높은 채널수 및/또는 높은 요소수의 볼륨 획득
UTA 1024-MUX 어댑터 및 1024 요소 매트릭스 어레이 변환기가 있는 Vantage 256 시스템으로 획득한 팬텀의 3D 볼륨 이미지. 송신 - 수신 시퀀스는 다수의 송신 및 수신 조리개를 갖는 4개의 가상 소스에 위치한 25개의 발산 광폭 빔으로 구성됩니다.
연구 또는 제품 개발을 위해 여러 시스템을 결합하는 데 따른 어려움 중 하나는 각 시스템에 대한 전송 및 수신 클럭의 동기화입니다. Verasonics는 총 2048 개의 채널에 대해 최대 8 개의 Vantage 시스템을 동기화 할 수 있는 다중 시스템 동기화 모듈을 개발했습니다. 멀티 시스템 클록은 HDMI 케이블을 통해 멀티 시스템 동기화 모듈에 연결하기만 하면 2ns 이내에 동기화됩니다.
Vantage 시스템의 고유한 픽셀 지향 처리 소프트웨어는 사실상 모든 트랜스듀서 기하학적 구성 및 요소 위치에 대해 송신 및 수신 빔 형성 지연을 생성하여 새로운 트랜스듀서 및 시스템을 구현할 수 있게 합니다. 이 소프트웨어는 매우 유연하며 각 요소가 동일한 실험 또는 시스템의 다른 요소와는 다른 기하학적 방위를 가질 수 있습니다. 이 유연성은 모든 모양, 크기 또는 트랜스듀서 조합과 호환됩니다. 예를 들어, Vantage는 사용자가 3D 오목(사발 모양) 트랜스듀서, 링 어레이, 1D 및 1.5D 어레이, 2D 매트릭스 어레이, 다중 동시 어레이 및 희소 배열 및 투과형 초음파 기술을 구현할 수 있도록 합니다. Vantage 하드웨어 및 트랜스듀서에서 테스트하기 전에 Vantage 소프트웨어를 사용하여 새로운 트랜스듀서 기술 및 새로운 이미징 기술 및 알고리즘에 대한 지원을 개발하고 시뮬레이션 할 수 있습니다.
Vantage 시스템의 고유한 픽셀 지향 처리 소프트웨어는 사실상 모든 트랜스듀서 기하학적 구성 및 요소 위치에 대해 송신 및 수신 빔 형성 지연을 생성하여 새로운 트랜스듀서 및 시스템을 구현할 수 있게 합니다. 이 소프트웨어는 매우 유연하며 각 요소가 동일한 실험 또는 시스템의 다른 요소와는 다른 기하학적 방위를 가질 수 있습니다. 이 유연성은 모든 모양, 크기 또는 트랜스듀서 조합과 호환됩니다. 예를 들어, Vantage는 사용자가 3D 오목(사발 모양) 트랜스듀서, 링 어레이, 1D 및 1.5D 어레이, 2D 매트릭스 어레이, 다중 동시 어레이 및 희소 배열 및 투과형 초음파 기술을 구현할 수 있도록 합니다. Vantage 하드웨어 및 트랜스듀서에서 테스트하기 전에 Vantage 소프트웨어를 사용하여 새로운 트랜스듀서 기술 및 새로운 이미징 기술 및 알고리즘에 대한 지원을 개발하고 시뮬레이션 할 수 있습니다.
과학자와 연구자가 초음파를 사용하는 새로운 방법을 모색함에 따라 더 많은 요소와 채널을 더 많이 사용할 필요성이 커지고 있습니다. 이것은 의사가 복잡한 해부학 구조를 더 잘 이해하기 위해 3D 이미징을 활용하고, 심장에 밸브와 같은 움직이는 구조물을 묘사하기 위해 4D 초음파(실시간 3D)를 사용하는 진단용 의료용 초음파 분야에서 특히 그러합니다.
