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Obiettivi

Il  progetto  proposto  si  pone  come  obiettivo  il progresso delle tecniche ad ultrasuoni e lo sviluppo di metodi di imaging innovativi, promuovendo l'uso di sistemi diricerca aperti e riconfigurabili congiuntamente a sonde ad alta tecnologia. Il progetto sarà suddiviso in 3 Work-Packages (WPs) e porterà allo sviluppo di:
 
WP1) Una piattaforma di ricerca ad ultrasuoni allo stato dell'arte
Sarà  progettata  e  realizzata  una  nuova  piattaforma  ecografica  avanzata e riconfigurabile (ULA-OP 256), in grado di controllare direttamente  fino a 256 canali intrasmissione  e  ricezione  (TX-RX)  connessi  a  sonde  lineari  o  matriciali,  realizzate  su  silicio  con tecnologia Capacitive Micromachined Ultrasound Transducers(cMUT) o con materiale piezoelettrico. ULA-OP  256  supporterà  modalità  programmabili  funzionanti  in  tempo  reale.  Saranno  utilizzabili  strategie  e  algoritmi innovativi di beamforming (ad esempio, multi-beam,  parallel  beam,  plane-wave  imaging,  ecc).  Sarà  possibile  eccitare  il  trasduttore con  forme d'onda arbitrarie attraverso amplificatori di potenza linearispecificamente progettati in questo progetto. Sarà  garantito  l'accesso ai  dati  grezzi  in  qualsiasi  punto  della  catena  di  ricezione,  compresi,  in particolare, i dati acquisiti da ciascun elemento della sonda. Pur garantendo  un'elevata  capacità  computazionale  e  di  memorizzazione,  grazie  all'uso estensivo di  elettronica  di  fascia  alta, particolare attenzione sarà prestata all'integrazione  dell'elettronica  in  un numero limitato di schede, al fine di non compromettere la trasportabilità del sistema verso i laboratori di ricerca e centri clinici nazionali o internazionali. Lo  sviluppo  di  questo  nuovo  sistema  sarà  basato sull'esperienza  acquisita con  l'attuale  versione  di  ULA-OP  64,  una  piattaforma  aperta  a  64 canali che, pur caratterizzata da funzionalità più limitate, è attualmente utilizzata per il test di molti metodi innovativi ad ultrasuoni da parte di una rete internazionale di 13 laboratori.
 
WP2) Sonde innovative a matrice cMUT
Le   sonde   realizzate   in   tecnologia   cMUT   rappresentano  una  delle  innovazioni  più  interessanti  del  settore.  La  tecnica  di  fabbricazione,  tipica  dei  sistemi micro-electro-mechanical  system  (MEMS),  assicura  una naturale integrazione con l'elettronica sopra il substrato e non impone significative limitazioni alle possibili geometrie del trasduttore e quindi fa delle cMUT la soluzione ideale per la realizzazione di innovative sonde a matrice 2D. Basandosi  sull'esperienza  acquisita  nello  sviluppo  di matrici cMUT che sono state utilizzate con successo su macchine commerciali e, più recentemente, anche con ULA-OP 64, sarà realizzata una sonda matriciale a 256 elementi per essere usata con ULA-OP 256. L'attuale processo di fabbricazione  sarà ottimizzato. Nonostante il numero di elementi sia sufficiente solo per scansioni di piccoli volumi, la nuova sonda fornirà un'indicazione delle prestazioni ottenibili con matrici più ampie.
 
WP3) Metodi ed applicazioni innovative
Grazie  alla  struttura  aperta  di  ULA-OP  64  (nei  primi  due  anni)  e  di ULA-OP 256 con la sonda matriciale cMUT (nel terzo anno), verranno sviluppati e validati sperimentalmente  nuovi  metodi  pilota volti  ad affrontare problemi medici rilevanti (come la  caratterizzazione e la gestione dell'arterosclerosi carotidea preclinica ed avanzata  e  la  diagnosi  differenziale  dei  noduli  tiroidei).  In  particolare saranno effettuati studi emodinamici non invasivi per la stima della funzionalità endoteliale (Flow  Mediated  Dilation),  la  stima  dell'accoppiamento  artero-ventricolare  (Wave separation analysis), la valutazione delle proprietà meccaniche locali delle pareti carotidee  e  la  misura  del volume  e  della  vulnerabilità  delle  placche.  Saranno  sviluppati  metodi  specifici  di  elaborazione  dell'immagine  basati su GPU per la caratterizzazione non invasiva del tessuto di noduli benigni e maligni. Si  sfrutterà  la  flessibilità della piattaforma aperta per una promettente applicazione non medica con vari potenziali benefici, ovvero l'ottimizzazione delle tecniche di beamforming per il miglioramento delle immagini ad US 3D al fine del riconoscimento biometrico della mano umana.
 
Tutti  i  risultati  di  questo  progetto,  inclusi  la piattaforma aperta e le sonde matriciali cMUT, saranno disponibili per l'intera comunità scientifica, seguendo lo stesso approccio  già  impiegato  con  successo  per ULA-OP  64.  Un  obiettivo  collaterale  del progetto sarà quindi l'espansione ed il rafforzamento di una rete di laboratori Europei  impegnati nella ricerca nel campo degli US. Questo predisporrà le condizioni per l'avvio di nuove collaborazioni e per un fruttuoso scambio di conoscenze tra le parti coinvolte, inclusi numerosi ricercatori giovani ed entusiasti.
 
Il  progetto  è  spiccatamente multidisciplinare, combina diverse tecnologie chiave, e punta a migliorare la salute ed il benessere con sistemi ad US avanzati e dal costo contenuto, nel pieno e totale accordo con le priorità di Horizon 2020.
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