在癌癥腫瘤醫(yī)療中使用NI 圖形化設(shè)計(jì)平臺

作者:
Jeff Stevens - Sanarus

行業(yè):
醫(yī)學(xué)/ 醫(yī)療器械

產(chǎn)品:
實(shí)時(shí)模塊, LabVIEW, FPGA模塊, CompactRIO

挑戰(zhàn):
在研發(fā)時(shí)間很短的壓力下，要完成從設(shè)計(jì)到原型驗(yàn)證，并最終發(fā)布一種新的醫(yī)療設(shè)備控制系統(tǒng)。該設(shè)備必須通過FDA的Class II 醫(yī)療設(shè)備認(rèn)證，嚴(yán)格按照相關(guān)指導(dǎo)開發(fā)設(shè)計(jì)。

解決方案:
使用NI CompactRIO 平臺，LabVIEW 實(shí)時(shí)模塊，LabVIEW FPGA 模塊開發(fā)一個(gè)靈活可靠的控制系統(tǒng)和用戶界面。NI圖形化開發(fā)平臺很好的銜接了從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、原型驗(yàn)證到最終發(fā)布的整個(gè)過程。最終革新的醫(yī)療設(shè)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。

Sanarus 公司是一個(gè)制造醫(yī)療設(shè)備的公司，計(jì)劃生產(chǎn)一種革新型設(shè)備，Visca2 治療系統(tǒng)（TM V2），可以改變現(xiàn)在治療良性腫瘤的方法。V2 是一種可放置在醫(yī)生的辦公室或者診所里使用儀器，醫(yī)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(shí)時(shí)- 超聲定位病灶，通過一個(gè)小切口冷凍和殺死目標(biāo)組織，術(shù)后病人也無需縫針，所以這幾乎是一個(gè)無痛的過程，與傳統(tǒng)的用在住院病人身上的外科手術(shù)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?yàn)槿橄倌[瘤治療帶來巨大的推進(jìn)。于是，為了趕上產(chǎn)品發(fā)布的時(shí)間表，公司計(jì)劃四個(gè)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，公司還需盡快的生產(chǎn)V2 以滿足市場的需要。

眾所周知，為設(shè)備編寫固件并開發(fā)一個(gè)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(gè)項(xiàng)目的進(jìn)度是一個(gè)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(cuò)誤。如果設(shè)備不能通過510（k）認(rèn)證所需的消耗性測試，整個(gè)項(xiàng)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(gè)非常完善且可靠的開發(fā)方案。原計(jì)劃中如此短的開發(fā)周期讓V2的開發(fā)幾乎成為了“不可能完成的任務(wù)”。

Sanarus 邀請NI 公司的現(xiàn)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?yàn)榧嬗屑蒊O開發(fā)和編程的特性，可以在很短的時(shí)間內(nèi)用它設(shè)計(jì)和并驗(yàn)證V2的功能。事實(shí)證明，使用CompactRIO的好處顯而易見——使用定制的方案需要數(shù)月的時(shí)間，而NI 的方案只用了幾周時(shí)間。

圖1 CompactRIO 作為控制系統(tǒng)核心

此外，由于使用定制的固件，一旦有新的需求會導(dǎo)致繁瑣的更新工作。而使用CompactRIO 的平臺，能夠不費(fèi)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(fā)觸摸屏程序。同時(shí)，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(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(shí)，開發(fā)進(jìn)程也沒有耽誤。

因?yàn)镹I 的CompactRIO 通過了EMC 認(rèn)證，這也保證了在原型驗(yàn)證的時(shí)候無需考慮專門的EMC 相關(guān)設(shè)計(jì)。最終發(fā)布的V2系統(tǒng)包含一個(gè)運(yùn)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(fā)送用戶指令。L a b V I E W 實(shí)時(shí)模塊實(shí)現(xiàn)對CompactRIO 實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)探針尖端溫度的控制。LabVIEW FPGA 用來管理控制這些設(shè)備必要的輸入/ 輸出信號的接口。

圖2 V2 系統(tǒng)的操作界面

經(jīng)過長時(shí)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(yī)療中心使用V2 系統(tǒng)。NI 幫助Sanarus 快速有效地開發(fā)嵌入式控制系統(tǒng)，提供友好的圖形化界面兼有最優(yōu)秀的品質(zhì)，并且最終為安全可靠的醫(yī)治服務(wù)提供了技術(shù)保障。