張輝：基于FPGA實現(xiàn)低成本、小體積PET系統(tǒng)

4月26日，中國國際醫(yī)療電子技術大會（CMET2011）第三站在北京國家會議中心隆重召開。清華大學醫(yī)學院生物醫(yī)學工程系張輝博士以“FPGA在醫(yī)學成像設備中的應用”為題發(fā)表了精彩的演講，以下為演講摘錄：

隨著醫(yī)療成像系統(tǒng)不斷追求更高的性能，傳統(tǒng)的模擬及分立器件越來越難以滿足系統(tǒng)設計的要求，而采用數(shù)字信號處理技術DSP、FPGA已成為了必然的選擇。好處顯然易見，無論是從系統(tǒng)的集成度還是成本、性能上來看，都給設計人員提供了一些新技術平臺。在這個平臺上，設計人員可以做一些創(chuàng)新性的技術和設備——便攜式超聲設備的發(fā)展，就是一個很好的例證。

DSP和FPGA器件已經(jīng)在超聲、X光、CT、核磁等醫(yī)療設備中得到了廣泛的應用，在PET中也可以得到好的應用。PET是一個相對較新的成像技術，它在上世紀60、70年代開始出現(xiàn)，在上世紀90年代在臨床上得到了大規(guī)模的應用。這個設備目前仍然比較昂貴，在美國的購買價格達100美元到200萬美元。雖然它很貴，但是它在臨床中間仍然得到了非常廣泛的應用。因為其在癌癥診斷和治療方面具備其他方式無可替代的一些作用。據(jù)統(tǒng)計，美國現(xiàn)在有7500臺PET設備，而中國市場，據(jù)官方統(tǒng)計是300臺PET設備，所以中國的PET設備還存在非常大的市場空間。

過去，PET的很多電子系統(tǒng)環(huán)節(jié)都是靠模擬或者是分立器件實現(xiàn)的，在采用數(shù)字化技術之后，PET電子系統(tǒng)的絕大部分環(huán)節(jié)可以采用單片的FPGA來實現(xiàn)。張輝表示：“我們做醫(yī)學影像設備很多年，以前我們做FPGA喜歡自己寫代碼，所以我們當時算進度是以半年為單位算進度，這是一件非常痛苦的事情。我們現(xiàn)在用了這個工具，將開發(fā)周期縮短到以月為單位來安排進度，大大縮短了我們研發(fā)的周期。”

PET至今已有幾十年的歷史，發(fā)展到現(xiàn)在無論是在技術上還是在商業(yè)模式上已經(jīng)有了一套成熟的模式。如何突破創(chuàng)新？張輝表示，PET設備的體積非常龐大，價格也非常昂貴，如何縮小它的體積以及壓縮成本是設計人員的著眼點。

“我們研發(fā)出世界上首款基于桌面的PET成像系統(tǒng)。”張輝表示，“為什么我們能把這個系統(tǒng)做得如此之?。坑幸粋€很重要的原因——我們在電子學這一塊采用了基于FPGA的高集成度解決方案，所以該PET設備的電子學系統(tǒng)非常簡單，就是一塊FPGA的板和一塊CPU的控制板。”

該系統(tǒng)雖然非常小，但在性能上沒有打絲毫折扣，它在性能上與傳統(tǒng)設備在各方面都具備一定可比性，在報價上也非常便宜。“這個設備在美國的報價是20萬美金，在中國可以做到20萬元人民幣。”張輝表示。