超音波を用いた患部追跡型低侵襲癌治療システムの開発

像再生演算用のハードウェア(HW)実装を検討した。これまでの研究では1フレーム分の3次元画像データを出力するレイテンシ(待ち時間)は約1[sec/frame]であった。また、1秒間に演算出力可能な3次元画像の枚数(スループット)は約1.2[frame/sec]である。また従来の考え方でハードウェ化を行っても、最終的に要求仕様(30[frame/sec]以上)を満たせるようなHWを設計するのは困難なことが判明した。これは、受信データ全チャネル分のFFT演算が完了しない限り遅延・加算演算に取り掛かれない、また全チャネル分の遅延・加算演算が完了しない限り相互相関演算に取り掛かることができないためである。しかも演算の全体的なパイプライン化がなされていないため、SW処理のような逐次演算であり、HW実装のメリットである並列演算が十分できていないことも要因となっている。3次元超音波撮像の像再生演算向けのHWを設計するにあたり、より効率的な高速演算を図るべくシストリックアレイアーキテクチャへの実装を提案・検討した。そのために像再生の演算過程を再検討し、改良を加えた。その結果、1チャネル分のデータがFFT演算された順に次々とパイプライン化されたSystolic Arrayに投入できるため効果的な高速演算が可能となった。水槽内で化学反応をさせながら画像再構成を行うために画像再構成用アレイを組み込んだシステムを作製した。

像再生演算用のハードウェア(HW)実装を検討した。これまでの研究では1フレーム分の3次元画像データを出力するレイテンシ(待ち時間)は約1[sec/frame]であった。また、1秒間に演算出力可能な3次元画像の枚数(スループット)は約1.2[frame/sec]である。また従来の考え方でハードウェ化を行っても、最終的に要求仕様(30[frame/sec]以上)を満たせるようなHWを設計するのは困難なことが判明した。これは、受信データ全チャネル分のFFT演算が完了しない限り遅延・加算演算に取り掛かれない、また全チャネル分の遅延・加算演算が完了しない限り相互相関演算に取り掛かることができないためである。しかも演算の全体的なパイプライン化がなされていないため、SW処理のような逐次演算であり、HW実装のメリットである並列演算が十分できていないことも要因となっている。3次元超音波撮像の像再生演算向けのHWを設計するにあたり、より効率的な高速演算を図るべくシストリックアレイアーキテクチャへの実装を提案・検討した。そのために像再生の演算過程を再検討し、改良を加えた。その結果、1チャネル分のデータがFFT演算された順に次々とパイプライン化されたSystolic Arrayに投入できるため効果的な高速演算が可能となった。水槽内で化学反応をさせながら画像再構成を行うために画像再構成用アレイを組み込んだシステムを作製した。