplatine 46 fließen die
Steuerdaten in die Empfängerplatine 44.
In einer dem Fluss der Steuerdaten in den Empfängerplatinen 48 und 46 ähnelnden
Weise, fließen
die Steuerdaten durch die Komponenten der Empfängerplatinen 44 und 42.
Von der Empfängerplatine 42 fließen die
Steuerdaten durch die FPGA-Schnittstellen
der Empfängerplatinen 44, 46 und 48 zu
der Steuerleitung 210, um dem Steuerungs-FPGA 204 der RFI-Platine 110 zurückgegeben
zu werden. Die Steuerdaten werden von Empfängerplatine zu Empfängerplatine
zurückgegeben,
wie es von Empfängerplatine 46 zu
Empfängerplatine 48 erfolgt.
Die Steuerdaten fließen
von der Empfängerplatine 46 über eine
Steuerleitung 224 zu der auf der Empfängerplatine 48 angeordneten
FPGA-Schnittstelle 202, in die Empfängerplatine 48 hinein
und aus der Empfängerplatine 48 wieder
heraus. Im Falle der Empfängerplatinen 42, 44 und 46 fließen die
Steuerdaten wieder heraus zu einer nächsten Empfängerplatine, beispielsweise
aus der Empfängerplatine 42 zu
der Empfängerplatine 44,
und aus der Empfängerplatine 44 zu
der Empfängerplatine 46,
und aus der Empfängerplatine 46 zu
der Empfängerplatine 48.
Im Falle der Empfängerplatine 48 fließen die
Steuerdaten wieder heraus und zu der Steuerleitung 210.
In dieser Weise wird mittels der Steuerleitungen 208 und 210 zusammen
mit den Steuerleitungen der Empfängerplatinen
der Empfängerplatinengruppe 40 ein
Ring oder eine Prioritätskette
gebildet. In Übertragung
dieses Verfahrens fließen
Steuerdaten aus dem Steuerungs-FPGA 204 der RFI-Platine 110 auf
einen Ring, wobei Steuerdaten über
den RCV-HSSCB 155 zu
der Empfängerplatinengruppe 40,
durch die Steuerleitungen der Empfängerplatinen der Empfängerplatinengruppe 40 und
wieder zurück
auf den RCV-HSSCB 155 fließen, um zu dem Steuerungs-FPGA 204 zurückgegeben
zu werden.
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Die
vergrößerte ASIC-Ansicht 228 nach 3 zeigt
die miteinander verbundenen Komponenten einer ASIC, beispielsweise
sind dies eine Chip-Konfiguration 230, ein Strahlsteuerungsregister 232,
ein Arbeitsspeicher 234, ein Parallel-Serien-Umsetzer 236,
ein Puffer/Decoder 238 und ein Serien-Parallel-Umsetzer 240. Der
Serien-Parallel-Umsetzer 240 nimmt
serielle Eingangssignale von einer Steuerleitung entgegen und erzeugt
parallele Ausgangssignale, um diese an den Puffer/Decoder 238 auszugeben.
Der Puffer/Decoder 238 kann Lese-/Schreibvorgänge an dem
Arbeitsspeicher 234 und Lese-/Schreibvorgänge an dem
Register 232 durchführen.
Ob ein Lese- oder ein Schreib-Vorgang stattfindet, ergibt sich aus
dem gesetzten Wert eines Schreib-/Lesefelds 308 eines
Adressdatenpakets 302, wie in 4 gezeigt.
Die Steuerdaten werden in Form paralleler Eingangssignale von dem
Puffer/Decoder 238 an den Parallel-Serien-Umsetzer 236 übergeben.
Der Parallel-Serien-Umsetzer 236 gibt die als parallele
Eingangssignale empfangenen Steuerdaten als serielle Ausgangssignale
auf eine Steuerleitung aus. Die Chip-Konfiguration 230 kann
mit den in dem Strahlsteuerungsregister 232 und dem Arbeitsspeicher 234 aufgefundenen
Daten ASIC-Verarbeitung und Strahlformeroperationen durchführen. Die
Chip-Konfiguration 230 kann ferner ein eindeutiges Identifikationskennzeichen aufweisen,
das die Adresse der ASIC-Vorrichtung identifiziert.
