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

• Ano de defesa: 2013
• Autor(a) principal: Assef, Amauri Amorin
• Orientador(a): Maia, Joaquim Miguel
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso embargado
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná; Curitiba
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
• Palavras-chave em Português: 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
• Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/889

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.