張輝：基于FPGA實(shí)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(shù)大會（CMET2011）第三站在北京國家會議中心隆重召開。清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系張輝博士以“FPGA在醫(yī)學(xué)成像設(shè)備中的應(yīng)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(shè)計的要求，而采用數(shù)字信號處理技術(shù)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(shè)計人員提供了一些新技術(shù)平臺。在這個平臺上，設(shè)計人員可以做一些創(chuàng)新性的技術(shù)和設(shè)備——便攜式超聲設(shè)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(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用，在PET中也可以得到好的應(yīng)用。PET是一個相對較新的成像技術(shù)，它在上世紀(jì)60、70年代開始出現(xiàn)，在上世紀(jì)90年代在臨床上得到了大規(guī)模的應(yīng)用。這個設(shè)備目前仍然比較昂貴，在美國的購買價格達(dá)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(yīng)用。因?yàn)槠湓诎┌Y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(shè)備，而中國市場，據(jù)官方統(tǒng)計是300臺PET設(shè)備，所以中國的PET設(shè)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(shí)現(xiàn)的，在采用數(shù)字化技術(shù)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(shí)現(xiàn)。張輝表示：“我們做醫(yī)學(xué)影像設(shè)備很多年，以前我們做FPGA喜歡自己寫代碼，所以我們當(dāng)時算進(jìn)度是以半年為單位算進(jìn)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(jìn)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(shù)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(shè)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(shè)計人員的著眼點(diǎn)。

“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)做得如此之小？有一個很重要的原因——我們在電子學(xué)這一塊采用了基于FPGA的高集成度解決方案，所以該P(yáng)ET設(shè)備的電子學(xué)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(shè)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(shè)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。