用户故事

Infraredx加速FPGA开发首款血管内成像系统

挑战

加速用于血管内成像设备的图像和信号处理算法的FPGA实现

解决方案

与MathWorks Consulting Services一起使用Simulink和HDL Coder为设备建模、模拟、验证和生成VHDL代码万博1manbetx

结果

  • 开发时间缩短了几个月
  • HDL代码效率提高
  • 具备内部FPGA实现技能

MathWorks咨询服务公司帮助我们在Simulink中对信号和图像处理管道进行建模，运行模拟以验证其产生的图像质量，然后在fpga上实现设计——这一切都确保我们获得了下次自己完成万博1manbetx工作的技术诀窍。”

约翰·贝克，红外dx
TVC成像系统用户界面，具有用于横向IVUS，化学图和纵向IVUS的可视化工具。
TVC成像系统用户界面，具有用于横向IVUS，化学图和纵向IVUS的可视化工具。

有脂质核心斑块(LCP)的患者更容易患冠状动脉疾病(CAD)，这是美国等发达国家的头号杀手。为了帮助心脏病专家检测LCP, Infraredx开发了TVC成像系统™。TVC成像系统是fda批准的唯一用于LCP检测的医疗设备。它结合近红外光谱(NIRS)和血管内超声(IVUS)在单个冠状动脉导管提供血管组成和结构的信息。

Infraredx与MathWorks Consulting Services合作，利用MATLAB在TVC成像系统中加速IVUS信号和图像处理算法的开发和FPGA实现®,仿万博1manbetx真软件®和HDL Coder™。“在我们与MathWorks Consulting Services合作的第一个项目中，我们通过为我们的核心IVUS算法生成HDL，将开发时间缩短了一半，”Infraredx首席成像科学家何志华博士说。“更重要的是，顾问们教会了我们如何通过使用Simulink和HDL Coder来加速FPGA在未来项目中的实现。”万博1manbetx

挑战

Infraredx通过为英特尔手写HDL代码实现了IVUS系统的第一个版本®(原阿尔特拉®)旋风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方案。Infraredx团队依靠一个承包商来实现对HDL的增强和修复。这种安排减缓了开发速度，使Infraredx科学家无法快速评估算法的新想法。此外，最初的实现几乎消耗了FPGA上所有的乘法器和其他资源，几乎没有留下任何空间来改进Infraredx计划的滤波器和其他功能。

“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上实现它们的HDL熟练程度，”Infraredx的首席电气工程师Dave Erickson说。“外部公司愿意帮助我们，但他们想从头到尾为我们做工作。我们的目标是在公司内部开发专业技术，这样我们就可以自己动手了。”

解决方案

Infraredx与MathWorks Consulting Services合作，加速下一代IVUS系统的开发和FPGA实现。MathWorks顾问提供培训，使Infraredx工程师和科学家能够在产品的未来版本中使用Simulink和HDL Coder本身。万博1manbetx

Infraredx的科学家和工程师在MATLAB中开发了他们最初的算法。Infraredx的科学家团队和MathWorks Consulting Services基于这些算法创建了一个Simulink模型，使用Simulink万博1manbetx块实现FIR滤波器、IIR滤波器和信号和图像处理管道的其他元素。他们进行了仿真，并通过将Simulink模型的输出与MATLAB算法产生的输万博1manbetx出进行比较，验证了该模型。

他们使用定点设计器(fixed -point Designer™)将浮点的Simulink模型转换为定点，并执行位真模拟来评估万博1manbetx精度调整对图像质量的影响。

该团队向Infraredx管理层演示了经过验证的模型。在这个里程碑上，管理层承诺使用HDL Coder来实现FPGA。

为了在Cyclone FPGA上实现设计，团队生成了VHDL®用HDL Coder编写Si万博1manbetxmulink模型的代码。然后，他们优化了模型，添加了多个同步时钟，以最有效地利用可用的FPGA资源。

小组通过将FPGA的输出与MATLAB仿真结果进行比较，验证了FPGA的实现。

Infraredx的科学家和工程师独立工作，然后完成了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 Coder继续万博1manbetx改进TVC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6个月的时间开发，”贺建奎说。使用Simu万博1manbetxlink和HDL Coder，第二代程序在3个月内完成，第三代程序在6周内完成。”

  • HDL代码效率提高．生成的HDL使用了与手写HDL相同数量的乘数，同时减少了9%的逻辑和3%的内存。Infraredx的首席软件工程师John Beck说:“HDL Coder使我们能够增加大量的功能——包括两倍多的滤波器——并且仍然适合我们的设计在同一FPGA上。”

  • 具备内部FPGA实现技能．“在MathWorks咨询服务的帮助下，我们的算法开发人员和图像处理专家现在知道如何在FPGA上实现他们的想法，”Erickson说。在Simulink中模拟设计更改，生成HDL，并在30分钟内在FPGA上实时测试，这是一个巨大的优势。”万博1manbetx

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