醫(yī)療成像系統(tǒng)快速樣機(jī)制造指南

超聲波系統(tǒng)組件的集成

許多設(shè)計(jì)人員的應(yīng)用都要求盡可能地使用最高性能的 AFE，而 Diagnostic Sonar 公司則考慮使用 NI FlexRIO MDK 來圍繞最新的 AFE 構(gòu)建其自己的設(shè)計(jì)。但是，最終他們都意識(shí)到可以利用 TI 的 AFE5801 所提供的高性能來實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用。AFE5801 擁有 8 通道，可提供 –5Db 到 +31Db 的數(shù)控掃描增益。他們可以使用一種現(xiàn)貨適配器組件 NI 5752，其將四個(gè)這種 AFE 集成到一個(gè) 32 通道組件中，擁有 50 MS/s 的采樣速率和 12 比特分辨率。

在系統(tǒng)接收端使用現(xiàn)成組件為他們節(jié)省了大量的開發(fā)時(shí)間，這樣他們可以將其精力放在硬件設(shè)計(jì)方面：NI FlexRIO（同 NI 5752 配對(duì)使用）的 32 通道、高壓脈沖生成器組件。使用模塊化 FPGA 硬件進(jìn)行樣機(jī)制造，讓他們能夠迅速地生產(chǎn)出一臺(tái)可以工作運(yùn)行的樣機(jī)系統(tǒng)，并確定需要進(jìn)行哪些硬件改動(dòng)，原因是 I/O 從 FPGA 反端分離了出來。由于他們都使用了模塊化 FPGA 板構(gòu)建其設(shè)計(jì)，他們的樣機(jī)系統(tǒng)都只有 32 條通道，但對(duì)構(gòu)架進(jìn)行簡單的調(diào)整，便可以擁有 64 條、128 條、256 條甚至更多（需為 32 的倍數(shù)）同時(shí)用于收發(fā)的通道數(shù)目，集成多路傳輸功能，并且適應(yīng)于各種超聲波陣列。另外，通過將 FPGA 用于硬件式信號(hào)處理，他們的信號(hào)處理可以根據(jù)系統(tǒng)增加通道數(shù)目情況進(jìn)行調(diào)整，無需讓 CPU 限制系統(tǒng)的成像速率。

在軟件端，Diagnostic Sonar 公司一開始在主機(jī)上使用 LabVIEW 編制算法—包括波束生成、濾波和矯正等，并使用一種圖形用戶界面 (GUI) 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化。在樣機(jī)系統(tǒng)演示之后，他們便可以利用 LabVIEW FPGA 將算法移至 NI FlexRIO 板上的 FPGA，以進(jìn)一步提高信號(hào)處理性能。最后，Diagnostic Sonar 公司使用模塊化 FPGA 硬件和圖形軟件，創(chuàng)造出了一種高性能、多通道超聲波采集和處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以針對(duì)各種應(yīng)用進(jìn)行調(diào)整和定制。這些技術(shù)讓他們能夠?yàn)槠淇蛻籼峁└鞣N選項(xiàng)，可以提供一種可立即投入使用的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)配置，也可以向那些擁有系統(tǒng)集成能力的公司分開出售單個(gè)組件（例如：32 通道脈沖生成器、定制陣列連接和波束生成IP等）。

最終結(jié)果—可調(diào)和可定制的系統(tǒng)

Diagnostic Sonar 是一家小型公司，但是他們利用 FPGA 的信號(hào)處理能力和可重配置性以及 TI 超聲波AFE擁有的優(yōu)異模擬性能，制造出了一個(gè)可輕松調(diào)整和定制的超聲波系統(tǒng)。另外，他們利用現(xiàn)成定制硬件在非常短的時(shí)間內(nèi)（僅 3 個(gè)月）便完成了對(duì)初始系統(tǒng)的樣機(jī)論證工作。

總之，這種需求會(huì)不斷增長。各大醫(yī)療系統(tǒng)開發(fā)公司需要使用各種方法將下一代技術(shù)集成到其產(chǎn)品中，并且還要在上市產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)新的創(chuàng)新。Diagnostic Sonar 和許多其他公司都在使用同樣的設(shè)計(jì)方法，即利用 FPGA 和 AFE 幫助實(shí)現(xiàn)下一代成像系統(tǒng)的這些創(chuàng)新。