医療用超音波画像処理

患者の負担を軽減できる優れた熱管理機能を備え、より正確な診断を可能にする次世代の高画質超音波スキャナーを実現。

概要

今日の超音波システムでは、チャネル数が高解像度画像や深度に直接影響し、問題箇所の検出や特定において重要な要素となります。このような機能には、ザイリンクスの UltraScale™+ ファミリを使用することによって、ロジック セルに対して DSP 性能が倍となり、デバイスの信号処理能力が大幅に向上します。高速シリアル トランシーバーが、JESD204B 準拠のアナログ フロントエンド コンポーネントに対して電力効率の良い高速インターフェイスを提供するため、パラレル I/O の必要性が大幅に減少し、消費電力も低減します。

チャンネル数の増加が難しくなってきた現在、ザイリンクスの Versal AI エッジ シリーズや Versal AI コア シリーズの ACAP デバイスを用いることで合成開口 (現在レーダーで使用) や Planar Wave UltraFast のような次世代の超音波設計手法が可能になり、熱管理能力に優れた高品質の画像処理機能をより低コストで実現できます。Versal AI エッジおよび AI コア シリーズに搭載された AI エンジン タイルの VLIW-SIMD パラレル アーキテクチャによって、高フレームレートで優れた AI 性能を実現できます。

診療所や病院で利用されてきた超音波装置が、直接現場で利用されることが多くなり、POC (Point-of-Care) 超音波ソリューションのニーズが高まってきました。このため、携帯性と接続性を兼ね備えながら性能を維持する必要があり、ますます難しい課題に直面しています。また、ビームフォーミング性能を達成することだけではなく、リアルタイム画像処理および解析をできる限り低電力で実行してバッテリ寿命を延長させることも重要です。ザイリンクスの Ultrascale+ コスト重視製品ポートフォリオの中で最も新しい Artix Ultrascale+ と Zynq Ultrascale+ ZU1 は、業界最小フォーム ファクターで業界最高レベルの演算密度を提供し、優れたワットあたり性能を達成できるため POC やポータブル超音波の開発プラットフォームとして最適です。


デザイン例

超音波装置における次世代の超高速画像処理技術は、一般的な逐次的に取得する方法から、球面波または平面波を用いて平面全体の画像を同時に取得する方法へと移行が進んでいます。これにより、撮影した画像の中で任意の場所にフォーカス、高品質な 3D/4D 画像を取得、さらに 1 秒間に数千枚の画像を取得できるようになります。

AI エッジ AI コア デバイスのように AI エンジンを搭載したザイリンクスの ACAP プラットフォームでは、128 個のアクティブ エレメントと 200 本の線を認識できる分解能を持つ合成開口や平面波アルゴリズムを実行するビームフォーマーを単一チップで実現でき、心臓画像や腹部画像、その他細部の画像が必要となるあらゆる分野で 100 ~ 1000fps のスキャン レートを実現します。


小型パッケージ技術 「inFO」を採用した最新の ZU1 を含むザイリンクスの Zynq Ultrascale+ システム オンチップ (SoC) 技術では、並列ビームフォーミングなどの複雑なアーキテクチャの超小型化が可能になります。この SoC 技術と顧客独自の共有ビームフォーミング アーキテクチャを組み合わせることで、小型デバイスに最大 8 つのパラレル ビームフォーマーを統合できます。このアーキテクチャで実現するシステムは、処理能力という点においては、高性能ラップトップやカート式装置と同等です。

資料