Optoacoustic (OA) imaging has emerged as a powerful investigation tool, with demonstrated applicability in oncology, neuroscience, and cardiovascular biology. However, its clinical translation is limited with the existing OA systems, which often rely on bulky and expensive acquisition hardware mainly optimized for pulse-echo ultrasound (US) imaging. Despite the fact that OA imaging has different requirements for receive bandwidths and timing synchronization with external laser sources, there is a strong need for unified OA-US imaging platforms, as pulse-echo US remains the standard tool for visualizing soft tissues. To address these challenges, we propose a new data acquisition architecture for ultrafast OA and US imaging that fully covers the requirements for large channel counts, wide bandwidth, and software-defined operation. LtL combines state-of-the-art wideband analog front-ends, a Zynq UltraScale+ MPSoC integrating FPGA fabric with an Application Processing Unit, and a 100 GbE Remote Direct Memory Access (RDMA) backend enabling raw-data streaming at up to 95.6 Gb/s. The architecture avoids local buffers followed by burst transfers, which commonly constrain sustainable frame rate and recording intervals, thus achieving true continuous and sustained streaming of raw data. We validate the core elements of the LtL architecture using a 16-channel demonstration system built from commercial evaluation boards. We further verify the signal chain for up to 256-channel scalability, confirming the wide bandwidth capabilities to support state-of-the-art data transmission speeds.


翻译:光声成像已成为一种强大的研究工具,在肿瘤学、神经科学和心血管生物学等领域展现出应用潜力。然而,现有光声系统多依赖为脉冲回波超声成像优化的笨重且昂贵的采集硬件,限制了其临床转化。尽管光声成像对接收带宽及与外部激光源的时序同步具有不同要求,但由于脉冲回波超声仍是软组织成像的标准工具,对统一的光声-超声成像平台存在迫切需求。为应对这些挑战,我们提出了一种用于超快光声与超声成像的新型数据采集架构,全面满足大通道数、宽带宽及软件定义操作的要求。该架构融合了先进的宽带模拟前端、集成FPGA架构与应用处理单元的Zynq UltraScale+ MPSoC,以及支持原始数据流传输速率高达95.6 Gb/s的100 GbE远程直接内存访问后端。该架构避免了通常制约可持续帧率与记录时长的本地缓存加突发传输模式,实现了真正的原始数据连续稳定流式传输。我们使用基于商用评估板构建的16通道演示系统验证了该架构的核心组件,并进一步验证了信号链支持256通道的可扩展性,确认了其支持先进数据传输速率的宽带宽能力。

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