Polscy badacze opracowują innowacyjny ultrasonograf

Podstawowa różnica pomiędzy opracowywaną w Zakładzie Ultradźwięków platformą USG, a rozwiązaniami stosowanymi do tej pory, to odmienny sposób podejścia do akwizycji i przetwarzania danych. Specjalnie powołany Zespół Projektowania Systemów Elektronicznych i Cyfrowego Przetwarzania Sygnałów pod kierownictwem dr. Marcina Lewandowskiego chce bowiem zapewnić dostęp do danych surowych, czyli ech ultradźwiękowych i przejść z hardwarowego przetwarzania sygnału na softwarowe. Projekt unijny o wartości ponad 22,6 mln PLN realizowany przez zespół utworzony w strukturach Zakładu Ultradźwięków Instytutu Podstawowych Problemów Techniki Polskiej Akademii Naukrozpoczął się w 2009 roku i zaplanowany jest do jesieni bieżącego roku. „Diagnostyczna aparatura ultradźwiękowa - nowe metody badania i obrazowania struktury tkankowej narządów człowieka” to przedsięwzięcie, którego efekty mogą przydać się nie tylko w medycynie, ale także w przemyśle. – Aby naukowcy mogli rozwijać nowe metody nadawania, odbioru ultradźwięków i obrazowania, badacze muszą korzystać z danych surowych. I właśnie umożliwienie takiego dostępu było ideą leżącą u podłoża projektu – mówi dr Marcin Lewandowski. – W normalnych ultrasonografach dostęp do danych surowych jest znacznie ograniczony lub w ogóle go nie ma. Wynika to z faktu, że w istniejących na rynku urządzeniach przetwarzanie danych odbywa się głównie metodami sprzętowymi. Tradycyjna konstrukcja ultrasonografów zakłada jak najszybsze przetworzenie danych i ich zapomnienie, bo jest ich zwyczajnie za dużo. Widok nowo opracowanego 32-kanałowego modułu akwizycji. Innowacyjność projektu polega na zaimplementowaniu zupełnie nowej architektury akwizycji sygnałów ultradźwiękowych i użycia procesorów graficznych do ich dalszego przetwarzania. Powstająca platforma USG ma mieć budowę modułową. Inżynierowie z ZU IPPT PAN tak skonstruowali system, by tam, gdzie to możliwe skorzystać z gotowych rozwiązań. – Robimy tę elektronikę, której nie można kupić, czyli tor nadawczy i odbiorczy sygnałów ultradźwiękowych oraz moduły akwizycji. Natomiast cały dalszy tor przetwarzania z komputerami wbudowanymi i kartami graficznymi jest „z półki”, bo korzystamy z dostępnych na rynku procesorów GPU, czyli NVIDIA i AMD – mówi Marcin Lewandowski i zaznacza, że moc obliczeniowa procesorów graficznych rośnie z dnia na dzień i dzisiaj jest na tyle duża, że można już dane uzyskiwane podczas badań ultrasonograficznych przetwarzać w czasie rzeczywistym softwarowo. Postęp technologiczny dotyczący procesorów graficznych, który miał miejsce w ostatnich latach, otworzył zupełnie nowe możliwości przed projektantami z Zakładu Ultradźwięków. – Naszym założeniem było skonstruowanie urządzenia badawczego, które przyda się jako narzędzie dla grup naukowców pracujących nad zastosowaniem ultradźwięków. Natomiast dzięki temu, że możliwości przetwarzania softwarowego na procesorach GPU i innych procesorach wielordzeniowych tak bardzo wzrosły, okazało się, że można już myśleć o budowie urządzeń komercyjnych opartych na naszej architekturze. Platforma USG, która powstaje w ramach POIG – Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka, będzie urządzeniem o dużych gabarytach i prądożernym. Jednocześnie jednak, w ramach grantu z programu Lider Narodowego Centrum Badań i Rozwoju powstaje prototyp małego, przenośnego ultrasonografu, który też korzysta z przetwarzania na procesorach GPU i umożliwia dostęp do pełnych danych ultradźwiękowych. – Ta mała platforma wydaje się na tyle interesująca, że współpracujemy z producentem ultrasonografów w Polsce, firmą Echo-Son, która na tyle uwierzyła w przyszłość tej technologii, że razem wystąpiliśmy o kolejny grant. Dofinansowanie byłoby przeznaczone na wdrożenie do polskich aparatów małej platformy ultradźwiękowej zbudowanej na wzór naszej platformy USG. Zainteresowanie producenta z branży medycznej jest dobrym sygnałem, ale także przemysł może skorzystać z rozwiązań polskich naukowców. Marcin Lewandowski podkreśla, że nowa platforma USG ma olbrzymi potencjał do zastosowań w badaniach ultradźwiękowych w przemyśle, czyli tzw. badań nieniszczących. – Bardzo dużo gałęzi przemysłu ma obowiązek przeprowadzania w trakcie produkcji czy eksploatacji badań nieniszczących różnego rodzaju elementów. Dotyczy to przykładowo łopatek turbin, konstrukcji poszycia samolotów, czy torów kolejowych. Niezwykle popularne są tu właśnie metody ultradźwiękowe. Prace nad platformą USG są już bardzo zaawansowane. Jeśli chodzi o elektronikę, to gotowa jest już strona odbiorcza i przetwarzanie, a prace nad torem nadawczym mają się ku końcowi. W projekcie na stałe uczestniczy około 20 osób, w tym studenci, doktoranci i współpracownicy zewnętrzni. - Podsumowując, głównym plusem rozwiązania opracowywanego przez zespół pod kierownictwem Marcina Lewandowskiego jest przejście z architektury przetwarzania hardwarowego na softwarowe, w którym zapewniony jest dostęp do pełnych danych. Taki system umożliwia stosowanie różnego rodzaju algorytmów i stosunkowo prostą ich modyfikację, co przy metodach sprzętowych jest trudne, bądź wręcz niemożliwe. – Dostęp do pełnych danych umożliwia realizację nowych algorytmów obrazowania, które do tej pory w ogóle nie były stosowane w ultrasonografach. Nasze urządzenie to „platforma”, bo jest to zupełnie otwarty system, pozwalający na łatwe wprowadzanie modyfikacji – podsumowuje Marcin Lewandowski. --- Zdjęcia pochodzą ze strony © us4us.eu poświęconej projektom związanym z zastosowaniem ultradźwięków