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Der
Steuerdatenstrom, der aus dem Steuerungs-FPGA 204 über den
XMIT-HSSCB 160 zu der Senderplatinengruppe 100 und über den
XMIT-HSSCB 160 zurück
zu dem Steuerungs-FPGA 204 fließt, findet in einer ähnlichen
Weise statt, wie jener, der oben für den RCV-HSSCB 155 beschrieben
wurde. Die Steuerdaten fließen
aus dem Steuerungs-FPGA 204 der RFI-Platine 110 auf
eine Steuerleitung 246 des XMIT-HSSCB 160 zu der Senderplatinengruppe 100,
durch die Steuerleitungen und Komponenten der Senderplatinen der
Senderplatinengruppe 100, und wieder auf die Steuerleitung 244 des
XMIT-HSSCB 160, um dem Steuerungs-FPGA 204 zurückgeben
zu werden. Der Betrieb des XMIT-HSSCB 160 ähnelt jenem
des RCV-HSSCB 155. Das gleiche paketierte Protokoll wird
verwendet, um Pakete von Steuerdaten zu bilden, die über den
XMIT-HSSCB 160 und den RCV-HSSCB 155 übertragen
werden.
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Der
RCV-HSSCB 155 und der XMIT-HSSCB 160 übertragen
Steuerdaten in Form von Paketen, die, wie im Vorliegenden näher beschrieben,
gemäß einem
paketierten Protokoll formatiert sind. Das Steuerungs-FPGA 204 gibt über den
XMIT-HSSCB 160 Steuerdaten,
beispielsweise den globalen Parameter 112 nach 2,
an die ASICs der Senderplatinengruppe 100 aus. Die ASICs
der Senderplatinengruppe 100 verarbeiten die empfangenen
Steuerdaten und benutzen die verarbeiteten Daten, um Ausgangssignale
zu erzeugen, die, wie in 2 gezeigt, über die Anschlüsse 180, 130 und 36 an
das Transducerarray 37 übertragen werden.
Das Transducerarray 37 verwendet die empfangenen Ausgangssignale,
um die Transducerelemente 38 zum Abfeuern des nächsten Ultraschallpulses
zu veranlassen.
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Das
Steuerungs-FPGA 204 gibt über den RCV-HSSCB 155 Steuerdaten,
beispielsweise den globalen Parameter 112, an die ASICs
der Empfängerplatinengruppe 40 aus.
Die ASICs der Empfängerplatinengruppe 40 verarbeiten
die empfangenen Steuerdaten, um Verzögerungssteuerungswerte zu erzeugen,
die die ASICs speichern und benutzen, um abhängig von der Pulsabgabe eines
Ultraschallpulses Strahldaten von Eingangssignalen der Transducerelemente 38 zu
erzeugen. Wenn die Transducerelemente 38 konfiguriert sind,
können sie
in einen interessierenden Bereich einer Person einen Ultraschallpuls
abfeuern. Wenn die Transducerelemente 38 die aufgrund des
Abfeuerns des Ultraschallpulses aus dem interessierenden Bereich
der Person rückgestreuten
Echos empfangen, erzeugen sie anhand der empfangenen Echos Eingangssignale;
die Eingangssignale werden über
Anschlüsse 36, 130 und 140 an
die Empfängerplatinengruppe 40 übertragen.
Die ASICs der Empfängerplatinengruppe 40 verarbeiten
die erhaltenen Eingangssignale mittels der verarbeiteten Steuerdaten,
beispielsweise mittels der Verzögerungssteuerungswerte,
zu Strahldaten. Die ASICs der Empfängerplatinengruppe 40 erhalten
Steuerdaten von der RFI-Platine 110 und verarbeiten die
Steuerdaten in dem Zeitintervall zwischen Ultraschallpulsabgaben
zu Verzögerungssteuerungswerten.
