Space-Time Compressed Sampling Techniques for Integrated Ultrasound Imaging System-on-a-Chip

集成超声成像片上系统的时空压缩采样技术

基本信息

  • 批准号:
    10727224
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 18.6万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-07-01 至 2026-06-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY The rapidly growing needs of portable and wearable ultrasound imaging systems call for compact, energy- efficient integration of ultrasound front-end electronics. On-chip data reduction and digitization are crucial aspects to bridge the gap between the high-performance imaging requirements and the stringent constraints in power, physical size and interconnects. The classic methods of analog micro-beamforming and time-domain multiplexing suffer from undesirable trade-offs of losing raw RF data or low frame rate, prohibiting their usage for many important emerging imaging modalities such as high frame rate plane wave imaging and correlation- based modalities such as shear wave elastography. This proposal seeks to explore a new approach for efficient ultrasound electronics integration that allows access to pre-beamformed RF data with manageable digital data rates and uncompromised imaging speed, through studying the application of compressed sensing (CS) to ultrasound imaging at the integrated circuit level. The PI and Co-I propose to develop a novel CS framework that performs spatial and temporal compression of full channel RF data compression together with the analog-to- digital conversion, enabling concurrent reduction on the data volume, sampling rate, and circuit footprint. A prototype CS digital ultrasound SoC containing on-chip ADCs and data links and fully compatible with potentially catheter-based reduced cable imaging will be designed, implemented, and benchmarked against conventional imaging systems. The long-term goal of this exploratory research program is to lay the foundations for next generation integrated front-end circuits for medical ultrasound imaging, providing the important theories, models, circuit techniques, as well as the design space and limitations for emerging portable and wearable systems.
项目概要 便携式和可穿戴超声成像系统的需求快速增长,需要紧凑、节能的系统 超声前端电子设备的高效集成。片上数据缩减和数字化至关重要 方面弥合高性能成像要求与严格限制之间的差距 功率、物理尺寸和互连。模拟微波束形成和时域的经典方法 多路复用会遭受丢失原始 RF 数据或低帧速率的不良权衡,从而禁止其使用 对于许多重要的新兴成像方式,例如高帧率平面波成像和相关- 基于模式,例如剪切波弹性成像。该提案旨在探索一种高效的新方法 超声电子集成,允许通过可管理的数字数据访问预波束形成的射频数据 通过研究压缩传感 (CS) 的应用,可以提高成像速度和不受影响的成像速度 集成电路级超声成像。 PI 和 Co-I 建议开发一个新颖的 CS 框架 执行全通道射频数据压缩的空间和时间压缩以及模拟到 数字转换,可同时减少数据量、采样率和电路占用空间。一个 原型 CS 数字超声 SoC 包含片上 ADC 和数据链路,并且完全兼容潜在的 基于导管的简化电缆成像将被设计、实施并与传统的基准进行比较 成像系统。该探索性研究计划的长期目标是为下一步奠定基础 新一代医学超声成像集成前端电路,提供重要的理论、模型、 电路技术,以及新兴便携式和可穿戴系统的设计空间和限制。

项目成果

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