움직이는 구조물을 이미징하거나 고속으로 대량의 데이터를 얻으려면 최적의 트랜스듀서는 2차원 그리드 요소를 사용하는 전자적으로 조정된 위상 배열입니다. 이러한 유형의 트랜스듀서는 종종 매트릭스 어레이라고 하며 수백 또는 수천 개의 요소를 사용할 수 있습니다. 몇몇 트랜스듀서 제조업체는 현재 8 × 8, 16 × 16, 32 × 32 및 더 높은 요소 구성으로 매트릭스 어레이를 제작하고 있습니다.
매트릭스 어레이를 사용하는 임상용 초음파 시스템이 있지만 일반적으로 192 또는 256 채널만 사용합니다. 트랜스듀서는 다중화되어 있으며, "마이크로 빔 포밍(micro-beamforming)"기술을 사용하여 프로그래밍 복잡성과 이러한 프로브가 획득하는 데이터의 양을 줄입니다. 그러나 많은 과학자와 연구원은 최대한의 유연성, 절대적인 제어 및 완벽한 데이터 수집을 위해 모든 요소에 직접 연결되는 것을 선호합니다.
움직이는 구조물을 이미징하거나 고속으로 대량의 데이터를 얻으려면 최적의 트랜스듀서는 2차원 그리드 요소를 사용하는 전자적으로 조정된 위상 배열입니다. 이러한 유형의 트랜스듀서는 종종 매트릭스 어레이라고 하며 수백 또는 수천 개의 요소를 사용할 수 있습니다. 몇몇 트랜스듀서 제조업체는 현재 8 × 8, 16 × 16, 32 × 32 및 더 높은 요소 구성으로 매트릭스 어레이를 제작하고 있습니다.
매트릭스 어레이를 사용하는 임상용 초음파 시스템이 있지만 일반적으로 192 또는 256 채널만 사용합니다. 트랜스듀서는 다중화되어 있으며, "마이크로 빔 포밍(micro-beamforming)"기술을 사용하여 프로그래밍 복잡성과 이러한 프로브가 획득하는 데이터의 양을 줄입니다. 그러나 많은 과학자와 연구원은 최대한의 유연성, 절대적인 제어 및 완벽한 데이터 수집을 위해 모든 요소에 직접 연결되는 것을 선호합니다.
Vantage 시스템은 하나 또는 여러 시스템을 사용하여 높은 요소수의 매트릭스 어레이를 지원하는 다양한 구성으로 사용할 수 있습니다. 예를 들어 새로운 Verasonics UTA-1024 어댑터를 사용하는 단일 256 채널 Vantage 시스템은 최대 1,024개의 요소에 대해 4 대 1 멀티플렉싱을 제공할 수 있습니다. 동일한 1,024 요소 트랜스듀서는 2개의 Vantage 시스템과 2 : 1 다중화를 사용할 수 있습니다. 또는 채널 당 하나의 요소와 4개의 Vantage 시스템에 직접 연결됩니다.
Verasonics를 사용하면 하나 이상의 시스템을 추가하여 Vantage 시스템 기능을 쉽게 업그레이드 할 수 있으므로 배열의 1024개 요소 모두에서 전체 1024채널 시스템 전송 및 수신을 구현할 수 있습니다. 특별 구성에서 시스템 및 트랜스듀서 요소 수의 다른 맞춤 조합은 특정 연구 및 탐사 요구를 수용하기 위해 고려될 수 있습니다.
Verasonics를 사용하면 하나 이상의 시스템을 추가하여 Vantage 시스템 기능을 쉽게 업그레이드 할 수 있으므로 배열의 1024개 요소 모두에서 전체 1024채널 시스템 전송 및 수신을 구현할 수 있습니다. 특별 구성에서 시스템 및 트랜스듀서 요소 수의 다른 맞춤 조합은 특정 연구 및 탐사 요구를 수용하기 위해 고려될 수 있습니다.