Für jede
Ultraschallpulsabgabe können
die ASICs der Empfängerplatinengruppe 40 anhand
von Steuerdaten, die von der RFI-Platine 110 her
entgegengenommen wurden, einen Satz von Verzögerungssteuerungswerten erzeugt
haben, die sich von dem Satz von Verzögerungssteuerungswerten unterscheiden,
die in einem vorausgehenden Ultraschallpuls verwendet werden. Die über die
HSSCBs mögliche Übertragungsrate
erlaubt ein rasches Einrichten der Steuerdaten in der Empfängerplatinengruppe 40 und
in der Senderplatinengruppe 100, so dass die Pulsabgaberate
(Bildwechselfrequenz) beizuhalten ist, wenn die Strahlformer-MLA-Zahl
beispielsweise maßstäblich von
MLA4 auf MLA16 erhöht
wird. In einem Ausführungsbeispiel
ist die Übertragungsrate
von Steuerdaten über
den HSSCBs gleich oder größer 400
Mbit/s. In einem weiteren Ausführungsbeispiel
ist die Übertragungsrate
gleich oder größer 1,0
Gbit/s (Gigabits pro Sekunde), und in noch einem weiteren Ausführungsbeispiel gleich
oder größer 2,0
Gbit/s.
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Steuerdaten
können
zu Beginn durch die RFI-Platine 110 von einem (in 2 nicht
gezeigten) Ultraschallsteuerprozessor her aufgenommen werden. Optional
kann der Ultraschallsteuerprozessor oder die RFI-Platine 110 Berechnungen
an den Steuerdaten durchführen,
beispielsweise daraus die globalen Parameter 112 berechnen,
um Verzögerungssteuerungswerte
zu erhalten, und die Verzögerungssteuerungswerte
zu der Senderplatinengruppe 100 und der Empfängerplatinengruppe 40 übermitteln.
Alternativ kann die RFI-Platine 110, anstatt die globalen
Parameter 112 zu verarbeiten, um Verzögerungssteuerungswerte zu erhalten, die
globalen Parameter 112 über
den RCV-HSSCB 155 und den XMIT-HSSCB 160 zu den
ASICs der Empfängerplatinengruppe 40 bzw.
den ASICs der Senderplatinengruppe 100 übermitteln. Die ASICs verarbeiten anschließend die
globalen Parameter 112 zu Verzögerungssteuerungswerten. Indem über den
RCV-HSSCB 155 und den XMIT-HSSCB 160 die globalen
Parameter 112 übertragen
werden, anstatt den wesentlich umfangreicheren Satz von Verzögerungssteuerungswerten
zu übertragen,
der möglicherweise
durch die globalen Parameter 112 erzeugt wird, ist es möglich, eine
geringere Menge von Steuerdaten über
den RCV-HSSCB 155 und
den XMIT-HSSCB 160 zu übermitteln.
Indem über
den RCV-HSSCB 155 und XMIT-HSSCB 160 eine geringere
Menge von Steuerdaten in Form von globalen Parametern 112 übertragen
wird, und den ASICs eine Erzeugung von Verzögerungssteuerungswerte ermöglicht ist,
steht für
die Erzeugung der Strahldaten mehr Zeit zur Verfügung. Dadurch, dass es den
ASICs ermöglicht
wird, die Verzögerungssteuerungswerte
zu erzeugen, anstatt die Verzögerungssteuerungswerte
an die ASICs zu übertragen,
wird zwischen den Ultraschallpulsen weniger Zeit für das Einrichten
der Steuerdaten in den ASICs benötigt.
Als Folge hiervon steht mehr Zeit für die Verarbeitung von Eingangssignalen
zu Strahldaten zur Verfü gung.
Mit der Fähigkeit
die MLA-Zahl für einen
maßstäblich erweiterbaren
Strahlformer maßstäblich zu
erhöhen,
beispielsweise von MLA4 auf MLA16, ist möglicherweise mehr Zeit erforderlich,
um zwischen Ultraschallpulsen Eingangssignale zu Strahldaten zu verarbeiten.
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Beispiele
globaler Parameter 112 sind die Koordinaten in einem Koordinatenraum,
z.B, der Anfangsfokuspunkt und der Endfokuspunkt, und die Rate,
mit der der Brennpunkt sich entlang der MLA-Linie oder Fokusbahn
verändert.
Beispiele für
Verzögerungssteuerungswerte
sind die anfängliche
Verzögerung,
die Startverzögerung,
die Verzögerungsänderungsrate
und die unterschiedlichen Verzögerungswendepunkte.
Sämtliche
der Verzögerungssteuerungswerte
befinden sich auf der Transducerelementebene, in der die Verzögerungssteuerungswerte
berechnet und für
jedes Transducerelement und jeden Empfangskanal von der RFI-Platine 110 an
die ASICs heruntergereicht werden müssten, wenn sie nicht basierend
auf den empfangenen globalen Parametern 112 durch die ASICs
berechnet werden.
