为什么医疗系统需要FPGA

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。

英特尔 Stratix FPGA 系列适用于数据合并和图像处理卡。这些系列设备满足了设计人员对灵活性、性能、集成和设计资源的需求，这是其他解决方案所不具备的。英特尔 Stratix FPGA 系列使用了高性能架构，加速了基于模块的设计，显著提高了系统性能。这包括高性能 DSP 模块、嵌入式内存、952，000个逻辑单元（LE），以及灵活的 I/O 标准。英特尔 Stratix FPGA 系列能够连接 DDR3、RLDRAM II、FCRAM、QDRII、DDR、QDR 和 SRAM 等外部内存。英特尔 Stratix FPGA 系列还提供多千兆位串行收发器技术，能够在滑动环和背板上传送高速数据。

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、开发套件和参考设计。责任编辑：haq