基于MPSOC的医用内窥镜方案

一朵奇葩阳

       在医疗影像技术领域，内窥镜作为一种重要的医疗检查工具，扮演着至关重要的角色。不过之前这一领域一直长期被国外的医疗巨头霸占，中国的内镜厂商在这两年国家的政策扶持下，也慢慢地崭露头角。

                                   （ 2023年数据，来自器械之家）
       医用内窥镜的种类非常多，可以按照用途分类：耳鼻喉镜，宫腔镜，泌尿镜，肾盂镜，关节镜，肠胃镜，支气管镜等等。可以按照使用的标准不同分为 一次性镜子和重复性镜子。当然也可以按照镜体材质分类：硬镜和软镜。

                                      （ 2023年数据，来自器械之家）

        其中硬镜的结构相对简单，制作起来相对容易一些，所以国内最先卷入这个市场的就是硬镜。下面我们来看看硬镜的结构。前面主要是一个光导管，成像sensor在后面，所以它的尺寸要求没有那么严格。

        相对于软镜，它就复杂的多。成像sensor在前端，所以对sensor尺寸要求非常高，当然图中给出的是重复性肠胃镜的镜体前端图像，如果是耳鼻喉镜，虽然镜体也是软的，但是没有这么复杂。

        因为有了尺寸的限制，sensor就非常小，过小的尺寸带来 了性能的牺牲。在人体内部，光线不足，sensor必须对光线足够敏感，于是带来了不必要的噪音，但是具有诊断功能的肠胃镜，又要求图像必须越清晰越好。如此，各个厂家之间就有了算法的较量。
       不仅如此，各个厂家还加入了各自的特色，比如都使用了照度更强的激光光源，既然都用上了激光光源，那么窄带光就必不可少了，于是窄带成像（NBI）技术成为了医用内窥镜的一大特色。

（starizona  展示的NBI光谱）

聚谱成像（spectralfocused imaging，SFI）及光电复合染色成像（variableintelligent stainingtechnology，VIST）  开立HD550成像技术

内窥镜不仅仅在结构，光源上有着特殊要求，并且在成像的 ISP算法上也是有着特殊的要求。因为各个厂商都有自己的专利壁垒，所以抄袭肯定是行不通的，于是就需要有一套自主知识产权的 NBI 光谱，有了这么一套特殊的NBI光谱，就需要一套自主知识产权的 ISP 成像算法。
        支持这种定制化开发的需求的，必然是FPGA的首选了。因为ASIC方案缺陷明显：
     1，目前流行的海思，RK，TI的方案，ISP模块是固定的，还有自身算力的限制，还不足以开发定制化 ISP 算法。
      2，各自的 ISP 算法模块并不丰富，成像质量差强人意。
      3，ASIC方案里面目前支持 4k的。。。。。（不知道谁在做）
       以上种种，导致在高端医疗内窥镜领域FPGA还是无可替代的存在。或者是方案升级，图像质量升级，也会从asic转向 FPGA平台。（什么？医疗板子在意多花了2k块钱 ！那你想错了）

       MPSOC的优势就是可以支持 ISP定制化，根据医疗场景定制化的 ISP 让图像更加清晰，噪点更少。举例：
      比如血管增强算法，在人体内，由于人体组织的特殊性，会导致图像整体偏红，这时需要通过算法将组织的整体红润的视感过滤，可以处理后不仅不能把血管的部分也一起过滤了，还需要增强血管的显示。

       去雾，也是医用内窥镜常用的算法之一，因为人体是有温度的，镜体在人体内会出现雾气冷凝的现象。下图图一是一个非常微弱的雾气，图二就是重度雾气的现象。这些都需要通过算法来处理。

      同时，MPSOC 支持流畅的运行Linux系统，可以方便用户自定义GUI的开发，又因为采用 EV系列FPGA自带的压缩编解码，可以实现实时SATA存储。
       MPSOC体积较小，功能强大。一颗芯片可以完成 ISP定制化，视频存储，GUI 界面支持等诸多功能。所以为便携式医疗处理器开辟了新的方案，并且由于FPGA的资源丰富，还可以兼容多种镜体，在输出高质量的图像的同时，实现一个处理器可以接入多种镜体的通用性需求。4EV soc 支持分辨率最高到 4k 60，向下兼容 1080p的ov2740，720p的 ov9734，或者更小尺寸的ov6946.  

             

        

    

       如果一个图像处理器，可以将所有的镜体兼容进去，对于产品来说，仅这一点也是一个不错的升级了。当然这个想法已经有很多公司都付之于实践了，比如最近比火热的 UroViu优威医疗 就在干这个事情。他们在一个图形处理器下，兼容了四种镜体。将这个小小的手柄利用到了极致。

       当然他们目前的镜子分辨率不高，相信往后的发展医疗图像分辨率会越来越高，而且不同的应用场景对ISP 的需求也是各不相同，MPSOC将是这个领域的不可替代的存在，各个大厂也在这个方向上布局了。