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4 zeigt
ein Diagramm, das als Beispiel für
ein paketiertes Protokoll 300 für den Einsatz im Zusammenhang
mit einem seriellen Hochgeschwindigkeitssteuerbus (HSSCB) für einen
Strahlformer dient, beispielsweise mit einem RCV-HSSCB 155 und einem XMIT-HSSCB 160,
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Das paketierte Protokoll 300 enthält Pakete
von einzelnen Pakettypen oder -formaten, beispielsweise ein Adressdatenpaket 302 und
ein Datenpaket 304. Ein Pakettypfeld 306 jedes
Pakets wird auf einen Wert gesetzt, der den Pakettyp festlegt, beispielsweise
kann "00" einen inaktiven
Pakettyp bezeichnen, "01" einen Datenpakettyp
bezeichnen, und "10" einen Adressdaten pakettyp
bezeichnen. Ein inaktiver Pakettyp ist ein (keine echten Daten enthaltendes)
Dummy-Paket, das gesendet wird, wenn ein Synchronisierungstaktgeber
anzeigt, dass es Zeit ist ein Paket zu senden. während noch keine Steuerdaten
zum Senden verfügbar und
bereit sind. Um ein Adressdatenpaket zu bezeichnen, wird das Pakettypfeld 306 des
Pakets auf "10" gesetzt.
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Die
in diesem Paket vorhandenen Felder sind das Pakettypfeld 306,
das Schreib-/Lesefeld 308, ein Blockfeld 310,
ein Rundspruchfeld 312, ein Gerätetypfeld 314, ein
Gerätefeld 316,
ein Adressenfeld 318, ein Bestätigungsfeld 320 und
ein Fehlerfeld 322. Das Gerätetypfeld 314 enthält einen
Wert, der den Typ einer Verarbeitungskomponente kennzeichnet, beispielsweise
kann "00" ein RCV-ASIC anzeigen,
die auf einer der Platinen der Empfängerplatinengruppe 40 angeordnet
ist, "01" kann eine XMIT-ASIC
anzeigen, die auf einer der Platinen der Senderplatinengruppe 100 angeordnet
ist, "10" kann eine anwendungsspezifische
Verarbeitung anzeigen, die durch einen anderen Gerätetyp (d.h.
nicht durch den Empfänger
oder Sender) durchgeführt
wird. Das Rundspruchfeld 312 ist ein Boolescher Wert, der
anzeigt, ob eine Sendung an sämtliche
Verarbeitungskomponenten gerichtet ist oder nicht. Falls beispielsweise
das Rundspruchfeld 312 gesetzt ist, zeigt es Rundspruch
an, und die übermittelten
Daten sind für
sämtliche
Verarbeitungskomponenten bestimmt, die mit dem HSSCB verbunden sind.
In dem Falle eines Rundspruchs wird der Wert des Gerätefelds 316 von
den Verarbeitungskomponenten, die die paketierten Steuerdaten empfangen,
ignoriert. Andernfalls ist, falls das Rundspruchfeld 312 zurückgesetzt
ist, Rundspruch nicht angezeigt, und jede der Verarbeitungskomponenten,
die die gesendeten Steuerdaten empfangen, beachten den Wert des
Gerätefelds 316.
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Falls
der Wert in dem Gerätefeld 316 zu
einem Identifikationskennzeichen für einer der Verarbeitungskomponenten
passt, beispielsweise zu einem Identifikationskennzeichen, das einen
in einer Chip-Konfiguration 230 nach 3 angeordneten
Chip identifiziert, ist die entsprechende Komponente der Bestimmungsort
für die
gesendeten Daten. Jede der Verarbeitungskomponenten in dem Strahlformer
kann einen eindeutigen Feldnamen bzw. Identifikationskennzeichen
aufweisen. Das Adressenfeld 318 wird auf einen Arbeitsspeicheradressenwert
gesetzt, der einer der Verarbeitungskomponenten zugeordnet ist.
(Alternativ kann der Arbeitsspeicheradressenwert mehr als einer
der Verarbeitungskomponenten zugeordnet sein, falls das Paket ein Rundspruchpaket
ist). Beispielsweise kann der Adressenwert eine Registeradresse
in dem Strahlsteuerungsregister 232 oder eine Arbeitsspeicheradresse
in dem Arbeitsspeicher 234 nach 3 sein.
