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Medizin-Algorithmen

Ultraschnell, Ultraschall

18. August 2022, 11:46 Uhr | Subh Bhattacharya, AMD

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Demonstration unter Real-Bedingungen

AMD-Xilinx hat auf der 107. Jahrestagung der Radiologischen Gesellschaft Nordamerikas (RSNA) in Chicago Ende 2021 die komplette Leistungsfähigkeit eines Ultraschall-Beamformers unter realen Bedingungen gezeigt. Der Demonstrator verwendet das Versal AI Core Series VCK190 Entwicklungsboard, das mit einer AMD-Workstation verbunden ist. Für das Rendering des Bildes wurde eine Dell Alienware-Workstation mit dem AMD-Grafikprozessor RX6900XT ausgewählt. Die Ultraschalldaten werden in Echtzeit von einer drahtlosen Sonde geliefert, um die genaue Leistung zu zeigen, oder sie können auch mit einem Simulator wie dem Field II geliefert werden, der von den meisten Wissenschaftlern der Ultraschallbildgebung verwendet wird, um die Algorithmen mit einem Referenzbild zu validieren.

Für die Demonstration wurden Leistungsbenchmarks für den 'UltraFast'-basierten Beamformer sowohl für den adaptiven Versal-SoC als auch für einen konkurrierenden Grafikprozessor ermittelt und erstellt. Die Daten wurden für zwei Anwendungen gezeigt, für die Bildgebung des Abdomens und für die Bildgebung von Kleinteilen. Die für das Versal-Gerät verwendete Softwareumgebung ist Vitis 2021.2 (mit Unterstützung für zukünftige Versionen) und CUDA für den Grafikprozessor.

Die Tabellen 1 und 2 fassen die Leistungsergebnisse in fps (Frames pro Sekunde) für einen einzelnen Beamformer mit 64 aktiven Elementen und 200 Auflösungszeilen für den adaptiven Xilinx Versal SoC, die GPU RTX 2020 (Nvidia) und für einen PC mit i7-Prozessor (Intel) zusammen.

Die Ergebnisse der linearen Interpolation und der Interpolation mit angepassten Filtern werden sowohl für 32-Gleitkomma- (FP32) als auch für 16-Ganzzahl-Datentypen (Int16) dargestellt. Wie die obigen Zahlen zeigen, kann die Versal-Plattform nicht nur einen vollständigen Beamformer mit "UltraFast"-Techniken implementieren, sondern übertrifft auch eine Gaming-GPU und einen PC erheblich. Die Ergebnisse zeigen einen 44-fachen Unterschied bei der linearen Interpolation für Ganzzahlen und einen 27-fachen Unterschied bei Fließkommaberechnungen in einigen der kritischen Algorithmen gegenüber der GPU. Bei der Catmull-Rom-Spline-Interpolation, die zu den am schwierigsten zu implementierenden Algorithmen gehört, konnte der Versal seinen Leistungsvorteil gegenüber dem Grafikprozessor von 91 auf 160 Mal steigern.

Mit dieser neuen Technologie kann nun ein einziger eingebetteter SoC-Baustein einen kommerziell nutzbaren Echtzeit-Ultraschall-Beamformer mit 'UltraFast'-Algorithmen ermöglichen. Dies wird neue Möglichkeiten für die Diagnose kritischer Krankheiten schaffen, indem es die Möglichkeit bietet, überall im Bild optimal fokussierte Bilder zu erhalten und Tausende von Bildern pro Sekunde zu erhalten, was zu einer hohen Bildqualität und Genauigkeit führt. (uh)

Über AMD-Xilinx
Xilinx, jetzt Teil von AMD, ist ein wichtiger Technologielieferant für die Gesundheits- und Medizintechnikbranche. Xilinx Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) und adaptive System-on-Chips (SoCs) sind heute in den meisten wichtigen Anwendungen mit medizinischen Geräten, die eingebettete Elektronik verwenden, entscheidende Komponenten für die Datenverarbeitung. Die innovativen adaptiven Computing-Plattformen des Unternehmens bringen einen Mehrwert für eine Vielzahl von Modalitäten wie medizinischen Ultraschall, digitales Röntgen, CT-, MR- und PET-Scanner sowie für diagnostische, chirurgische und weitere klinische Geräte.

Über AMD-Xilinx

Xilinx, jetzt Teil von AMD, ist ein wichtiger Technologielieferant für die Gesundheits- und Medizintechnikbranche. Xilinx Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) und adaptive System-on-Chips (SoCs) sind heute in den meisten wichtigen Anwendungen mit medizinischen Geräten, die eingebettete Elektronik verwenden, entscheidende Komponenten für die Datenverarbeitung. Die innovativen adaptiven Computing-Plattformen des Unternehmens bringen einen Mehrwert für eine Vielzahl von Modalitäten wie medizinischen Ultraschall, digitales Röntgen, CT-, MR- und PET-Scanner sowie für diagnostische, chirurgische und weitere klinische Geräte.