4D成像和4D放射治療對從根本改善癌症的診斷和治療帶來了希望。在成像和放射治療期間，這些技術可以研究、描述，同時減少患者活動造成的影響，將時間維度參數加到3D身體掃描技術，如電腦斷層掃描(computed tomography，CT)，核磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)和先進的超音波系統。藉著在視覺上凍結3D模型或顯示生動的3D圖像，4D成像技術使得臨床醫生對於腫瘤的目標確定和集中治療更為便利，減少了放射治療或手術對週遭組織的影響。
4D醫療處理的一個重要功用是它按照患者的活動進行補償，這是放射治療中一項很重要的考慮因素。即使發生突然的移動，放射源也必須集中於腫瘤，否則可能會將正常組織暴露於治療之下。即便是很輕微的呼吸，也能令輻射源偏離原來的微小目標並照射到週圍的組織，從而提高了因治療而產生破壞性副作用的風險。
4D成像技術關鍵元件
因此，控制治療頭(treatment head)的馬達元件成為以4D成像技術為基礎的放射治療系統中的一個越來越重要的部分。高解析度馬達是由分析系統的分析結果來驅動，使得它能確保放射線一直指向腫瘤，而不是任何其它的地方。
如此高解析度的馬達控制要求在數位訊號處理器(DSP)或微處理器上運行的軟體提供極高的性能。它不僅僅要能夠執行密集運算，而且中斷頻率要高，以不斷地檢測馬達的位置，從而導致很高的額外開銷。
在實現高度回應性馬達控制演算法方面，整合了現場可程式閘陣列(FPGA)的可程式單晶片系統(cSoC)提供了一種更有效率的方式。藉著硬體的使用而不是軟體控制來保持低軟體迴圈次數，FPGA實現方法能夠縮短中斷反應時間期，並且就馬達位置提供更精密的控制，以確保放射源能夠對患者的移動進行準確的補償。在使用SmartFusion元件的情況下，經由在業界標準ARM Cortex-M3處理器上運行的軟體，可以將硬體的回應能力和微調功能結合起來。整合式的類比I/O模組由在硬體中實施的一個類比運算引擎(analog compute engine，ACE)來控制，以確保馬達致動器可以依據正確的資訊來進行更新，而不會延遲。
安全性至關重要
不是所有的FPGA都適用於放射治療應用。許多FPGA中的靜態隨機記憶體(SRAM)單元對放射非常敏感，尤其是alpha和中子輻射引起配置資料遺失的單一事件錯誤。例如，建基於SRAM技術的可程式邏輯元件，易受軟錯誤和韌體錯誤的影響。軟錯誤是單一位元資料的暫態訛誤(transient corruption)，而韌體錯誤是根本的FPGA配置遺失，會引起系統級的功能故障。然而，在地面和海平面或高海拔位置，中子和alpha輻射不會對真正的且以快閃記憶體為基礎的非揮發性FPGA造成負面影響，因而這些元件極為適合醫療應用。在醫療應用中故障是不容許發生的，但是醫療系統中的輻射水準可能高於一般環境。
專有演算法是有效4D成像的基礎。美高森美公司(Microsemi)以快閃記憶體為基礎的FPGA擁有超越SRAM FPGA產品的一項優勢：設計安全性。一旦完成燒錄，就不可能對已使用的配置位元流進行解碼。相反地，以SRAM為基礎的 FPGA在啟動時間始終要去讀取其配置資料，因此極有可能將關鍵設計資訊暴露給某些試圖要對該設計進行反向工程(reverse-engineer)的人。
設計安全性越來越高，有助於確保這些先進系統的使用者只能使用經過認可的備件和子系統。美高森美公司的每顆cSoC產品可以在製造時在內部儲存了密鑰。一個詰問/回應系統(challenge-response system)可以使用這些密鑰來確保當啟動時只有正確的部件出現在在系統之中。
雖然市面上已有若干的cSoC解決方案，但僅有一款由美高森美公司專門開發的技術能夠提供4D醫療成像設備製造商所需要的全部特性。
圖：建基於4D成像的放射治療法之系統示意圖
4D醫療處理的一個重要功用是它按照患者的活動進行補償，這是放射治療中一項很重要的考慮因素。即使發生突然的移動，放射源也必須集中於腫瘤，否則可能會將正常組織暴露於治療之下。即便是很輕微的呼吸，也能令輻射源偏離原來的微小目標並照射到週圍的組織，從而提高了因治療而產生破壞性副作用的風險。
4D成像技術關鍵元件
因此，控制治療頭(treatment head)的馬達元件成為以4D成像技術為基礎的放射治療系統中的一個越來越重要的部分。高解析度馬達是由分析系統的分析結果來驅動，使得它能確保放射線一直指向腫瘤，而不是任何其它的地方。
如此高解析度的馬達控制要求在數位訊號處理器(DSP)或微處理器上運行的軟體提供極高的性能。它不僅僅要能夠執行密集運算，而且中斷頻率要高，以不斷地檢測馬達的位置，從而導致很高的額外開銷。
在實現高度回應性馬達控制演算法方面，整合了現場可程式閘陣列(FPGA)的可程式單晶片系統(cSoC)提供了一種更有效率的方式。藉著硬體的使用而不是軟體控制來保持低軟體迴圈次數，FPGA實現方法能夠縮短中斷反應時間期，並且就馬達位置提供更精密的控制，以確保放射源能夠對患者的移動進行準確的補償。在使用SmartFusion元件的情況下，經由在業界標準ARM Cortex-M3處理器上運行的軟體，可以將硬體的回應能力和微調功能結合起來。整合式的類比I/O模組由在硬體中實施的一個類比運算引擎(analog compute engine，ACE)來控制，以確保馬達致動器可以依據正確的資訊來進行更新，而不會延遲。
安全性至關重要
不是所有的FPGA都適用於放射治療應用。許多FPGA中的靜態隨機記憶體(SRAM)單元對放射非常敏感，尤其是alpha和中子輻射引起配置資料遺失的單一事件錯誤。例如，建基於SRAM技術的可程式邏輯元件，易受軟錯誤和韌體錯誤的影響。軟錯誤是單一位元資料的暫態訛誤(transient corruption)，而韌體錯誤是根本的FPGA配置遺失，會引起系統級的功能故障。然而，在地面和海平面或高海拔位置，中子和alpha輻射不會對真正的且以快閃記憶體為基礎的非揮發性FPGA造成負面影響，因而這些元件極為適合醫療應用。在醫療應用中故障是不容許發生的，但是醫療系統中的輻射水準可能高於一般環境。
專有演算法是有效4D成像的基礎。美高森美公司(Microsemi)以快閃記憶體為基礎的FPGA擁有超越SRAM FPGA產品的一項優勢：設計安全性。一旦完成燒錄，就不可能對已使用的配置位元流進行解碼。相反地，以SRAM為基礎的 FPGA在啟動時間始終要去讀取其配置資料，因此極有可能將關鍵設計資訊暴露給某些試圖要對該設計進行反向工程(reverse-engineer)的人。
設計安全性越來越高，有助於確保這些先進系統的使用者只能使用經過認可的備件和子系統。美高森美公司的每顆cSoC產品可以在製造時在內部儲存了密鑰。一個詰問/回應系統(challenge-response system)可以使用這些密鑰來確保當啟動時只有正確的部件出現在在系統之中。
雖然市面上已有若干的cSoC解決方案，但僅有一款由美高森美公司專門開發的技術能夠提供4D醫療成像設備製造商所需要的全部特性。
圖：建基於4D成像的放射治療法之系統示意圖