Im Rundspruchmodus kann die Adresse ein Ort sein, von dem für mehr als
eine Verarbeitungskomponente Daten auszulesen sind bzw. an den die
Steuerdaten zu schreiben sind. Andernfalls bezeichnet das Gerätefeld 316 im
Nicht-Rundspruchmodus
eine Verarbeitungskomponente, und die Adresse 318 bezeichnet
eine innerhalb der Verarbeitungskomponente angeordnete Speicheradresse,
aus der Daten zu lesen oder in die Daten zu schreiben sind.
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Als
ein Beispiel der Funktion des paketierten Protokolls 300 stimmt
eine der Verarbeitungskomponenten, beispielsweise die ASIC 67 auf
der Empfängerplatine 48,
das ASIC-Identifikationskennzeichen, das in der Chip-Konfiguration 230 gespeichert
sein kann, mit dem Wert in dem Gerätefeld 316 ab, wenn
ein Adressdatenpaket 302 empfangen wird, bei dem in dem
Rundspruchfeld 312 der Nicht- Rundspruchmodus festlegt ist. Ist der
Vergleich positiv, "weiß" die ASIC 67,
dass die Sendung der Steuerdaten für die ASIC 67 bestimmt
ist. Das Adressenfeld 318 in dem Adressdatenpaket 302 kann
ein Speicherort in dem Arbeitsspeicher der ASIC 67 für einen
Verzögerungssteuerungswert
sein, beispielsweise für
eine Startverzögerung.
Falls das Schreib-/Lesefeld 308 des Adressdatenpakets 302 auf
W gesetzt ist, d.h. eine "Schreib"-Operation festlegt
ist, schreibt die ASIC 67 unter Verwendung der durch den
Adressenwert in dem Adressenfeld 318 festgelegten Speicheradresse
Steuerdaten, beispielsweise die Startverzögerung, in den Arbeitsspeicher,
beispielsweise in den Arbeitsspeicher 234.
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Auf
das Adressdatenpaket 302 folgen sequentiell ein oder mehrere
Datenpakete 304. Das Datenfeld 324 des Datenpakets 304 enthält in einem
Paket unterzubringende Steuerdaten, beispielsweise einen Startverzögerungswert.
Beim Empfang des Datenpakets 304 durch die ASIC 67,
kann diese die von dem Datenfeld 324 stammenden Daten unter
Verwendung der Speicheradresse, die den Adressenwert enthält, wie
er in dem Adressenfeld 318 festgelegt ist, in dem Arbeitsspeicher 234 speichern.
Auf diese Weise werden Steuerdaten, die sich auf Strahlformungsarbeitsschritte
beziehen, zu den Verarbeitungskomponenten des Strahlformers übertragen.
Das Blockfeld 310 des Adressdatenpakets 302 bestimmt,
ob nach dem Adressdatenpaket 302 ein einziges oder mehr
als ein Datenpaket 304 sequentiell zu empfangen sind, um
die Steuerdaten, beispielsweise die Startverzögerung, bereitzustellen. Unter
der Annahme, dass sich der Startverzögerungswert in einem einzigen
Datenpaket 304 unterbringen lässt, wird das Blockfeld 310 in
dem Adressdatenpaket 302 zurückgesetzt, was anzeigt, dass
die an die ASIC 67 gesendeten Steuerdaten in nur einem
Datenpaket 304 paketiert sind. An dernfalls zeigt ein Setzen
des Blockfelds 310 an, dass zum Paketieren der von der
ASIC 67 zu empfangenden Steuerdaten mehr als ein Datenpaket 304 verwendet
wurde. In diesem Fall folgen auf das Adressdatenpaket 302 mehrere
Datenpakete 304 und werden durch die ASIC 67 empfangen.
Beispielsweise sei angenommen, dass der Startverzögerungswert
vier Datenpakete 304 erfordert. Die ASIC 67 empfängt und
führt einen Abgleich
an einem Adressdatenpaket 302 aus und verarbeitet sämtliche
folgenden Datenpakete 304, bis ein nächstes Adressdatenpaket 302 empfangen
wird. Die ASIC 67 empfängt
vier (wobei vier in diese Beispiel eine zufällige Wahl ist) Datenpakete 304,
die den Startverzögerungswert
enthalten, und speichert das Datenfeld 324 für sämtliche
vier Datenpakete 304 in dem Arbeitsspeicher 234 ab,
und zwar beginnend an dem durch den Adressenwert in dem Adressenfeld 318 des
Adressdatenpakets 302 bezeichneten Adressenspeicherort.
