Ultraschallforschungsplattform

Die Signal- und Bildqualität von Ultraschallsystemen werden stark durch die genutzten Beamforming-Verfahren definiert. Seit Kurzem bieten auch moderne ultraschnelle Ultraschall-bildgebungsverfahren eine technische Lösung für die Bildgebung jenseits klassischer Fokussierungstechniken und linienbasierter Aufnahme. Hierbei spielen eine freie Programmierbarkeit von Sendesequenzen, Schallstrahlformung, Amplitudengewichtung, Puls-Kodierung und Ansteuerung freier Ultraschallwandler-Geometrie eine große Rolle.

Die Entwicklung neuer Verfahren auf Basis moderner Technologien und Ansätzen in Forschung und Produktentwicklung erfordert offengelegte Steuer- und Verarbeitungsmöglichkeiten sowie Anpassungen an die speziellen Anforderungen.

Das Ultraschallforschungssystem »DiPhAS» bietet diese volle Kontrolle über alle Beamforming- und Verarbeitungsparameter bereits in neunter Gerätegeneration an. Das System wird von einem herkömmlichen PC kontrolliert und über flexible aber einfache Schnittstellen programmiert. Das System nutzt moderne massiv-parallele Verarbeitung in der GPU (Grafikprozessor) für berechnungsintensive Aufgaben wie Beamforming zur Echtzeit-Bildgebung und weitere komplexe Analysen. Basierend auf dem softwarebasierten Ansatz sind kundenspezifische Anpassungen und individuelle Erweiterungen vergleichsweise schnell umsetzbar. Dies ist durch die offengelegten Schnittstellen im SDK auch für unsere Anwender im gleichen Maße möglich. Für die Systeme sind auch kundenspezifische Anpassungen an Hardware, Firmware und Software möglich, so dass die DiPhAS-Plattform die am besten angepasste Lösung für ihr individuelles Problem darstellt.

Neben dem klassischen medizinischen Ultraschallsystem bieten wir für alle kundenspezifischen Varianten auch die benötigten Dokumentationen und Prüfungen für Ihre Anwendung, egal ob Einzelstück oder OEM-Produktentwicklung, an.

Die Forschung auf dem Gebiet der Ultraschallmesstechnik und -diagnostik basiert in der Regel auf Methoden der Verarbeitung von Hochfrequenzdaten (HF-Daten) nach Beamforming und oft sogar angepasste Beamformingentwicklungen durch Nutzung von Messdaten der Einzelelemente des Ultraschallwandlers („single element channel data“) ohne zusätzliche Berechnung eines Beamformings.

Das »DiPhAS« ermöglicht vollen Zugriff auf alle Signale durch den im System integrierten PC. Es werden die vollständigen HF-Daten (nicht nur I/Q Daten) an den PC übertragen, um dort die Rekonstruktion, Verarbeitung, Signalverarbeitung und Scankonvertierung zu berechnen. Auf diese Weise ist maximale Flexibilität in den Betriebsmodi gegeben, die vom PC aus vollständig parametrisiert werden können.

Die Ultraschallplattform DiPhAS ist modular aufgebaut und kann an die speziellen Anforderungen Ihrer Anwendung angepasst werden. So können durch Nutzung unterschiedlicher Front-Ends sowohl die Gesamtkanalanzahl als auch die maximal nutzbare Ultraschallfrequenz skaliert werden. Durch Adaption unterschiedlicher Ultraschallwandler-Steckmodule können alle kommerziell verfügbaren oder selbst entwickelten linearen, konvexen, Phased- und 2D-Array-Sonden mit oder ohne zusätzliche Multiplexer genutzt werden. All dies wird durch folgende Module realisiert:

Basismodule (Mainboard, Netzteil, Systemsoftware):
Nutzung von FPGAs für die Betriebssteuerung, Programmierung der Front-End-Elektronik, Signalverarbeitung und Datenübertragung zum PC mit modernen schnellen Schnittstellen (PCI-express, Gigabit-Ethernet);
Anwendungsorientierte Stromversorgung zur Erzeugung verschiedenster Spannungen (für FPGA, zusätzliche ICs, Senderspannung, ATX-Spannungen für den integrierten PC) mit Option zum Akkubetrieb

Spezielle Anwendungsmodule (Front-Ends, Ultraschallwandler, Signalverarbeitung, Visualisierung):
Implementierung der Sendepuls-Sequenzierung für freie Ultraschall-Signalerzeugung, hochfrequente Digitalisierung von Ultraschallsignalen, optionale Vorverarbeitung und Transfer in DDR-Speicher zur Pufferung der Daten bei ultraschneller Datenerfassung

