推動(dòng)下一代醫(yī)療成像系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵在哪里？

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。

數(shù)據(jù)采集卡對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾，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

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)、開發(fā)套件和參考設(shè)計(jì)。