Architecture d'un processeur dédié aux traitements de signaux ultrasoniques en temps réel en vue d'une intégration sur puce

Cette thèse se rapporte à la conception d'une nouvelle architecture d'un système d'appareils d'imagerie médicale par ultrasons (IMU); nous proposons une architecture matérielle d'un processeur dédié au prétraitement de signaux ultrasoniques en temps réel, qui intègre un cœur (core) de traitement, un module d'interpolation et un module d'assignation de priorités qui permet de partager le bus de données d'une mémoire à faible consommation d'énergie. Ce processeur dédié représente une contribution importante aux efforts visant à l'intégration complète d'un système de prétraitement de signaux ultrasoniques à l'intérieur d'une sonde qui fait partie des appareillages ultrasoniques conventionnels ainsi qu'à la mise en œuvre d'un nouveau type d'appareil d'IMU sans fil. La littérature des deux dernières décennies présente diverses approches visant à miniaturiser la technologie de l'IMU. Plusieurs auteurs proposent des solutions en matière d'intégration des circuits frontaux ou de matérialisation de nouveaux algorithmes de traitement des signaux ultrasoniques. Les efforts de recherche dans ce domaine sont propulsés par l'intérêt grandissant des marchés et par le développement de nouvelles applications qui bénéficient de la miniaturisation de cette technologie. De plus, les performances grandissantes des circuits intégrés programmables tels que les FPGA offrent les caractéristiques appropriées pour la mise en œuvre de nouveaux systèmes d'IMU.

Abstract

This Ph.D. thesis is related to the design of a new architecture of ultrasound medical imaging (UMI) system. We propose a fully hardware-based processor dedicated to real-time ultrasonic signal processing, which incorporates a preprocessing core, a low-power memory, an interpolation unit, and a priority assignment unit. This Ph.D. thesis represents an important contribution towards the complete integration of an ultrasound preprocessing system within the probe and the implementation of a new type of wireless UMI device. During the last two decades, several UMI system miniaturization approaches have been presented in the literature. Some Authors proposed their front-end circuit integration and introduced hardware-based ultrasound signal processing units based on new algorithms. Research efforts in this area are driven by the increasing industrial interest on miniaturized UMI devices and by the development of new applications that benefit from the miniaturization of this technology. Moreover, the increasing performance of programmable circuits, such as FPGA, offers appropriate characteristics for the implementation of new UMI systems. Most UMI system architectures found in the literature are based in whole or in part on a software implementation that uses a central processing unit (CPU) or a digital signal processor (DSP). This software approach provides flexibility and facilitates the implementation of processing algorithms which are becoming ever more effective and complex. However, to provide real-time ultrasound image processing, these systems require high-power consumption or are too large for a complete system integration on a single chip (SoC).