DSP 的应用

DSP在医学领域的应用及前景

姓名：李中礼

学号：1002174029

[摘要]

本文阐述了 DSP 在医学工程中的应用的发展和近况，重点介绍了 DSP 芯片在

医用及医学成像领 域的应用，探讨了 DSP 在这些设备中的作用。同时，对 DSP 在医学工程领域的应用 前景进行了展望。

[关键词]

DSP，医学领域，图像处理，应用，前景

[引言]

DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字 信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为 0 或 1 的数字 信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解 译回模拟数据或实际环境格式。目前许多ＩＣ生产厂家都推出了各自的各具特色的ＤＳＰ芯片，它们的共同特点是带有高整乘法器，并有高带宽并行存贮器和高速率的流水操作结构及采用汇编语言进行程序设计的方法。能高速实时大数据量的计算处理数据流，是数字信号处理专用芯片的主要特点。

1.[DSP]

从 20 世纪 80 年代初世界上第一片 DSP 芯片诞生以来，随着DSP芯片性能的不断改善,用DSP芯片构造数字信号处理系统作信号的实 时处理已成为当今和未来数字信号处理技术发展的一个热点. DSP 芯片由于高效的实时处理数据的能力，已渗透到科 学研究、

技术开发、工业生产、国防和国民经济的各个领域，取得了丰硕的成果。在医学工程领域，也有大量的数据需要实时处理，为 DSP 大显神通提供了很好的机会。

数字信 号处理系统的优越性表现为：1.灵活性好：当处理方法和参数发生变化时，处理系统只需通 过改变软件设计以适应相应的变化。2.精度高：信号处理系统可以通过 A/D 变换的位数、 处理器的字长和适当的算法满足精度要求。3.可靠性好：处理系统受环境温度、湿度，噪声 及电磁场的干扰所造成的影响较小。4.可大规模集成：随着半导体集成电路技术的发展，数 字电路的集成度可以作得很高，具有体积小、功耗小、产品一致性好等优点。

2.[医学领域与DSP]

在医学生理信号处理领域基于DSP芯片的技术可以解决我们在实际工作中遇到的某些问题，如当生理信号数据量很大(如脑电，肌电等)且处理算法相对复杂时，现有的微机在实时采样、处理、存储和显示方面往往不能满足实际应用要求，而基于DSP芯片的高速处理单元和微机构成主从系统无疑极大的发挥了它高效实时处理数据的优势。

现代医学领域的进步发展也跟现代电子学发展密切相关。数字信号处理系统在医学领域的发展应用，以七十年代中期ＣＴ（计算机人体横截面断层）的出现为标志。

经过进三十年的发展，DSP 在生物医学工程领域已经获得了广泛的应用，从生理信号 的采集到医学图像的采集和处理都可以见到 DSP 的踪影。

从最初的血压计到现在普遍用作常规检查的断层扫描技术(Computerized Tomography，CT)无不与信号处理密切相关。X-CT就是利用各个方向扫描的投影数据和Radon变换的反转公式再构造出被检测体剖面图的装置，在其中，FFT起快速计算的作用。根据X-CT原理，以后相继研制成功了的有正电子CT和核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance，NMR)。有基于此，X-CT的两位发明家Cormack和Hounsfield还荣获了1979年度诺贝尔医学—生理学奖。

3.【医学图像处理】

DSP芯片已在医学图像处理，医学图像重构等领域，如CT、核磁成象技术等方面得到了广泛的应用，已取得了令人满意的效果。在助听，电子耳涡等方面也取得了相当的进展(文献［1,2］)。国内、外也有关于脑电、心电、心音和肌电信号处理方面基于DSP芯片系统的报道(文献［3～6］)。

4.【应用】

DSP 在磁共振技术中的作用 磁共振技术已经成为一种成熟的重要的临床成像方法， 它能根据诊断需要提供成像组织 灵活多样的对比度， 而且可以利用它进行解剖和生理学的研究， 不仅仅能够显示有形的实体 病变，而且还能够对脑、心、肝等功能性反应进行精确的判定。

DSP 在 X 线成像领域的应用 在 X 线成像领域，仍然离不开 DSP 的巨大作用。胸部 X 线检查时临床应用频率最高的 影像学检查方法，一样沿用的普通 X 线摄影方法所显示的图像分辨率低，清晰度差，为了提 高胸片成像质量，研发出了直接数字化低剂量 X 线摄影装置（DR 系统） 。数字化成像采用预 先设定的或常规处理参数 ,可在成像的同时自动处理图像 ,将采集到的影像信息由计算机进 行数字化处理 ,显示在荧光屏上 ,方便、快捷、准确。本成像系统是采用直接非晶硒平板探 测器与数字信息处理机(DSP)和高速专用计算机相结合 ,由于特殊的数字板设计 ,获取量子 捕获率高 ,快速扫描曝光后 6 秒钟即可在荧屏上显示图像。 DSP 出色的性能与其他设备的结 合，使工作效率提高 10 倍 ,极大地缩短了患者等候和检查时间 。

