הדמאות 4D רפואיות באמצעות מחשוב הטרוגני

22 ספטמבר, 2021

רכיבי Xilinx heterogeneous Zynq UltraScale+ MPSoC וכלי פיתוח בשפה עלית דוגמת Vitis, מאפשרים ליישם מערכות הדמאה רפואיות מעשיות מסוג 4D

הכתבה בחסות Avnet Silica Israel

מערכות הדמאה רפואיות הן אחד מהכלים החשובים ביותר המסייעים באיבחון מחלות ואיתור תופעות לא סדירות בגוף החולה. הדמאות דו-מימד (2D) ותלת-מימד (3D) מספקות מידע רפואי חיוני באמצעות מערכות דו-מימדיות כמו אולטראסאונד ומערכות תלת-מימדיות כמו CT ו-MRI, אשר מייצרות תמונות מדוייקות של גוף האדם. אולם הופעתן של מערכות ארבע-מימדיות (4D) מביאה את עולם ההדמאה הרפואית אל שלב חדש, באמצעות אספקת תמונות נעות, כלומר אספקת מידע גם על ציר הזמן. כך למשל, הן מאפשרות לבצע ניתוח מקיף של מצב הנשימה, בעוד שמערכות MRI מספקות מידע חלקי רק על מחזורי הנשימה.

אלא שהיישום של מערכות 4D דורש עיבוד מאסיביים כדי לייצר את התמונה הדרושה. מערכת MRI כוללת שני מרכיבים מרכזיים: סורק אשר אוסף את המידע הגולמי, ומערכת שיחזור המפיקה ממנו תמונה ברת-הבנה. במהלך הסריקה, המערכת אוספת דגימות מידע במישור שהוגדר מראש. הדגימות האלה הן בעלות אופי משטחי (spatial) ונקראות דגימות במימד k-space domain. בשלב השיחזור, המכשיר מייצר מהדגימות האלה תמונה הניתנת להבנה.

האתגר המרכזי: עיבוד עתיר עוצמה בזמן אמת

כלומר מערכת ה-MRI צריכה לעמוד במספר תנאים: רזולוציה גבוהה, יחס נמוך מאוד של אות ורעש, וביצוע סריקה מהירה מאוד. מורכבות השיחזור תלויה בזוויות הסריקה. כך למשל, סריקה פשוטה במתכונת קרטזיאנית מספקת דגימות k-space המותאמות לגריד המאפשרות הפקה מהירה של תמונה באמצעות התמרת פורייה (Fast Fourier Transform). אולם סריקה לא קרטזיאנית, למשל סריקה בווקטור מעגלי, מייצרת דגימות k-space המיושרות בצירים בעלי תכונות מורכבות הדורשות הפעלת אלגוריתמים מיוחדים לשיחזור התמונה.

כיום, נדרשות מספר דקות ויכולת עיבוד גדולה להמרת הסריקות לתמונה יחידה. הדבר מקשה מאוד על ייצור הדמאות 4D והתקנה רחבת היקף של מערכות 4D. אומנם ניתן להדגים את האלגוריתם (לצורכי מחקר ופיתוח) באמצעות ביצוע מטלות העיבוד בחוות שרתים, אולם מערכת מעשית דורשת שעוצמת העיבוד תהיה מקומית. פתרון אפשרי אחד הוא באמצעות שימוש שבבים מיתכנתים (programmable SoCs) דוגמת Xilinx Zynq UltraScale+ MPSoCs בזכות השילוב של מעבדים חזקים ולוגיקה מתכנתת הפועלת במקביל.

במתכונת הזאת, הלוגיקה המתכנתת יכולה לשמש כממשק אל אותות ה-RF ואל ממירי ה-ADC כדי ללכוד את המידע המגיע מהסריקה. הדבר מאפשר שימוש בתבניות מידע מקביליות כדי לייצר במהירות אותות RF וללכוד אותות חוזרים באמצעות הלוגיקה המתכנתת, כאשר המעבד הפנימי מוקדש ליישומי ממשק משתמש, תקשורת עם מערכות מידע ועוד. כדי לסייע בפיתוח האלגוריתם המורכבים האלה, חברת Xilinx מספקת את מערכת Vitis הפועלת בשפה עלית אשר מאפשרת למהנדסים לפתח אלגוריתמים באמצעות שפות התכנות C/C++ או OpenCL, בלא צורך לעבוד על שפות תיאור חומרה (Hardware Description Level).

לסיכום, רכיבי Xilinx heterogeneous Zynq UltraScale+ MPSoC וכלי פיתוח בשפה עלית מאפשרים ליישם מערכות הדמאה רפואיות מעשיות מסוג 4D.

לפרטים נוספים:

איתמר קהלני, מנהל קו מוצרי Xilinx בחברת אבנט סיליקה, 054-5206287, [email protected]

Share via Whatsapp

פורסם בקטגוריות: חדשות , מכשור רפואי , סמיקונדקטורס

פורסם בתגיות: XILINX