《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置:首頁 > 其他 > 業(yè)界動態(tài) > 基于NI LabVIEW平臺快速開發(fā)醫(yī)療電子設(shè)備

基于NI LabVIEW平臺快速開發(fā)醫(yī)療電子設(shè)備

——視網(wǎng)膜激光治療儀、腫瘤冷凍治療儀、新型自動輸液器實例
2008-11-06
作者:美國國家儀器

??

?? 針對醫(yī)療設(shè)備" title="醫(yī)療設(shè)備">醫(yī)療設(shè)備行業(yè)的投資最近幾年一直處于上升階段,在過去兩年,針對醫(yī)療設(shè)備的風(fēng)險投資幾乎翻倍,2007年更是達到了40億美元。無論從全球角度還是在中國市場,小型的、未上市的醫(yī)療設(shè)備制造商在具備產(chǎn)品、市場和創(chuàng)新的元素下,正逐步成為投資新寵。對于這些小型公司來說,如何從激烈的市場競爭中站穩(wěn)腳跟并脫穎而出是非常困難的事情。他們的核心技術(shù)人員也許是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的專家,掌握了一定的專利或研究成果,但如何在團隊人員非常有限的情況下,快速的將專利或研究成果轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品、并保證產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性是很大的難點。通過NI所提供的圖形化" title="圖形化">圖形化開發(fā)環(huán)境LabVIEW和商業(yè)化嵌入式原型平臺,領(lǐng)域?qū)<一蜓邪l(fā)人員可以無縫集成硬件I/O與算法,在有限的團隊人數(shù)下快速開發(fā)醫(yī)療設(shè)備,其原因主要分為3個方面:?

??? 1.大部分的領(lǐng)域?qū)<摇@里指醫(yī)生和生物醫(yī)學(xué)工程師——主要都擅長于診斷、治療方式的改進創(chuàng)新,而不是復(fù)雜的電子、機械或嵌入式解決方案。通過NI提供的無縫集成的軟硬件平臺,他們可以專注于診斷治療的技術(shù)本身,而不是底層的系統(tǒng)實現(xiàn)細節(jié)。?

??? 2.快速的功能原型驗證能夠在產(chǎn)品的開發(fā)前期吸引下一輪的風(fēng)險投資。NI是少數(shù)幾家為快速原型提供解決方案的公司之一,針對快速構(gòu)建系統(tǒng)原型提供了諸多的軟硬件特性。?

??? 3.人體產(chǎn)生的微弱信號需要足夠高的模擬采集精度,NI是基于PC測試測量的技術(shù)先鋒與領(lǐng)導(dǎo)者,提供了業(yè)界先進的數(shù)據(jù)采集設(shè)備" title="數(shù)據(jù)采集設(shè)備">數(shù)據(jù)采集設(shè)備。?

??? 本文將主要介紹3家起步階段的公司基于LabVIEW圖形化開發(fā)平臺" title="開發(fā)平臺">開發(fā)平臺進行醫(yī)療設(shè)備設(shè)計的實例。?

OptiMedica?

??? OptiMedica公司基于NI圖形化開發(fā)平臺開發(fā)了診治糖尿病視網(wǎng)膜癥的新型激光治療儀。激光治療主要是通過瞄準發(fā)射激光脈沖,封閉微血管瘤及不正常血管滲漏。由于手術(shù)的復(fù)雜性和精密性,近35年來這種激光瞄準發(fā)射都是由醫(yī)生手動控制的。基于LabVIEW FPGA和NI R系列設(shè)備的革新性激光治療平臺,通過一個高精度、自動化的控制系統(tǒng),輔助醫(yī)生以一定的模式每次瞄準發(fā)射多個激光脈沖,從而加快手術(shù)的速度、減少療程數(shù)。?

?

?

Figure 1. The PASCAL Photocoagulator from OptiMedica was prototyped and deployed using LabVIEW and LabVIEW FPGA on a NI R Series intelligent DAQ device.?

?

??? OptiMedica的研發(fā)團隊具有一定的LabVIEW開發(fā)經(jīng)驗,為了縮短產(chǎn)品開發(fā)和認證周期,他們決定使用LabVIEW FPGA和NI R系列智能數(shù)據(jù)采集設(shè)備,消除了板級設(shè)計、硬件驗證等大量工作。通過圖形化開發(fā)環(huán)境和商業(yè)化硬件平臺,開發(fā)團隊快速有效地開發(fā)出治療儀的原型系統(tǒng),并成功地將系統(tǒng)功能展示給潛在的投資者。由于R系列設(shè)備中內(nèi)置FPGA,這種硬件解決方案提高了系統(tǒng)的可靠性,而且更易于獲取FDA認證。使用可編程FPGA而非定制ASIC芯片將開發(fā)時間減少了30%。?

Sanarus Medical?

??? Sanarus是一家醫(yī)療設(shè)備起步公司。他們計劃開發(fā)一種革新型的手術(shù)設(shè)備Visica2治療系統(tǒng)(簡稱 V2),通過液氮冷凍殺死門診病人的腫瘤。V2設(shè)計目標是一種可放置在醫(yī)生的辦公室或者診所里使用的儀器。治療過程包括無痛的局部麻醉和實時-超聲定位病灶。治療處理持續(xù)時間約為10到20分鐘,通過一個小切口冷凍和殺死目標組織。術(shù)后病人也無需封針。

?

?

Figure 2. The Visica 2 from Sanarus Medical was prototyped and deployed using LabVIEW and the CompactRIO embedded platform.?

?