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Wenn
ein Paket von einer Verarbeitungskomponente entgegengenommen wird,
an die es adressiert ist, setzt die Verarbeitungskomponente das
Bestätigungsfeld 320.
Das Paket wird an den Absender zurückgegeben, beispielsweise an
den Steuerungs-FPGA 204 der RFI-Platine 110, wobei
das Bestätigungsfeld 320 gesetzt
wird, um anzuzeigen, dass das Paket von dem Empfänger entgegengenommen wurde.
Innerhalb des Adressdatenpakets 302 ist zusätzlich zu
dem Bestätigungsfeld 320 ein
Fehlerfeld 322 formatiert und kann durch die zugehörige Verarbeitungskomponente
gesetzt werden, an die das Paket adressiert ist. Beispielsweise
ist die in dem Adressenfeld 318 zur Verfügung gestellte
Adresse möglicherweise
keine gültige
Adresse für die
Verarbeitungskomponente. Wenn das Steuerungs-FPGA 204 der
RFI-Platine 110 ein Paket mit dem Fehlerfeld 322 gesetzt
zurückerhält, ist
das Steuerungs-FPGA 204 informiert, dass die für das Paket
adres sierte Verarbeitungskomponente nicht in der Lage war, die Paketdaten
zu verarbeiten.
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Alternativ
zu dem Schreiben der Steuerdaten in eine Verarbeitungskomponente,
beispielsweise in die ASIC 67, kann das Schreib-/Lesefeld 308 gesetzt
werden, um einen Lesevorgang anzuzeigen. Beispielsweise ist es möglicherweise
für die
RFI-Platine 110 erforderlich, den operativen Zustand der
ASICs oder der ASIC-Platinen auszulesen. Beim Empfang des Datenpakets 304 werden
Daten aus einer Arbeitsspeicheradresse der Verarbeitungskomponente
ausgelesen, die Arbeitsspeicheradresse, die durch den in dem Adressenfeld 318 enthaltenen
Wert festgelegt ist, in das Datenfeld 324 des Datenpakets 304,
und werden an den Absender des Pakets, beispielsweise den Steuerungs-FPGA 204 zurückgegeben.
In Abhängigkeit
von der Auswertung des Schreib-/Lesefelds 308 werden entweder
aus dem an die RFI-Platine 110 zurückzugebenden Paket stammende
Daten entweder in den Arbeitsspeicher der adressierten Prozessorkomponente
geschrieben oder aus dem Arbeitsspeicher der adressierten Prozessorkomponente
in das an die RFI-Platine 110 zurückzugebenden Paket kopiert.
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Die
Adressierung einer Verarbeitungskomponente unter Verwendung des
Gerätefelds 316,
das die Geräteidentifizierung
oder Identifikationskennzeichen trägt, kann auf einer Chipebene,
beispielsweise auf einer ASIC, oder auf einer Platinenebene, beispielsweise
auf einer Empfängerplatine 48 durchgeführt werden. Beispielsweise
können
bei der Adressierung der Empfängerplatine 48 die
Steuerdaten für
eine Verwendung durch sämtliche
auf der Empfängerplatine 48 angeordneten
ASIC-Komponenten bestimmt sein. Auf diese Weise lassen sich sowohl
sämtliche
Teilsätze
von Komponenten als auch eine vorgegebene Komponente adressieren.
Mit einem eindeutigen zugewiesenen Identifikationskennzeichen kann
die adressierte Verarbeitungskomponente sich auf der Ebene der kleinsten
Einheit, beispielsweise einer ASIC, oder auf der Ebene einer intermediären Einheit,
beispielsweise einer ASIC-Empfängerplatine,
befinden, wodurch sämtliche
Einheiten, die in der auf intermediärer Ebene befindlichen Einheit
enthalten sind, adressiert werden.
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5 zeigt
ein Diagramm eines Verfahrens 500 zum Formatieren und Übertragen
von Steuerdaten in Form von Datenpaketen, gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Sechs Schritte sind in dem Verfahren 500 veranschaulicht.