UTA 1024-MUX 어댑터가있는 Vantage 256 시스템. 트랜스듀서는 Vermon이 만든 1024 요소 (32 x 32) 매트릭스 배열입니다.
높은 요소 카운트 트랜스듀서 및 높은 채널 카운트 빔 형성에는 조직 또는 재료의 볼륨에 대한 데이터 세트의 신속한 수집을 포함하여 많은 어플리케이션이 있습니다. 기존의 초음파 이미징은 단일선이나 평면을 따라 정보를 수집하는 반면 매트릭스 어레이는 볼륨 특성화로 인해 구조적 특성이나 생리적 이벤트의 변화를 특성화 할 수 있습니다. 예를 들어, 시각화가 단일 평면에 국한되지 않으면 응력하에 있는 구조물의 변형을 더 잘 이해할 수 있습니다. 마찬가지로 조직 내 관류의 정량 분석(wash-in, wash-out process)은 전체 용적을 평가해야 할 수도 있습니다. 기능적 이미징을 수행하는 연구원은 단일 비행기 뿐만 아니라 관심 영역 전체의 혈류 변화를 특성화 할 수 있기를 원합니다.
또 다른 응용 분야는 치료 연구를 위한 집중 초음파입니다. HIFU 분야에서 일하는 과학자들은 여러 평면에서 에너지를 전달할 뿐만 아니라 치료 조직에 인접한 조직이 어떻게 그 에너지에 반응하는지를 알고 싶어합니다. 채널 수가 많은 시스템에 의해 제어되는 높은 채널 수의 배열은 치료를위한 집중 초음파 및 안내 및 모니터링을 위한 일반적인 이미징을 용이하게 할 수 있습니다.
마지막으로, 수차 보정 분야에서 높은 채널 수의 시스템에 또 다른 잠재력이 있습니다. 종래의 2D 이미징에서, 평면 외 구조에 의해 생성된 반향(echo)으로 인해 종종 이미지 저하가 발생합니다. 이러한 구조는 보이지 않지만 생성된 인공물은 혼동을 일으키고 오도된 정보를 생성할 수 있습니다. 수차 보정에 대한 현재 기술은 평면내 구조로부터 발생하는 인공물을 처리할 수 있지만, 스캔 평면 외부에있는 구조로부터의 인공물은 처리할 수 없습니다. 높은 채널 수의 시스템에 의해 제어되는 매트릭스 어레이 변환기는 연구원이 이러한 인공물을 탐지하고 완화할 수 있는 기회를 제공합니다.
또 다른 응용 분야는 치료 연구를 위한 집중 초음파입니다. HIFU 분야에서 일하는 과학자들은 여러 평면에서 에너지를 전달할 뿐만 아니라 치료 조직에 인접한 조직이 어떻게 그 에너지에 반응하는지를 알고 싶어합니다. 채널 수가 많은 시스템에 의해 제어되는 높은 채널 수의 배열은 치료를위한 집중 초음파 및 안내 및 모니터링을 위한 일반적인 이미징을 용이하게 할 수 있습니다.
마지막으로, 수차 보정 분야에서 높은 채널 수의 시스템에 또 다른 잠재력이 있습니다. 종래의 2D 이미징에서, 평면 외 구조에 의해 생성된 반향(echo)으로 인해 종종 이미지 저하가 발생합니다. 이러한 구조는 보이지 않지만 생성된 인공물은 혼동을 일으키고 오도된 정보를 생성할 수 있습니다. 수차 보정에 대한 현재 기술은 평면내 구조로부터 발생하는 인공물을 처리할 수 있지만, 스캔 평면 외부에있는 구조로부터의 인공물은 처리할 수 없습니다. 높은 채널 수의 시스템에 의해 제어되는 매트릭스 어레이 변환기는 연구원이 이러한 인공물을 탐지하고 완화할 수 있는 기회를 제공합니다.
