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Performance und Produktivität für erstklassige medizinische Bildgebungsgeräte der nächsten Generation
AMD hat die ersten medizinischen Bildgebungsbibliotheken für das Vitis™ Unified Software Environment in der Version 2022.2 eingeführt. Mit einer Reihe von verfügbaren Optionen – von Bausteinen auf Ebene 1 bis hin zu einem kompletten Ultraschall-Beamformer auf Ebene 3 – können Kunden ihre medizinischen Bildgebungsprodukte schneller auf den Markt bringen. Unsere Softwarebibliotheken, die Dokumentation und das Beispielkonzept zeigen Ihnen, wie Sie ein solches Konzept mit Versal™ Chips mit KI-Engines erstellen. Hersteller medizinischer Bildgebungsgeräte können ihre eigenen Algorithmen mithilfe grundlegender Bausteine auf Ebene 1 und einer High-Level-Programmiersprache schnell implementieren.
Hersteller von Ultraschallgeräten können mit den Bibliotheken der Ebene 2 ihre eigenen Algorithmen mithilfe einer High-Level-Programmiersprache bereitstellen, um eine schnelle Markteinführung zu erzielen. Unsere Toolbox der Bibliotheksebene 2 enthält alle Funktionen und Beispiele für die Konstruktion eines benutzerdefinierten High-Performance-Ultraschall-Beamformers. Bibliotheksebene 3 stellt eine vorgefertigte Anwendung mit einem voll funktionsfähigen Beamformer bereit. Weitere Einzelheiten zu verschiedenen Bibliotheksebenen finden Sie in späteren Abschnitten.
Ultraschall-Referenzdesign
Die Vitis Accelerated Libraries für medizinische Bildgebung werden im UltraFast™ Referenzdesign der nächsten Generation verwendet, das auf Ebene 3 der Bibliotheken zu finden ist. Dieses Referenzdesign stellt einen Paradigmenwechsel in der medizinischen Bildgebung dar: Benutzer können von der normalen sequenziellen Bilderfassung zur parallelen Bilderfassung der gesamten Ebene wechseln und dabei entweder sphärische oder ebene Wellen verwenden. So können sie überall im erfassten Bild optimal fokussierte Bilder erstellen, 3D/4D-Bilder in extrem hoher Qualität liefern und Tausende von Bildern pro Sekunde erhalten.
AMD ACAP-Plattformen, wie die AI Core- und die AI Edge-Serie mit ihrer KI-Engine-basierten Architektur, sind in der Lage, einen Beamformer mit 128 aktiven Elementen und 200 Auflösungszeilen auf einem einzigen Chip zu liefern. Er nutzt dazu Algorithmen, die auf synthetischer Apertur oder ebenen Wellen basieren. Gleichzeitig erzielt er Scanraten von mehreren Hundert bis Tausenden von Bildern pro Sekunde – in Bereichen wie der kardialen oder abdominalen Bildgebung bis hin zur Darstellung kleiner Strukturen.
Vitis™ AI Engine-Bibliotheken für medizinische Bildgebung – Funktionen und Organisation
Die Vitis AI Engine-Bibliotheken für medizinische Bildgebung sind eine Sammlung konfigurierbarer Elemente, die zur Entwicklung verschiedener medizinischer Anwendungen auf Versal AI Engines verwendet werden können. Diese Open-Source-Bibliotheken sind für gezielte DSP-Anwendungen geeignet, darunter Ultraschall-Beamforming, CT-Bildrekonstruktion, MRT-Bildrekonstruktion mit 2D-FFT, Gradientenprozessorsteuerung für MRT-Magnete, Bildverarbeitung auf abgetasteten/digitalisierten Daten aus Eingaben auf Röntgenstrahlen, EKGs und mehr. Die hier bereitgestellten Bibliotheken wurden getestet und sind für den Betrieb auf der Versal ACAP VCK190-Platine (Produktionsversion) vorgesehen.
Die aktuelle Version unterstützt die grundlegenden Bausteine der Ebene 1 für verschiedene medizinische Bildgebungsanwendungen bis hin zu einem vollständigen Referenzdesign für die Konstruktion eines hochwertigen Ultraschall-Beamformers. Es umfasst:
- BLAS-Unterstützung (NumPy-ähnlich)
- Grundlegende DSP-Unterstützung (z. B. Fensterungsfunktionen für Apodisation)
- Interpolation (Spline-Interpolation)
- Ein vollständiger medizinischer Ultraschall-Beamformer, der alle oben genannten Funktionen verwendet
Die Bibliotheken sind in drei verschiedene Ebenen strukturiert:
L1: Die niedrigste Abstraktionsebene (besteht aus einfachen BLAS-Vorgängen). Diese Vorgänge stellen eine C++-Implementierung der Open-Source-NumPy-Bibliothek dar. Die L1-Bibliothek unterstützt sowohl arithmetische Operationen als auch einige Vektormanipulationsoperationen.
L2: Die Funktionseinheiten des Beamformers (können durch die Erstellung von L1-Bibliotheken abgerufen werden).
Die L2-Ebene der Ultraschallbibliothek besteht aus den mathematischen Komponenten, die für das Beamforming der RF-Daten benötigt werden. Im Gegensatz zu den L1-APIs handelt es sich bei diesen Komponenten um AIE-Graphen und nicht mehr nur um einzelne Kernels. Somit wird die Abstraktionsebene gegenüber der L1-Ebene erhöht.
L3: Ein vollständiges Beamforming-Design
Die letzte Abstraktionsebene ist ein vollständiger Beamformer, der aus den Einheiten der Ebene L2 besteht. Es werden drei Arten von Beamformern bereitgestellt: Synthetische Apertur (SA), ebene Welle (Plane Wave, PW) und ScanLine.
Das L3-Diagramm zeigt einen Beispielalgorithmus für einen PW-Beamformer.
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L2-Beispiel
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L3-Beispiel