低侵襲手術 (MIS) の普及により、内視鏡は外科手術の改善に欠かせないものとなりました。一般的な内視鏡システムは、光源付きカメラヘッド、カメラ制御ユニット、および画像管理ユニットで構成されています。カメラと光源を備えた内視鏡を挿入して、関心領域の画像を撮影します。
内視鏡を用いた外科手術では、リアルタイムまたはリアルタイムに近い応答が要求され、その後、画像強調やスケーリング操作が行われます。内視鏡システムの様々な相互接続と処理タスクは、複数の異なるロジック・デバイスによって処理されます。これらのデバイスのインターフェース要件が異なるため、汎用性の高い相互接続ソリューションが必要となります。従って、汎用性と高帯域幅を両立させることは、システム・コンポーネントとデバイスに大きな負担を強いることになります。
医療診断機器の大手プロバイダーが、カメラからの入力データを処理し、ほぼリアルタイムで2つの異なるモニターに表示できる強力なFPGAプラットフォームの要件をiWave社に持ちかけた。処理プラットフォームは、さまざまな構成の高解像度および4K可視化手術用ディスプレイをサポートする能力を備えている必要があります。
内視鏡システムの主な課題
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複数のディスプレイ インターフェースをサポート (SDI/HDMI/DP/DVI/LCD/USB)
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最大4K解像度までのビデオスケーリング
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ほぼリアルタイムのビデオキャプチャと画像分析
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HDMI x 2、SDI x 2、DVI x 2、DP x 2
ソリューションのハイライト
上記の課題と要件を考慮して、iWave社 は Xilinx Zynq UltraScale+ MPSoC ZU7CG SoMをベースにしたシステム・オン・モジュールを提案しました。
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FPGA: ZU7CG システム・オン・モジュール (iW-RainboW-G30M)
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カスタムハードウェアの設計と開発
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ディスプレイの種類に応じて入力ストリームをカスタマイズする
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ディスプレイモニタとネットワークへの柔軟な接続
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プロトコルの使用に制限はありません
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リアルタイムビデオキャプチャとストリーミング
適応性の高いZU7CGシステム・オン・モジュール（SoM）は、カメラヘッド上のデュアル4Kイメージセンサをサポートし、毎秒60フレームの速度でセンサから高速生画像をキャプチャします。ビデオストリームは、1つ以上のFPGA SoCデバイス（ZU7CG SoM）に供給され、画像の前処理を行い、ストリームは、外科医が見るためのモニタ上のディスプレイインターフェースを使用して、ほぼリアルタイムで表示されます。カメラコントロールユニットが画像、色、ノイズの補正を行います。
ZU7CG SoMの組み込みプロセッサは、カメラからの生データの取り込みから、術野の鮮明な画像を提供するための手術用ディスプレイへの送信まで、すべての機能を処理します。Zynq UltraScale+ MPSoC SoMは、HDMI、SDI、DVI、LCD、DP、USBなど、さまざまなインターフェースを同時にサポートしています。これらのインターフェイスはペアでサポートされており、患者の両側にいる外科医が、反対側に配置されたディスプレイ・モニターにアクセスしてデータを表示できるようになっています。
SoCのFPGAベースのシステム・オン・モジュールは、その最先端の処理技術により、これらの製品への採用が大幅に増えています。内視鏡検査に必要なリアルタイム、低レイテンシー、高帯域幅の計算集約的機能を提供する完全な設計環境を提供します。その結果、困難で高価なPCBレベルの物理的接続の必要性を大幅に低減します。
iWave社は、カスタム・ハードウェアの設計と開発、RTL開発、およびPetalinux開発を完全に担当し、設計サイクルを短縮しました。ハードウェア、ソフトウェア、FPGAを中心とした包括的なエコシステムが提供され、お客様は最終製品の開発に迅速に着手することができました。
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