في السنوات الأخيرة ، كانت مصفوفات البوابات القابلة للبرمجة الميدانية (FPGAs) تُحدث رواجًا كبيرًا في صناعة التكنولوجيا ، مع قدرتها على توفير حلول حوسبة عالية الأداء للمشكلات المعقدة. من الأسلحة الدقيقة إلى أنظمة الاتصال المتقدمة ، أصبحت FPGAs بسرعة حلًا سريعًا للصناعات التي تتطلع إلى تعزيز قدراتها.
ولكن ربما يكون أحد المجالات الأكثر إثارة التي تحدث فيها FPGAs فرقًا هو الطب ، حيث هم تُستخدم لتصميم التقنيات المتطورة التي تغير طريقة تصميمنا للطب معدات.
دعونا نرى لماذا أصبحت FPGAs بارزة في مجال الطب.
ما هي FPGAs ولماذا هي مهمة؟
صفائف البوابة القابلة للبرمجة الميدانية (FPGAs) عبارة عن دوائر متكاملة يمكن برمجتها وإعادة برمجتها لأداء وظائف مختلفة ، مما يجعلها متعددة الاستخدامات ومفيدة لمجموعة واسعة من التطبيقات. تتكون FPGA من صفيف من الكتل المنطقية القابلة للتكوين ، كل منها يحتوي على مجموعة من جداول البحث ، flip-flops ومكونات المنطق الرقمي الأخرى التي يمكن برمجتها لتنفيذ أي منطق رقمي وظيفة.
إنها تقنية مهمة أحدثت ثورة في مجال الإلكترونيات الرقمية ، مما يوفر مرونة وبديل فعال من حيث التكلفة للدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات المصممة خصيصًا (ASICs) و المعالجات الدقيقة.
على عكس ASICs ، المصممة لوظيفة معينة ولا يمكن تغييرها بمجرد أن تكون كذلك يمكن إعادة برمجة FPGAs الملفقة حسب الحاجة لأداء مهام مختلفة أو لتنفيذ التغييرات في التصميم. هذا يجعل FPGAs مثالية لنمذجة واختبار الدوائر الرقمية الجديدة ، وكذلك للتطبيقات التي تتطلب تحديثات أو تعديلات متكررة.
أحد التحديات الرئيسية للعمل مع FPGAs هو تعقيدها. يتطلب تصميم الدوائر الرقمية المخصصة لـ FPGA درجة عالية من الإلكترونيات الرقمية وخبرة البرمجة. ومع ذلك ، هناك عدد من الأدوات والموارد المتاحة لمساعدة المصممين على إنشاء وبرمجة FPGAs ، بما في ذلك مجموعات تطوير البرامج وأدوات المحاكاة والمجتمعات عبر الإنترنت.
إذا كنت ترغب في مزيد من الخلفية ، فقد غطينا ما هي FPGAs ولماذا يتم استخدامها.
فهم الحاجة إلى FPGAs في التكنولوجيا الطبية
الحاجة ل تقنيات طبية أكثر تقدمًا لم يكن أكبر من أي وقت مضى ، وبدأت FPGAs في الظهور كلاعبين رئيسيين في هذا المجال. من التصوير الطبي الأكثر دقة إلى مراقبة العلامات الحيوية في الوقت الفعلي ، يتم تسخير قوة FPGAs لتطوير أنظمة طبية متقدمة.
في الوقت نفسه ، أدى الانتشار المتزايد للأمراض المزمنة وشيخوخة السكان إلى زيادة الضغط على صناعة الرعاية الصحية لتطوير خيارات علاج أكثر فعالية وكفاءة.
أبرزت التطورات الحديثة في مجال الطب أهمية الأنظمة القائمة على FPGA. على سبيل المثال ، أصبحت تقنيات التصوير الطبي معقدة بشكل متزايد ، وتتطلب المزيد والمزيد من قوة المعالجة لإنتاج نتائج دقيقة.
إذا كنت مألوفًا بالفعل ، فإن FPGAs ، مثل Virtex FPGA و عائلات Spartan FPGA، مثالية لمجموعة واسعة من التطبيقات الطبية ، بما في ذلك أنظمة التشخيص والمراقبة والعلاج.
كان هناك الكثير من المناقشات الساخنة داخل مجتمعات المصنّعين ، وحتى على Reddit ، فيما يتعلق بالتقدم الملحوظ الذي يتم إحرازه في مجال تقنية FPGA. يدرك المتحمسون DIY بشكل متزايد الإمكانات الهائلة لهذه الأنظمة القابلة للتخصيص بدرجة كبيرة ، ويستكشفون العديد من الاحتمالات التي توفرها.
مزايا استخدام FPGAs في التطبيقات الطبية
تتمتع FPGAs بالقدرة على معالجة كميات كبيرة من البيانات في الوقت الفعلي بزمن انتقال منخفض ودقة عالية. على سبيل المثال ، يتم استخدام FPGAs في أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) لمعالجة الإشارات من ملفات الماسح الضوئي ، وأجهزة التصوير المقطعي المحوسب (CT) لأداء الصور في الوقت الفعلي إعادة الإعمار.
ميزة أخرى لـ FPGAs هي قدرتها على دمج وظائف متعددة في جهاز واحد. هذا مهم جدًا في التطبيقات الطبية حيث يعد استهلاك المساحة والطاقة من العوامل الحاسمة. على سبيل المثال ، يمكن استخدام FPGAs لدمج أجهزة استشعار متعددة ووحدات معالجة الإشارات و واجهات الاتصال في جهاز واحد ، مما يقلل من الحجم الكلي واستهلاك الطاقة أجهزة طبية.
توفر FPGA أيضًا درجة عالية من المرونة ، مما يتيح للمطورين تعديل وظائف الأجهزة الطبية وتحسينها حتى بعد نشرها. هذا مهم للأجهزة الطبية التي تحتاج إلى تحديث بميزات جديدة أو تعديلها لتناسب احتياجات المريض المحددة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن إعادة برمجة FPGAs عن بعد ، مما يتيح للمطورين إصلاح الأخطاء أو إضافة ميزات جديدة دون الحاجة إلى الوصول فعليًا إلى الجهاز.
قد يبدو أن علم الصواريخ بدأ مع FPGAs ، ولكن هناك المئات من المشاريع التي يمكنك البدء فيها - حتى اليوم. بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي Xilinx على برنامج متعدد الاستخدامات يسمى فيفادو، والعديد من مجموعات المبتدئين التي تأتي مع الوثائق المناسبة.
إليك مشروع يمكنك تجربته:
إحداث ثورة في صناعة الطب
تقدم FPGAs تقنية قوية ومرنة للتطبيقات الطبية ، مما يجعلها خيارًا شائعًا لتطوير الأجهزة المبتكرة في صناعة الرعاية الصحية. إن إمكانات الأجهزة الطبية المبتكرة والمتطورة باستخدام FPGAs لا حصر لها ، وتوفر فرصًا مثيرة لمستقبل الرعاية الصحية.