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Schritt 510 ordnet
jeder Verarbeitungskomponente der Zielplatinen (beispielsweise den
Empfängerplatinen
der Empfängerplatinengruppe 40 oder
den Senderplatinen der Senderplatinengruppe 100 nach 3)
eine eindeutige Adresse oder einen eindeutigen Komponentenfeldnamen
(Identifikationskennzeichen) zu. Einer Platine der Zielplatinengruppe
kann ebenfalls ein eindeutiges Identifikationskennzeichen zugewiesen sein,
das eine Adressierung sämtlicher
Komponenten auf der Platine ermöglicht,
indem das Identifikationskennzeichen der Platine als das Identifikationskennzeichen
der Komponente in der Zieladresse der Pakete spezifiziert wird.
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Jede
Verarbeitungskomponente kann ein eindeutiges Identifikationskennzeichen
aufweisen, das dynamisch während
des Hochfahrens zugewiesen wird. Ein einen Anfangswert aufweisendes
Befehlsdatenpaket wird an die Verarbeitungskomponenten gesendet.
Jede der Verarbeitungskomponenten sichert den in dem Befehlsdatenpaket
empfangenen Wert als ein eindeutiges Identifikationskennzeichen.
Wenn das Befehlsdatenpaket zu einer nächsten Verarbeitungskomponente
gesendet wird, modifiziert eine Verarbeitungskomponente den Wert
in dem Befehlsdatenpaket, das an die nächste Verarbeitungskomponente
gesendet wird. Sämtliche Verarbeitungskomponenten
erhalten anhand des modifizierten Werts ein eindeutiges Identifikationskennzeichen.
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Schritt 512 wird
durch den Absender, beispielsweise die RFI-Platine 110 in 3 durchgeführt. Schritt 512 teilt
die zu übertragenen
Steuerdaten in Pakete auf und formatiert die Pakete entsprechend
einem paketierten Protokoll. Die mit den Steuerdaten erzeugten und
formatierten Pakete können,
wie für
das beispielhafte paketierte Protokoll 300 nach 4 veranschaulicht
und erörtert,
auf einem Adressdatenpaket und einem oder mehreren Datenpaketen
basieren.
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In
Schritt 514 werden die formatierten Pakete zu einer Gruppe
von Zielplatinen übertragen,
beispielsweise zu der Empfängerplatinengruppe 40 oder
zu der Senderplatinengruppe 100 nach 3.
Die formatierten Pakete werden mit einer Rate von mindestens 400
Mbit/s über
einen seriellen Hochgeschwindigkeitssteuerbus (HSSCB) übertragen,
beispielsweise über
den RCV-HSSCB 155 im Falle einer Übertragung zu der Empfängerplatinengruppe 40 oder über den
XMIT-HSSCB 160 im Falle einer Übertragung zu der Senderplatinengruppe 100 (3).
Wenn die formatierten Pakete an der ersten der Gruppe von Zielplatinen
empfangen werden, werden diese über
einen Komponentenverbindungsbus zwischen der Anzahl von Verarbeitungskomponenten
der Platine weiterübermittelt.
Die formatierten Pakete enthalten Daten, die die/das Verarbei tungskomponente/Gerät und die
Adresse in dem Arbeitsspeicher der Komponente bestimmen, aus der
die Steuerdaten gelesen sind bzw. in die sie geschrieben werden.
(Hinsichtlich der Formatierung von Steuerdaten zu Paketfeldern wird
auf die Paketformate nach 4. verwiesen)
Beispielsweise kann das Adressdatenpaket 302 das Schreib-/Lesefeld 308 auf "Schreiben" gesetzt sein, das
Blockfeld 310 auf "Block" gesetzt sein, der
Rundspruchfeld 312 auf "individuell" gesetzt sein, das
Gerätetypfeld 314 auf "RCV-ASIC" gesetzt sein, das
Gerätefeld 316 auf
ein zu dem eindeutigen Identifikationskennzeichen der ASIC 67 der
Empfängerplatine 48 (3) passendes
Identifikationskennzeichen gesetzt sein, und das Adressenfeld 318 auf
einen Adressenwert gesetzt sein, der innerhalb des adressierbaren
Arbeitsspeicherbereichs des Arbeitsspeichers 234 (3)
liegt. Die Adresse kann den Anfangsort für einen Arbeitsspeicherblock
für einen
Strahlformerparameter spezifizieren. In diesem Fall wird, wie durch
das auf "Block" gesetzte Blockfeld 310 angezeigt,
mehr als ein Datenpaket 304 durch die ASIC 67 empfangen.
