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。

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。

圖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。

圖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。