??? 為了趕上產(chǎn)品發(fā)布的時間表,開發(fā)人員計劃四個月內(nèi)開發(fā)出V2系統(tǒng)工作原型。此外,根據(jù)投資人要求,他們還需盡快的生產(chǎn)V2以滿足市場的需要。為設(shè)備編寫固件" title="固件">固件并開發(fā)一個定制的電路板周期很長。一旦固件或者軟件層出現(xiàn)問題將會導(dǎo)致額外的延遲,這對于保證整個項目的進度是一個不利因素。由于V2是醫(yī)療儀器設(shè)備,它要求設(shè)備不可包含任何有損于系統(tǒng)性能的固件和軟件錯誤。如果設(shè)備不能通過510(k)認證所需的消耗性測試,整個項目就會失敗,并且V2不能投放市場?;谶@些要求,V2需要一個非??煽康拈_發(fā)方案。?

??? 開發(fā)人員決定采用商業(yè)化嵌入式原型平臺CompactRIO來進行項目開發(fā)。CompactRIO系統(tǒng)包含一個400 MHz的嵌入式微處理器,以太網(wǎng)控制器,以及背板上的3百萬門FPGA。他們在嵌入式控制器中運行液氮泵和純阻性加熱部件的控制算法,在FPGA中管理控制這些設(shè)備必要的輸入/輸出信號的接口,這種資源配置使得原型化構(gòu)建和最終系統(tǒng)發(fā)布在編程模式上非常相似。在很短的時間內(nèi)開發(fā)人員就用它設(shè)計和驗證了V2的功能。使用CompactRIO的好處顯而易見——使用定制的方案需要數(shù)月的時間,而NI的方案只用了幾周時間。?

??? 此外,使用定制的固件,新的需求導(dǎo)致繁瑣的更新工作。使用CompactRIO的平臺,他們能夠不費力的修改代碼。比如,用戶交互需要使用觸摸屏而不是鍵盤和LED燈,于是開發(fā)人員在Windows下使用LabVIEW開發(fā)了觸摸屏控制程序。通過LabVIEW的共享變量技術(shù),能夠簡便地管理觸摸屏和CompactRIO之間的數(shù)據(jù)傳遞。由于開發(fā)平臺非常靈活,在有新的功能需求提出時,開發(fā)進程也沒有耽誤。?

??? 由于CompactRIO已經(jīng)通過EMC認證,這也保證了他們在原型驗證的時候無需考慮專門的EMC相關(guān)設(shè)計。?

Fluidnet?

??? 據(jù)調(diào)研,護士有15%-60%的時間都用于靜脈輸液等事務(wù),因此,F(xiàn)luidnet和Boston Engineering基于LabVIEW嵌入式模塊開發(fā)了一系列簡單易用的輸液設(shè)備來解決醫(yī)院中護士不足的問題。這種新的輸液設(shè)備更為精確安全,提供了很寬的可選流速范圍,而價格卻比現(xiàn)有的輸液設(shè)備低。?

??? Fluidnet利用LabVIEW平臺和NI數(shù)據(jù)采集設(shè)備設(shè)計了第一個閉環(huán)控制輸液原型系統(tǒng),具備專利的實時流量和自動液量感應(yīng)能力。在實際產(chǎn)品化階段,F(xiàn)luidnet與NI系統(tǒng)聯(lián)盟商Boston Engineering合作,使用基于ADI Blackfin處理器的FlexStack微型板開發(fā)了最終的產(chǎn)品,由于LabVIEW嵌入式模塊可以對Blackfin處理器直接編程,并支持C代碼生成及優(yōu)化,這種圖形化的編程方式顯著減少了代碼開發(fā)工作量,加速了系統(tǒng)開發(fā)的過程。此外,由于LabVIEW的開放性,可以非常方便地為系統(tǒng)增加新的特性,比如Fluidnet為某些新型輸液設(shè)備加了RFID標簽以記錄識別藥液信息,護士可以通過藍牙遠程監(jiān)控輸液泵的操作。?



?

Figure 3. This infusion pump from Fluidnet was prototyped using LabVIEW software and DAQ devices and deployed using the LabVIEW Embedded Module for ADI Blackfin Processors.?

?

小結(jié)

??? LabVIEW圖形化開發(fā)平臺通過同時提供從算法設(shè)計、原型驗證到產(chǎn)品發(fā)布,從軟件調(diào)試、功能測試到生產(chǎn)檢測的統(tǒng)一環(huán)境,使得工程師和研發(fā)人員可以在同一平臺上進行產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā),減少循環(huán)開發(fā)和代碼修正,從而加快了設(shè)計進程。同時,通過NI商業(yè)化嵌入式原型平臺,研究人員可以快速的將專利或研究成果轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品、并保證產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性,從而縮短醫(yī)療電子設(shè)備的開發(fā)時間。
本站內(nèi)容除特別聲明的原創(chuàng)文章之外,轉(zhuǎn)載內(nèi)容只為傳遞更多信息,并不代表本網(wǎng)站贊同其觀點。轉(zhuǎn)載的所有的文章、圖片、音/視頻文件等資料的版權(quán)歸版權(quán)所有權(quán)人所有。本站采用的非本站原創(chuàng)文章及圖片等內(nèi)容無法一一聯(lián)系確認版權(quán)者。如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)和其它問題,請及時通過電子郵件或電話通知我們,以便迅速采取適當(dāng)措施,避免給雙方造成不必要的經(jīng)濟損失。聯(lián)系電話:010-82306118;郵箱:aet@chinaaet.com。