中国国际医疗器械设计与制造技术展览会(Medtec China)2021

专注于为医疗器械研发与生产服务

2022年8月31-9月2日 | 上海世博展览馆1&2号馆

为什么医疗系统需要FPGA

2021-10-29

X 射线和超声等诊断成像系统已经应用了数十年,而随着包括计算机断层扫描(CT)、核磁共振成像(MRI)以及核或者正电子辐射断层扫描(PET)等医疗系统的兴起,由于其诊断成像系统非常复杂,需要处理大量的图像,促使生产商不断引入更先进的功能,并提高性能。

半导体在开发这些前沿的诊断成像系统中扮演了重要角色。随着密度、灵活性和性能的提高,当今的可编程逻辑具有芯片系统(SoC)功能,推动了下一代成像系统的发展。

为什么医疗系统需要FPGA

如下图所示,这是一个典型的诊断成像系统包括三类卡:数据采集、数据合并和图像/数据处理卡。

数据采集卡对输入数据进行过滤,是系统卡中性价比最高的。一个诊断成像系统一般会包括多个数据采集卡(在某些应用中,一个系统高达 20 个卡)。对数据进行补偿和过滤后,被发送至数据合并卡,进行缓冲和数据对齐。对于 CT 和 PET 扫描器,其探测器围绕人体旋转,数据被串化,通过滑动环机电部件进行传送。数据采集完毕后,被发送到图像/数据处理卡中。这些卡完成任务繁重的过滤和需要大量算法的图像重构工作。完成后,一般会在一个单板计算机(SBC)上完成最终的成像和缩放功能,并进行显示。

对于采集和处理卡,在做出组件选择之前,客户需要考虑几项因素:例如,取决于每一系统的通道数量,以及所需要的分辨率,客户可以选择:

货架模拟组件,或者将模拟功能集成到 ASIC 中;

二维(2D)或者三维(3D)成像;

在处理卡和 SBC 之间划分图像处理功能;

用于算法加速的面向 OpenCL 的英特尔 FPGA SDK。

可编程解决方案:为图像处理而来

为诊断成像设备设计人员提供了他们喜欢的解决方案。对于成本敏感性数据采集卡,英特尔 Cyclone FPGA 和英特尔 Arria FPGA 系列现在能够提供丰富的数字信号处理(DSP)模块,与其他经过成本优化的 FPGA 系列相比,单位逻辑单元(LE)的价格最低,是很好的候选方案。

特性丰富的 SoC 设备系列和 Nios II 嵌入式处理器以难以置信的低价格实现了前所未有的灵活性和性能。对于辅助卡的电机控制功能,SoC 和 Nios II 处理器能够用于替代主微控制器。图像处理卡使用FPGA设备,嵌入式 Nios II CPU 或者 SoC 结合 DSP 模块作为协处理器,可以替代一个或者多个数字信号处理器,显著降低了成本。采用面向 OpenCL 的英特尔 FPGA SDK,软件编程人员现在很容易将算法功能加速卸载到 FPGA 中实现,充分发挥产品能够及时面市的设计流程的优势。

此外,英特尔还为诊断成像功能提供大量相关的知识产权、开发套件

来源:英特尔FPGA