DSP 在超声系统中的应用 随着医疗电子的设计日益复杂，便携式超声系统也将需要更多地使用可编程的高性能 DSP 平台。 可在超声成像设备中的多个系统发挥作用。 DSP 利用它可以完成数字化波束形成， DSP 微处理器合成波束包络，对图像进行处理，通过 I/o

卡 PCI 总线将图像传输到计算机显 示。全数字化技术保证了超声诊断设备图像更清晰、分辨率更高，大大提高了超声诊断的准 确率[7]。

5.[前景]

随着 DSP 芯片性能的不断完善，用它构造数字信号处理系统作生物医学工程领 随着 DSP 芯片性能的不断完善，用它构造数字信号处理系统作生物医学工程领域的信 号实时处理已经成为当前和未来生物医学工程以及 DSP 发展的一个热点，它在医学图像处 理、医学图像重构领域如 CT、磁共振成像技术等方面得到了广泛的应用[8]；在助听、电子 耳蜗等方面也取得了相当的进展[9]，在脑电、心电、心音和机电信号处理方面基于 DSP 芯 片系统的报道也不断涌现。 国内、外也有关于脑电、心电、 心音和肌电信号处理方面基于DSP芯片系统的报道。不但传统的CT成像、超声波 扫描继续要求强大的数字信号处理能力， 很多便携式的家用医疗设备要求在保证 低功耗的前提下，提供高处理性能。随着中国老龄化社会的到来，以医院为中心 的传统医疗模式将不堪重负。 因此， 需要以家庭为中心提供医疗保健服务， 监控、 急救、保健等便携式医疗设备的市场前景极为可观。

【结论】

以DSP 芯片为核心构造的数字信号处理系统,可集数据采集、传输、存储和 高速实时处理为一体,能充分体现数字信号处理系统的优越性,能很好地满足医 学领域设备测量精度、 可靠性、 信道带宽、 功耗、 工作电压和重量等方面的要求。 目前,DSP 芯片正在向高性能、 高集成化及低成本的方向发展,各种各类通用及专 用的新型DSP 芯片在不断推出,应用技术和开发手段在不断完善。这样为实时数 字信号处理的应用———尤其是在医学领域中的应用提供了更为广阔的空间。 我 们有理由相信,DSP 芯片进一步的发展和应用将会对医疗信号处理领域产生深远 的影响。

参考文献

1， 於志渊，魏义祥， “基于 DSP 的 12 导联同步心电图采集系统的研制” ，中国医疗器械杂 志，2004 年 28 卷第 5 期。

2， 杨玉星，尹冬元，张德成， “基于数字信号处理技术的新型心电图自动分析系统” ，航天 医学与医学工程，2002 年 6 月，第 15 卷第 3 期

3， Chih-Lung Lin, Han-Chang Wu, Kuang-ching Wang, Shuenn-Tsong Young, Maw-Huei Lee, and Te-Son Kuo. “The Design of A DSP Based Portable Physiological Signal Monitor” Proceedings , - 19th International Conference - IEEE/EMBS Oct. 30 - Nov. 2, 1997 Chicago, IL. USA

4， 刘波， “移动远程监护终端用 DSP 系统设计” ，天津大学精密仪器与光电子工程学院硕士 毕业论文，2003 年 12 月

5， 倪萍，蔡华， “核磁共振成像的最新进展” ，医疗设备信息，20 卷 12 期，2005 年 12 月。

6， 马强，赵建国，习宁强， “直接数字化成像在胸部 X 线检查中的应用” ，宁夏医学杂志， 2005 年 3 月，第 27 卷第 3 期。

7， 钟志民，梅德松， “超声相控技术的发展及应用” ，中图分类号:TG115. 28 + 5 文献标识 码:A 文章编号:100026656 (2002) 0220069203

8， 严洪 宏峰 胡耄祺， “数字信号处理芯片的发展和应用” ，航天医学与医学工程 1999 年第 1 期第 12 卷

9， 李小华，李雪琳，徐俊荣.“基于 DSP 的数字助听器的研究”.95 年生物电子 学［C］ ，医学传感器等联合学术会议文集，北京，1995:438～439

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/qipj.html