infrredx加速了首个血管内成像系统的FPGA开发

挑战

加速FPGA的图像和信号处理算法的实现,用于血管内成像装置

解决方案

与MathWorks咨询服务合作,使用Simulink和HDL编码器对设备进行建模、仿真、验证和生成VHDL代码金宝app

结果

  • 开发时间缩短了几个月
  • HDL代码效率提高
  • 收购内部FPGA实施技能

“MathWorks咨询服务帮助我们在Simulink中建模我们的信号和图像处理管道,运行仿真来验证它产生了高质量的图像,然后在fpga上实现设计,同时确保我们获得了专业知识来进行下金宝app一次的工作。”

约翰•贝克Infraredx
TVC成像系统用户界面,具有横向IVUS,化学图和纵向IVUS的可视化工具。

患有脂质核心斑块(LCP)的患者更容易受到冠状动脉疾病(CAD),发达国家等杀手如美国。为了帮助心脏病学家检测LCP,Infaredx开发了TVC Imaging System™。TVC成像系统是唯一用于LCP检测的FDA批准的医疗设备。它将近红外光谱(NIRS)与单个冠状动脉导管中的血管内超声(IVUS)结合在一起,以提供有关血管组成和结构的信息。

infrredx聘请MathWorks咨询服务公司,利用MATLAB加速TVC成像系统中IVUS信号和图像处理算法的开发和FPGA实现®,仿金宝app真软件®和HDL编码器™。“关于我们与MathWorks咨询服务合作的第一个项目,我们通过为我们的核心IVUS算法生成HDL来削减开发时间,”Infraredx的主要成像科学家志华河博士说。“更重要的是,顾问通过使用Simulink和HDL编码器教导我们如何加速FPGA对未来项目的实施。”金宝app

挑战

infraredx通过手写英特尔的HDL代码实现了其IVUS系统的第一个版本®(以前的Altera.®)气旋FPGA。虽然代码是可操作的,但手工编码并不是一个可行的长期解决办法。Infraredx团队依靠一个承包商来实现对HDL的增强和修复。这种安排减缓了研究进度,使得红外线科学家无法快速评估算法的新想法。此外,最初的实现消耗了FPGA上几乎所有的乘法器和其他资源,几乎没有为改进的滤波器和Infraredx计划的其他功能留下空间。

“我们有能力开发图像处理和信号处理算法,但我们缺乏在FPGA上实施它们的HDL熟练程度,”Infraredx的主要电气工程师Dave Erickson说。“外部公司愿意帮助,但他们想从开始完成我们的工作。我们的目标是在内部开发专业知识,以便我们自己可以做到这项工作。“

解决方案

InfraRedx与MathWorks咨询服务合作,以加快下一代IVUS系统的开发和FPGA实现。MathWorks顾问提供了培训,使Infaredx工程师和科学家能够在未来的产品版本上使用Simulink和HDL编码器。金宝app

红外线科学家和工程师在MATLAB中开发了他们的初始算法。由Infraredx科学家和MathWorks咨询服务组成的团队基于这些算法创建了一个Simulink模型,使用Simulink模块来实现FIR滤波器、I金宝appIR滤波器以及信号和图像处理管道的其他元素。他们进行了仿真,并将Simulink模型的输出与MATLAB算法产生的输出进金宝app行了比较,验证了该模型。

使用定点设计器™,他们将浮点Simulink模型转换为定点,并执行位真仿真来评估精度调整对图像质量的影响。金宝app

该团队向Infraredx管理层演示了验证过的模型。在这个里程碑,管理层承诺使用HDL编码器的FPGA实现。

为了在Cyclone FPGA上实现设计,团队生成了VHDL®代码从Simulink模型与金宝appHDL编码器。然后,他们优化了模型,添加多个同步时钟,以最有效地利用可用的FPGA资源。

通过与MATLAB仿真结果的比较,验证了FPGA实现。

在独立工作之后,红外科学家和工程师完成了IVUS系统的第三个版本,包括更高的图像分辨率,增加深度穿透,增强组织特征。该小组目前正在使用Simulink和HDL编码器来继续改进金宝appTVC成像系统。

结果

  • 开发时间缩短了几个月.“我们的IVUS处理管道的第一个版本花了六个月的时间来开发,”贺建奎说。“使用Sim金宝appulink和HDL编码器,第二代在三个月内完成,第三代在六周内完成。”

  • HDL代码效率提高.生成的HDL使用与手写的HDL相同数量的乘法器,同时使用9%较少的逻辑和3%更少的内存。“HDL编码器使我们能够添加大量功能 - 包括两倍的过滤器 - 仍然适合同一FPGA的设计,”Infraredx的主要软件工程师John Beck说。

  • 收购内部FPGA实施技能.“随着MathWorks咨询服务的帮助,我们的算法开发人员和图像处理专家现在知道如何在FPGA上落实他们的想法,”Erickson说。“模拟Simulink中的设计变更是一个巨大的优势,生成HDL,并在30分钟内实时测试。”金宝app