Arquitetura de hardware multicanal reconfigurável com excitação multinível para desenvolvimento e testes de novos métodos de geração de imagens por ultrassom

• Main Author: Assef, Amauri Amorin
• Other Authors: Maia, Joaquim Miguel
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2014
• Subjects: Ultrassom; Arquitetura de computador; Arranjos de lógica programável em campo; Processamento de sinais - Técnicas digitais; Simulação (Computadores); Engenharia elétrica; Ultrasonics; Computer architecture; Field programmable gate arrays; Signal processing - Digital technique; Computer simulation; Electric engineering
• Online Access: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/889

UTFPR; CNPq; CAPES; Fundação Araucária; Ministério da Saúde === Os sistemas de diagnóstico por imagem de ultrassom (US) figuram entre os mais sofisticados equipamentos de processamento de sinais na atualidade. Apesar da alta tecnologia envolvida, a maioria dos sistemas comerciais de imagem possui arquitetura típica “fechada”, não atendendo às exigências de flexibilidade e acesso aos dados de radiofrequência (RF) para desenvolvimento e teste de novas modalidades e técnicas do US. Este trabalho apresenta uma nova arquitetura modular de hardware (front-end), baseada em dispositivos FPGA (Field Programmable Gated Array), e software (back-end), baseada em PC ou DSP, totalmente programável, aberta e flexível, para pesquisa e investigação de técnicas inovadoras para geração de imagens médicas por US. A plataforma desenvolvida ULTRA-ORS (do inglês Ultrasound Open Research System) permite conexão com transdutores multielementos dos tipos lineares, convexos e phased array com frequência central entre 500 kHz e 20 MHz, e capacidade de expansão para operação com transdutores de até 1024 elementos multiplexados. O módulo eletrônico lógico para formação do feixe (beamformer transmitter) possibilita excitação simultaneamente, através de sinais PWM, de 128 canais com formas de ondas arbitrárias, abertura programável, e tensão de excitação de até 200 Vpp, permitindo controle individual de habilitação, amplitude de apodização com até 256 níveis, ângulo de fase e atraso temporal de disparo adequado para focalização na transmissão. O módulo de recepção (beamformer receiver) realiza a aquisição simultânea de 128 canais com taxa de amostragem programável até 50 MHz e resolução de 12 bits. Como item imprescindível deste trabalho, a plataforma proposta possibilita acesso e transferência dos dados de RF digitalizados para um computador através de interfaces seriais ou para kits de DSP para processamento das imagens. Como resultado do projeto de pesquisa, é apresentado um novo sistema digital de US que pode ser utilizado para avaliações das imagens geradas pela técnica beamforming, utilizando como referência a ferramenta de simulação Field II e comparações com as imagens geradas por equipamentos comerciais em phantom mimetizador de tecidos biológicos de US. === Medical ultrasound (US) scanners are amongst the most sophisticated signal processing machines in use today. Even with the recent advances in electronic technology, their typical architecture is often “closed” and does not fit the requirements of flexibility and RF data access to the development and test of new modalities and US techniques. This work presents the development of a novel modular hardware architecture (front-end), FPGA-based (Field Programmable Gated Array) and software (back-end), PC-based or DSP-based, fully programmable, open and flexible, for research and investigation of new techniques for medical US imaging. The proposed platform, ULTRA-ORS (Ultrasound Open Research System), allows connection to linear, convex and phased array transducers with center frequency between 500 kHz and 20 MHz, and expansion capability for operation with transducers up to 1024 multiplexed elements. The transmitter beamformer can excite simultaneously, using PWM signals, 128-channel with arbitrary waveform, programmable aperture, and 200 Vpp excitation voltage, allowing individual enable control, amplitude apodization up to 256 levels, phase angle and proper time delay for focusing on transmission. The receiver beamformer can handle simultaneous 128-channels acquisition with programmable sampling rate up to 50 MHz and 12-bit resolution. As essential item of this work, the platform enables access to the raw RF signals to be transferred to a computer through serial ports or DSP kits for imaging processing. As a result of the research project, we present a new digital US system that can be used for evaluation of images generated by the beamforming technique, using as reference the Field II simulation tool and comparisons with commercial equipment using US tissue-mimicking phantom. === 5000