Enclustra瑞蘇盈科FPGA核心板在4K醫(yī)療內(nèi)窺鏡中的應用

前言

隨著技術的發(fā)展，醫(yī)學影像作為科學技術的主要成就之一，在無創(chuàng)診斷和治療領域已經(jīng)有了多種應用。其中一個應用是內(nèi)窺鏡，在20世紀90年代，當利用電荷耦合裝置將圖像傳輸?shù)斤@示器上成為可能時，內(nèi)窺鏡變得更加廣泛。為了幫助醫(yī)生更好地識別和定位病灶，廠商不斷提高內(nèi)窺鏡的分辨率，人體醫(yī)療內(nèi)窺鏡的分辨率從1080P逐漸發(fā)展到如今的4K。除此之外，熒光和3D技術都被創(chuàng)造性地加入，以進一步幫助醫(yī)生更準確地診斷人體并進行手術。日前，工信部在《醫(yī)療裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃 (2021-2025年) 》中，對醫(yī)療裝備重點發(fā)展、突破方向作了詳細規(guī)劃，其中包含了要重點突破醫(yī)用內(nèi)窺鏡等影像診斷設備的戰(zhàn)略目標。

技術挑戰(zhàn)

在臨床環(huán)節(jié)中，內(nèi)窺鏡應用允許的最大圖像延遲在50至150毫秒之間。然而，對于外科手術來說，內(nèi)窺鏡需要實時或接近實時地做出反應，同時執(zhí)行圖像校正、色彩噪聲修復、邊緣增強、縮放等功能。此外該應用的終端應該盡量小巧，顯示具備4K清晰度，3D，熒光并支持SDI/HDMI接口。4K只需要一個高清攝像頭，而熒光和3D分別需要額外的一個高清攝像頭，這也對核心板資源、數(shù)據(jù)傳輸和處理速率、算法效率提出了挑戰(zhàn)。

解決方案

以Enclustra FPGA SoC為核心技術的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)可以做到實時4K視頻流。4K圖像傳感器負責捕捉圖像信息，而圖像的信號處理則由Enclustra的Mercury+ XU8 FPGA（SoC）模塊完成。捕獲的視頻流被送入Mercury+ XU8 FPGA（SoC）模塊進行圖像預處理，然后通過圖像管理和存儲單元，將處理后的高清圖像通過顯示接口呈現(xiàn)在高清顯示器上供外科醫(yī)生觀看。瑞蘇盈科長期占據(jù)賽靈思首頁的Mercury+ XU8核心板提供XCZU4CG、XCZU5EV、XCZU7EV三個型號，用戶在需要更多資源時可選擇更高端的型號，升級換代簡單便捷。

水星Mercury+XU8核心板

結構框圖

除了Enclustra Mercury+ XU8 FPGA (SoC)，還有其他的SoC可以考慮用來實現(xiàn)這一應用，例如Mercury+ XU5, Mercury+ XU9。使用Enclustra Mercury+ XU8 FPGA (SoC)模塊可以實現(xiàn)硬件系統(tǒng)的高度集成，大大縮短開發(fā)時間。同時，通過支持各種外圍接口，可以更加快速方便的實現(xiàn)未來的功能更新和擴展。由于瑞蘇盈科龐大的產(chǎn)品序列，用戶可在Xilinx Kintex-7、Zynq-7000、Zynq Ultrascale+ MPSoC等系列的多款核心板模塊中進行選擇。瑞蘇盈科的核心板模塊在其系列（火星Mars、水星Mercury、仙女座Andromeda）內(nèi)與其他大部分核心板管腳兼容，這意味著用戶還可以規(guī)劃明確的升級路徑，升級換代時所付出的工程量大大減小，甚至可以在項目開發(fā)的過程中臨時更改核心板型號。瑞蘇盈科的FPGA核心板模塊最低預期生命周期為10年以上，同時在設計硬件時著重考慮產(chǎn)品前瞻的可用性和性能，所有產(chǎn)品均可長期交付。

核心板模塊系列