《電子技術(shù)應(yīng)用》
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推動(dòng)下一代醫(yī)療成像系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵在哪里?

2021-09-14
來(lái)源:英特爾FPGA

  X射線和超聲等診斷成像系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用了數(shù)十年,,而隨著包括計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT),、核磁共振成像(MRI)以及核或者正電子輻射斷層掃描(PET)等醫(yī)療系統(tǒng)的興起,,由于其診斷成像系統(tǒng)非常復(fù)雜,需要處理大量的圖像,,促使生產(chǎn)商不斷引入更先進(jìn)的功能,,并提高性能。

  半導(dǎo)體在開(kāi)發(fā)這些前沿的診斷成像系統(tǒng)中扮演了重要角色,。隨著密度,、靈活性和性能的提高,當(dāng)今的可編程邏輯具有芯片系統(tǒng)(SoC)功能,,推動(dòng)了下一代成像系統(tǒng)的發(fā)展,。

  為什么醫(yī)療系統(tǒng)需要FPGA

  如下圖所示,,這是一個(gè)典型的診斷成像系統(tǒng)包括三類卡:數(shù)據(jù)采集,、數(shù)據(jù)合并和圖像/數(shù)據(jù)處理卡。

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  數(shù)據(jù)采集卡對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾,,是系統(tǒng)卡中性價(jià)比最高的,。一個(gè)診斷成像系統(tǒng)一般會(huì)包括多個(gè)數(shù)據(jù)采集卡(在某些應(yīng)用中,一個(gè)系統(tǒng)高達(dá) 20 個(gè)卡),。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償和過(guò)濾后,,被發(fā)送至數(shù)據(jù)合并卡,進(jìn)行緩沖和數(shù)據(jù)對(duì)齊,。對(duì)于 CT 和 PET 掃描器,,其探測(cè)器圍繞人體旋轉(zhuǎn),數(shù)據(jù)被串化,,通過(guò)滑動(dòng)環(huán)機(jī)電部件進(jìn)行傳送,。數(shù)據(jù)采集完畢后,被發(fā)送到圖像/數(shù)據(jù)處理卡中,。這些卡完成任務(wù)繁重的過(guò)濾和需要大量算法的圖像重構(gòu)工作。完成后,,一般會(huì)在一個(gè)單板計(jì)算機(jī)(SBC)上完成最終的成像和縮放功能,,并進(jìn)行顯示。

  對(duì)于采集和處理卡,,在做出組件選擇之前,,客戶需要考慮幾項(xiàng)因素:例如,取決于每一系統(tǒng)的通道數(shù)量,,以及所需要的分辨率,,客戶可以選擇:

  貨架模擬組件,或者將模擬功能集成到 ASIC 中,;

  二維(2D)或者三維(3D)成像,;

  在處理卡和 SBC 之間劃分圖像處理功能,;

  用于算法加速的面向 OpenCL? 的英特爾?  FPGA SDK。

  可編程解決方案:為圖像處理而來(lái)

  為診斷成像設(shè)備設(shè)計(jì)人員提供了他們喜歡的解決方案,。對(duì)于成本敏感性數(shù)據(jù)采集卡,,英特爾?  Cyclone?  FPGA 和英特爾?  Arria?  FPGA 系列現(xiàn)在能夠提供豐富的數(shù)字信號(hào)處理(DSP)模塊,與其他經(jīng)過(guò)成本優(yōu)化的 FPGA 系列相比,,單位邏輯單元(LE)的價(jià)格最低,,是很好的候選方案。

  英特爾?  Stratix?  FPGA 系列適用于數(shù)據(jù)合并和圖像處理卡,。這些系列設(shè)備滿足了設(shè)計(jì)人員對(duì)靈活性,、性能、集成和設(shè)計(jì)資源的需求,,這是其他解決方案所不具備的,。英特爾?  Stratix?  FPGA 系列使用了高性能架構(gòu),加速了基于模塊的設(shè)計(jì),,顯著提高了系統(tǒng)性能,。這包括高性能 DSP 模塊、嵌入式內(nèi)存,、952,000個(gè)邏輯單元(LE),,以及靈活的 I/O 標(biāo)準(zhǔn)。英特爾?  Stratix?  FPGA 系列能夠連接 DDR3,、RLDRAM II,、FCRAM、QDRII,、DDR,、QDR 和 SRAM 等外部?jī)?nèi)存。英特爾?  Stratix?  FPGA 系列還提供多千兆位串行收發(fā)器技術(shù),,能夠在滑動(dòng)環(huán)和背板上傳送高速數(shù)據(jù),。

  特性豐富的 SoC 設(shè)備系列和 Nios?  II 嵌入式處理器以難以置信的低價(jià)格實(shí)現(xiàn)了前所未有的靈活性和性能。對(duì)于輔助卡的電機(jī)控制功能,,SoC 和 Nios?  II 處理器能夠用于替代主微控制器,。圖像處理卡使用FPGA設(shè)備,嵌入式 Nios?  II CPU 或者 SoC 結(jié)合 DSP 模塊作為協(xié)處理器,,可以替代一個(gè)或者多個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器,,顯著降低了成本。采用面向 OpenCL 的英特爾?  FPGA SDK,,軟件編程人員現(xiàn)在很容易將算法功能加速卸載到 FPGA 中實(shí)現(xiàn),,充分發(fā)揮產(chǎn)品能夠及時(shí)面市的設(shè)計(jì)流程的優(yōu)勢(shì)。

  此外,,英特爾還為診斷成像功能提供大量相關(guān)的知識(shí)產(chǎn)權(quán),、開(kāi)發(fā)套件和參考設(shè)計(jì),。




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