Danske forskere bygger verdens kraftigste ultralydscanner

Det er intet mindre end et elektronisk monster, som DTU Elektro og elektronikvirksomheden Prevas de seneste syv år har arbejdet på udvikle. Men resultatet er så også blevet verdens kraftigste ultralydscanner, der blandt andet kan lave meget præcise billeder i 3D.

»Der findes ikke forskningsscannere andre steder med så mange kanaler og heller ikke andre forskningsscannere, der er så fleksible som denne her. Der findes andre forskningsscannere, men de kan ikke behandle en tilsvarende datamængde eller indeholder samme processeringskraft, så den er en størrelsesorden større, end det der findes,« siger professor på DTU Elektro dr.techn. Jørgen Arendt Jensen til elektronikbranchen.dk.

»Scanneren er udviklet til at kunne lave 3D-ultralyd, og for at kunne det skal man bruge over 1.000 ultralydtransducerelementer, og når der kommer over 1.000 signaler ud i MHz-området, der skal samples, så genereres der 140 GB data i sekundet,« uddyber han.

Scanneren er opbygget af 320 Virtex-4 FPGA'er fra Xilinx, og selve konstruktionen af scanneren har det dansk/svenske udviklingshus Prevas stået for.

Scanneren er ikke lige sådan en, man møder hos radiologen, men fylder som to amerikanerkøleskabe og har et strømforbrug på 10 kilowatt.

»Vi bruger scanneren til at udvikle nye ultralydmetoder. Vi har blandt andet i samarbejde med B-K Medical udviklet en ny teknik til at finde blodets hastighed i kroppen, hvor man kan måle blodets strømning i alle retninger, hvor man nu kun kan måle det i én retning,« siger Jørgen Arendt Jensen

Med den nye scanner kan klinikere og forskere se 3D-billeder af, hvad der foregår inde i kroppen, mens det sker.

»Fordelen ved ultralyd er, at du ser billedet med det samme. Man kan presse på karret og se, hvordan det påvirker flowet, så det er betydeligt mere interaktivt end eksempelvis en CT-scanner. Hertil kommer så, at vi ikke bruger ioniserende stråling, der kan være farligt for patienterne, men ultralyd, der ikke er farligt,« forklarer forskeren.

Svært at finde et 20-lags printkort

Udfordringer har der været nok af, når man skal bygge verdens største ultralydscanner.

»Alene datamængderne er en gigantisk udfordring. Vi anvender 20-lags printkort og bare at finde en leverandør har været en udfordring. Og så sidder der omkring 1,5 million linjer VHDL-kode i FPGA'erne og et par hundrede tusinde linjer C-kode, så det har også taget tid,« uddyber han.

Konstruktionen af den nye scanner er sket i samarbejde med B-K Medical og Rigshospitalet og har fået støtte fra Forskningsrådet for Teknologi og Produktion og Højteknologifonden på 44 mio. kr., og resultatet af anstrengelserne vil blandt andet være nye og mere avancerede scannere til anvendelse i klinisk sammenhæng.

»Indikationen er, at vi vil få bedre ultralydbilleder i 3D. Vi vil få skarpere billeder og kunne få dem hurtigere. Vi kommer til at se mere komplette billeder af, hvad der foregår i en patient, mens det sker,« lyder forventningen fra Jørgen Arendt Jensen.

BK Medical har igennem en meget lang årrække sponseret og arbejdet tæt samme med Center for Hurtig Ultralydbilleddannelse (CFU) på DTU omkring avanceret billeddannelse inden for ultralyd.

»Udfordringen for teknologien, der kaldes syntetisk apertur beamforming, har hidtil ikke været kommercielt muligt at bringe på markedet, idet de underliggende algoritmer er så beregningstunge, at det ikke har kunnet realiceres inden for de økonomiske rammer af en kommerciel ultralydscanner til medicinsk brug. Men med den eksponentielle udvikling af processeringskraft inden for både GPU, CPU og FPGA'er - og med økonomisk bistand fra Højteknologifonden - er BK Medical nu i en situation, hvor vi inden for en meget overskuelig periode vil bringe denne banebrydende teknologi på markedet i både high-end/premium-systemer samt i mere aggressivt prissatte systemer,« fortæller adm. dir. i BK Medical, Jesper Lomborg Manigoff, der også peger på vigtigheden af den afgørende støtte til projektet fra Højteknologifonden.

Også professor Jørgen Arendt Jensen er glad for støtten.

»Nu er vi færdige med at bygge, nu skal vi til at bruge maskinen og se, om vi kan realisere de løfter, som vi er kommet med,« siger han.