Ultraschall-Forschungsschnittstelle und Software

Allgemein

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Ultraschall-Forschungssoftware Offline Analysesoftware.

Die Entwicklung von neuen Verfahren und Techniken der Ultraschallbildgebung und -messtechnik erfordert in der Regel die Verwendung von gemessenen hochfrequenten Ultraschall-Rohdaten oder sogar die Einzelelementmessdaten.

Kommerzielle Ultraschallsysteme für die Forschung bieten diesen Zugriff nur in sehr eingeschränkter Weise und nicht mit vollem Funktionsumfang und Möglichkeiten.

Wir bieten eine umfangreiche Ultraschallplattform für die Forschung einschließlich einer Software-Architektur zur Steuerung und Analyse von Systemparametern des Beamforming, Signal-/ Bildverarbeitung, einschließlich massiv parallelisierter GPU-Beschleunigung (NVidia CUDA) mit Unterstützung von 3-D-Volumenrekonstruktion und Zugriff auf Einzelelementdaten.
Die skalierbare Hardware-Plattform und die Software-Implementierung mit closed-loop-fähigem Plug-In-Konzept erlaubt die klinische Validierung von neuen Algorithmen in einem Medizinprodukt mit Zertifizierung für den klinischen Einsatz ohne erneute klinische Validierung.

Anforderungen an eine Ultraschallforschungssoftware

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Ultraschall-Einzelelementdaten und Rekonstruktion.

Die Ultraschallforschung für Verarbeitung und Darstellung von 2D-Bildschichten und 3D-Volumina erfordert die Untersuchung und Verwendung von Ultraschallrohdaten anhand offener Schnittstellen für Hardware und Software einschließlich freie Programmierbarkeit des Beamformers durch Parameterisierung der Scan-Modi.

Der Prozess der Entwicklung neuer bildgebender Verfahren ist ein iterativer Prozess, der flexible Anpassung an sowohl die Softwareimplementierungen der Signalverarbeitungsalgorithmen und der Hardware-Einstellungen und Features erfordert. Anbieter kommerzieller Ultraschallsysteme bieten in der Regel keinen Zugriff auf gemessene Rohdaten und Schnittstellen. Falls solcher Zugriff dennoch erreicht werden kann, so begrenzen die Hersteller den Zugang für wenige Forschungsprojekte und ausgewählte Forschergruppen.

Zudem ist der Zugriff dann nur für die High-End und somit teuren Modelle verfügbar und es fehlt an medizinischr Zulassung als ein diagnostisches Bildgebungssystem, sobald die Geräte im HF-Daten-Forschung-Modus verwendet werden.

All diese Limitationen können wir mit unserer Forschungssoftware und -plattform umgehen und bieten somit die bestmögliche Grundlage für die Entwicklung neuer und eigener Verfahren.

Software Funktionalität

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Ultraschall-Forschungssoftware.

Die Verwendung von mächtigen und doch leicht zu bedienenden Software-Werkzeugen ist für die Ultraschallforschung notwendig, damit Wissenschaftler den Fokus auf die Entwicklungstätigkeit neuer Techniken und nicht die Bearbeitung grundsätzlicher Probleme der Ultraschallbildgebung und -auswertung legen.

Für diese Zwecke entwickelten wir eine portable C++ und C# (Microsoft.NET) Software-Architektur für den Online-Betrieb von Ultraschallgeräten sowie Offline-Analysefunktionen.

Die Programmierung kann anhand eines Frameworks und seiner Schnittstellen einfach an zusätzliche Aufgaben angepasst werden.

In der Software-Architektur sind Routinen für die Datenerfassung über USB, Signalverarbeitung (z. B. logarithmische Kompression, Einhüllendenberechnung, Knochen- oder Gewebe- Erkennungsfilter, Kanaldatenrekonstruktion anhand individueller Delays, Scankonvertierung, 3D-Rekonstruktion..), Bildanalyse und Verarbeitung (z. B. Speckle Reduzierung, Vermessungen,..), Datenexport (HF-Daten, Bilder, Videos, DICOM, Textausgabe für externe Tools,..) und Importieren von Daten aus unterschiedlichen Messystemen enthalten.

Die Algorithmen unterstützen Multi-Kern-, Multi-Threaded und GPU-(OpenCL) Beschleunigung und profitieren somit enorm von der Parallelisierung.

Die Unterstützung von 3D-Tracking-Systemen für die 3D-Rekonstruktion von Volumendatensätzen erfolgt durch Messung der Position und Ausrichtung anhand optischen, mechanischen und elektromagnetischen 3D-Tracking-Systemen (z. B. NDI Polaris, Spectra, Vicra, Microscribe, Ascension Flock of Birds, trackStar, driveBay,..).

Die Signal- und Bildverarbeitung dieser Forschungplattform bietet eine Closed-Loop-Gerätesteuerung, die die Entwicklung neuer Verfahren und Algorithmen vereinfacht. Benutzerdefinierte Filter, die entsprechend der Filter-Software-Schnittstelle entwickelt wurden, können das Beamforming steuern und automatisch in das System integriert werden, ohne die wichtige Zulassung für den klinischen Betrieb zu verlieren.

Unsere Dienstleistung

Wir bieten eine Softwarearchitektur für die Ultraschallforschung mit Unterstützung von 2D- und 3D-Bildgebung entwickelt nach IEC 62304. Der freie Zugang zu Kanal-Daten, HF-Daten, 8-Bit-Amplitudendaten zusammen mit einem Filter-Plug-in-System und Closed-Loop-Regelung ermöglicht einzigartige Analyse- und Verarbeitungswerkzeuge.

Durch die Möglichkeit der medizinischen Zertifizierung neuer Algorithmen und Verfahren ist die Entwicklung eines kommerziellen Produkts basierend auf den Forschungen, leicht durchzuführen, wie wir in mehreren Anwendungen bereits gezeigt haben.