Beginnend an der in dem Adressenfeld 318 spezifizierten
Arbeitsspeicheradresse schreibt die ASIC 67 die in den
Datenpaketen 304 vorgefundenen Steuerdaten der Strahlformerparameter
in den Arbeitsspeicher 234. Aufgrund des auf "individuell" gesetzten Rundspruchfelds 312 führen lediglich
diejenigen Verarbeitungskomponenten den Schreibvorgang durch, die
ein Identifikationskennzeichen aufweisen, das zu dem in dem Gerätefeld 316 gefundenen
Identifikationskennzeichen passt. In der Alternative kann das Rundspruchfeld 312 auf "Rundspruch" gesetzt sein. In
diesem Fall bleibt der Wert in dem Gerätefeld 316 von sämtlichen
Verarbeitungskomponenten unbeachtet, und die erhaltenen Pakete werden
von sämtlichen
Verarbeitungskomponenten auf dem Bus verarbeitet.
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Schritt 516 gibt
die übermittelten
Pakete zwischen den mehreren Verarbeitungskomponenten einer Platine
weiter. Bei Empfang der Pakete durch eine Verarbeitungskomponente überprüft die Komponente
die Paketadressierung hinsichtlich des Identifikationskennzeichens
der Komponente, um eine Entsprechung zu ermitteln. Falls eine Entsprechung
vorliegt, führt
die Verarbeitungskomponente an den empfangenen Steuerdaten die Operation
(Lesen/Schreiben) in Abhängigkeit
von der Spezifizierung in den empfangenen Paketen durch.
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Schritt 518 führt den
Lese-/Schreibvorgang bei einer passenden Verarbeitungskomponente
durch. Steuerdaten können
aus den empfangenen Paketen in den Arbeitsspeicher der Verarbeitungskomponente
geschrieben werden, oder es können
Steuerdaten aus dem Arbeitsspeicher der Verarbeitungskomponente
ausgelesen und in den empfangenen Paketen für eine Rückgabe an den Absender der
Pakete angeordnet werden. Die Verarbeitungskomponente kann das Bestätigungsfeld 320 und
das Fehlerfeld 322 (4) setzen,
um zu spezifizieren, ob die Steuerdaten korrekt empfangen und verarbeitet
wurden. Aufgrund der Konfigurierung des HSSCB für eine Übertragung der Pakete über eine
Ring/Prioritätskette,
nimmt der Absender der Pakete, nachdem diese an den Zielplatinen
verarbeitet wurden, wieder in Empfang.
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Schritt 520 setzt
das Verfahren des Weiterreichens der übermittelten Pakete an die
Verarbeitungskomponenten der übrigen
Zielplatinen und letztendlichen Rücksendung an den Absender der
Pakete fort. Wenn die Pakete durch den Absender, beispielsweise
durch die RFI-Platine 110 von 3, zurückempfangen
sind, kann der Absender das Bestätigungs-
feld 320 und das Fehlerfeld 322 (4) überprüfen, um
zu verifizieren, ob die Pakete an den Zielplatinen einwandfrei empfangen
und verarbeitet wurden.
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Es
ist ein Protokoll 300 geschaffen, das dazu dient, Steuerdaten
zu formatieren 512, die zu einer Verarbeitungskomponente 30 eines
Strahlformers in einem Ultraschallsystems 10 übertragen 514 werden.
Die Verarbeitungskomponente 30 weist einen eindeutigen
Feldnamen auf. Das Protokoll enthält ein Adressdatenpaket 302,
das gemäß einem
paketierten Protokoll 300 formatiert 512 ist,
wobei das Adressdatenpaket 302 Steuerdaten enthält, die
der Verarbeitungskomponente 30 zugeordnet sind, an die
die Steuerdaten adressiert sind.
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Während die
Erfindung anhand vielfältiger
spezieller Ausführungsbeispiele
beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass es möglich ist,
die Erfindung mit Abwandlungen zu verwirklichen, ohne von dem Schutzbereich
der Ansprüche
abzuweichen.
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