技術頻道

      在癌癥腫瘤醫療中使用NI 圖形化設計平臺

      作者:
      Jeff Stevens - Sanarus

      行業:
      醫學/ 醫療器械

      產品:
      實時模塊, LabVIEW, FPGA模塊, CompactRIO

      挑戰:
      在研發時間很短的壓力下,要完成從設計到原型驗證,并最終發布一種新的醫療設備控制系統。該設備必須通過FDA的Class II 醫療設備認證,嚴格按照相關指導開發設計。

      解決方案:
      使用NI CompactRIO 平臺,LabVIEW 實時模塊,LabVIEW FPGA 模塊開發一個靈活可靠的控制系統和用戶界面。NI圖形化開發平臺很好的銜接了從產品設計、原型驗證到最終發布的整個過程。最終革新的醫療設備能夠有效地減少腫瘤治療給病人生理、心理上帶來的不適。

      "使用LabVIEW,我們在實驗室設計和編寫控制器,然后原型驗證和開發機器的速度遠遠超出我們的預期。最終,CompactRIO 成為了我們Visica2 醫療系統項目成功的一個關鍵因素。"

      Sanarus 公司是一個制造醫療設備的公司,計劃生產一種革新型設備,Visca2 治療系統(TM V2),可以改變現在治療良性腫瘤的方法。V2 是一種可放置在醫生的辦公室或者診所里使用儀器,醫生通過冷凍的方式殺死門診病人的腫瘤,治療過程包括無痛的局部麻醉和實時- 超聲定位病灶,通過一個小切口冷凍和殺死目標組織,術后病人也無需縫針,所以這幾乎是一個無痛的過程,與傳統的用在住院病人身上的外科手術或者“觀望”治療有著顯著的差別。

      公司希望通過V2 的投入市場能夠為乳腺腫瘤治療帶來巨大的推進。于是,為了趕上產品發布的時間表,公司計劃四個月內開發出V2系統工作原型。此外,根據投資人要求,公司還需盡快的生產V2 以滿足市場的需要。

      眾所周知,為設備編寫固件并開發一個定制的電路板周期很長,一旦固件或者軟件層出現問題將會導致額外的延遲,這對于保證整個項目的進度是一個不利因素。由于V2是醫療儀器設備,它要求設備不可包含任何有損于系統性能的固件和軟件錯誤。如果設備不能通過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。基于這些要求,V2 需要一個非常完善且可靠的開發方案。原計劃中如此短的開發周期讓V2的開發幾乎成為了“不可能完成的任務”。

      Sanarus 邀請NI 公司的現場工程師參與方案討論,很快地意識到CompactRIO可以成為最終的方案。因為兼有集成IO開發和編程的特性,可以在很短的時間內用它設計和并驗證V2的功能。事實證明,使用CompactRIO的好處顯而易見——使用定制的方案需要數月的時間,而NI 的方案只用了幾周時間。

      1 CompactRIO 作為控制系統核心

      此外,由于使用定制的固件,一旦有新的需求會導致繁瑣的更新工作。而使用CompactRIO 的平臺,能夠不費力的修改代碼。另外,用戶交互需要使用觸摸屏而不是鍵盤和L E D 燈,使用LabVIEW圖形化編程可以方便的在Windows下開發觸摸屏程序。同時,使用LabVIEW的共享變量,能夠簡便地管理圖形用戶界面和CompactRIO 之間的數據傳遞。由于開發平臺非常靈活,在有新的功能需求提出時,開發進程也沒有耽誤。

      因為NI 的CompactRIO 通過了EMC 認證,這也保證了在原型驗證的時候無需考慮專門的EMC 相關設計。最終發布的V2系統包含一個運行Windows下LabVIEW程序的觸摸屏電腦。它接受用戶輸入并通過L a b V I E W 共享變量向C o m p a c t R I O 發送用戶指令。L a b V I E W 實時模塊實現對CompactRIO 實時控制器的控制,通過液氮泵和純阻性加熱部件的PID 控制算法來實現探針尖端溫度的控制。LabVIEW FPGA 用來管理控制這些設備必要的輸入/ 輸出信號的接口。

      2 V2 系統的操作界面

      經過長時間的研究表明,V2 能夠非常有效的殺死良性腫瘤。之后,遍布美國都有指定的醫療中心使用V2 系統。NI 幫助Sanarus 快速有效地開發嵌入式控制系統,提供友好的圖形化界面兼有最優秀的品質,并且最終為安全可靠的醫治服務提供了技術保障。


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