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宇宙分野でも活躍するテクノロジー! 高信頼性のNEC独自技術が医療機器開発を支える!

宇宙分野の開発現場で採用される技術は高信頼性を求められるのが一般的ですが、これらの技術は産業分野の機器・サービス開発へ応用されるケースがあります。以下では、JAXAの金星探査機「あかつき」、小惑星探査機「はやぶさ2」に採用された高信頼性のNEC独自技術が、医療機器開発に活用が期待される内容をご紹介します。


宇宙分野の開発現場で採用された高信頼性の技術

金星探査機「あかつき」や小惑星探査機「はやぶさ2」には、高速・高圧縮画像コーデックの『StarPixel』が採用されています。「あかつき」や「はやぶさ2」が撮影した画像データは可逆圧縮の上、宇宙から地上へ伝送されますが、JPEG2000では処理が遅くなってしまう課題がありました。それを解決したのがStarPixelです。

更に惑星分光観測衛星「ひさき」では、C言語ベースのFPGA設計ツール『CyberWorkBench』が採用されています。JAXA指導のもとNECが開発担当した衛星システムで、スペースワイヤ(通信規格)に準拠した機器の設計に利用されています。

これら高度な信頼性が要求される宇宙分野で採用された独自技術は、医療機器開発にも活用できると考えています。

図:小惑星探査機「はやぶさ2」でも採用!

高速・高圧縮画像コーデック技術『StarPixel』

医療機器では、CT/MRI/X線など画像診断機器で扱う診断画像の高精細化が進む一方で、データの保存や伝送に際しては、画像品質を保ちつつデータ量を削減するため、高圧縮かつ高速処理が求められています。
標準規格である「JPEG2000」は高圧縮が可能ですが処理に時間を要します。一方、従来から使用されている「JPEG」は、処理は高速ですがJPEG2000ほど高圧縮ではありません。

これに対し、今回ご紹介する『StarPixel』なら、高圧縮と高速処理両方を実現することが可能です。可逆圧縮の場合JPEG2000の最大40倍の圧倒的なスピードで、非可逆圧縮の場合でも高圧縮で劣化の少ない画像を高速処理できます。

図:可逆圧縮時の圧縮率/圧縮速度/伸張速度・比較(左)、JPEG2000同等画質の圧縮を圧倒的速度で実現(右)

『StarPixel』で医療機器開発はどう変わる?!

画像診断機器で撮影した画像データを、院内システムや遠隔地の医療機関へ伝送する場合、高精細な画像データを高速に圧縮することでネットワーク負荷の軽減に寄与するなど、医療機器開発での活用が期待されます。

図:医療機器における適用イメージ

ASIC・FPGA C言語ベース設計ツール『CyberWorkBench』

医療機器では、大型の診断機器から小型の測定機器にいたるまで、デジタル設計が一般的です。機器の多様化が進み、機能・性能向上/小型化/低消費電力化をいかに短期間で実現するかが、開発者にとって大きな課題となっています。

従来、機器の制御やアルゴリズム設計は、C言語を使ってプログラムを設計しマイコンで実行する手法と、HW専用言語(RTL)を使ってプログラムを設計しFPGAで実行する手法の2つが一般的ですが、各設計手法で右図のような設計課題がありました。

これらの設計課題を解決する上で有効となるのが、C言語ベースのFPGA設計ツール『CyberWorkBench』です。C言語で記述された処理内容をFPGA設計言語のRTLプログラムに自動変換することができる高位合成ツールです。

図:RTLでの開発に比べ開発スピード短縮&信頼性向上


『CyberWorkBench』で医療機器開発はどう変わる?!

CyberWorkBenchを用いることで、SWエンジニアにとっては、上述の課題を解決するFPGA設計をHWの知識がなくても可能とします。また、HWエンジニアにとっては、設計期間や設計品質などの課題を解決できる以下のメリットを得ることができます。

 ・設計期間を大幅短縮!

 ・プログラム行数が1/7!

 ・検証スピードも100倍以上に高速化!

また、NECでは、CyberWorkBenchの特長を生かし、短納期で対応できるC言語ベースのFPGA設計受託サービスを提供しております。お気軽にお問い合わせ下さい。


テルモ様が医療機器制御LSI設計・開発ツールに採用

テルモ様では、開発中の輸液管理用医療機器に用いる制御LSIの設計ツールとして、CyberWorkBenchを採用。これにより、同機器の設計期間が従来の手作業で回路合成する方法に比べ約6割短縮。高い信頼性が求められる医療機器の開発を大幅に効率化されました。