Software-Module:
Frameworks zur Integration von Ultraschall-Signalerfassung und Ultraschall-Bildgebung in 3rd-Party-Anwendungen, Closed-Loop-Filter-Schnittstelle für den Test neuer Verfahren im Produktivsystem

Die Systeme verfügen über 128 oder 256 Kanäle jeweils für Sende- als auch Empfangsmodus. Diese können im Puls-Echo-Modus (Sender- und Empfänger-Kanal werden jeweils auf das gleiche Ultraschallwandler-Element geschaltet) oder Transmissions-Modus (Sender- und Empfängerkanäle werden jeweils getrennt und auf verschiedene Ultraschallwandlerelemente geschaltet) betrieben werden.

Neben diesen klassischen Konfigurationen ist die Entwicklung von anwendungsspezifischen Designs und Varianten (z. B. mit höherer Kanalanzahl, benutzerspezifischer Zusatzelektronik) in Forschungs- und Entwicklungsprojekten möglich.

Die Plattform umfasst aktuell drei spezifische Konfigurationen, die vollständig entwickelt auch als applikationsspezifische Grundlage genutzt werden können:

Hochfrequenzanwendungen: Ultraschallwandler-Mittenfrequenzen 20 MHz-120 MHz:
Mit einer Digitalisierung von 480 MHz für alle 128 parallelen Kanäle kann das System für zerstörungsfreie Prüfungen, industrielle Prozess- und Qualitätskontrolle, Biotechnologie, Kleintier-Bildgebung, Ultraschallwandler-Charakterisierung und weitere ähnlich hochfrequente Anwendungen verwendet werden.

Traditionell klinische Anwendungen oder klassische zerstörungsfreie Prüfung: Ultraschallwandler-Mittenfrequenzen 500 kHz-20 MHz:
Neben medizinischen Anwendungen in herkömmlicher Bildgebung kann das System auch in der Therapiekontrolle, Optoakustik, Vektor-Fluss-Bildgebung und ultraschneller Bildgebung (mehrere kHz Puls-Widerholrate) verwendet werden. Das Standardsystem kann basierend auf grundlegenden Prüfungen nach Medizinproduktegesetz auch klinisch eingesetzt werden. In Sonderausführungen kann der Beamformer auch MR-kompatible Bildgebung parallel zu einem Kernspintomographen in der Röhre durchführen.

Niederfrequenzanwendungen: Ultraschallwandler-Mittenfrequenzen 0,2-10 MHz:
Diese Systemkonfiguration wird in Sonar-Anwendungen eingesetzt und kann weiterhin in Varianten als Fächerlot (Multi-Beam-Echo-Sounder) oder 3D-Kamera eingesetzt werden. Das System kann aber auch Grundlage für medizinische Therapiesysteme sein.

Weitere Informationen über die Systemkonfigurationen finden Sie im Produktdatenblatt am Ende dieser Seite.

Die DiPhAS-Software unterstützt moderne Beamforming-Rekonstruktionsverfahren auf Basis ultraschneller Ultraschallbildgebung (Plane Wave Compounding, synthetische Apertur Bildgebung, virtuelle Punktquellen), aber auch klassische „Delay-and-Sum“-Bildgebung, wobei diese Berechnungen auf softwarebasierter Nachverarbeitung in adaptiven GPU-unterstützten massiv parallelen Algorithmen stattfindet. Eine Messsoftware mit klassischer Vollbild-Benutzeroberfläche für den klinischen Einsatz steht mit Funktionen zum Messdatenmanagement und Daten-Export-Funktionen für weiterführende Analysen ebenso zur Verfügung wie umfangreiche Schnittstellen für die Integration von Filter-Algorithmen und der freien Beamformerprogrammierung. Letztere liegen zur Geräteparametrisierung, Kontrolle und Verarbeitung für Integrationen in 3rd-Party-Anwendungen mit Beispielen für Matlab, C# (Microsoft .Net) und C++ in einem „Software Development Kit“ SDK vor. 

Zu Ihrer weiteren Information bieten wir für unseren Ultraschallbeamformer:

• 
  ein allgemeines Produktdatenblatt für einen Überblick über die Plattform
  
  und
• 
  die konkreten Spezifikationen der drei verfügbaren Standard-System-Konfigurationen
  
  

Gerne bieten wir Ihnen auch eine individuelle Lösung für Ihre Anwendung. Für detailliertere Informationen kontaktieren Sie uns bitte über die Kontaktfunktion am Seitenbeginn.