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?? 針對醫(yī)療設備" title="醫(yī)療設備">醫(yī)療設備行業(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)療設備的風險投資幾乎翻倍，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)療設備制造商在具備產品、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。他們的核心技術人員也許是生物醫(yī)學領域的專家，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化成產品、并保證產品的可靠性和穩(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，領域專家或研發(fā)人員可以無縫集成硬件I/O與算法，在有限的團隊人數下快速開發(fā)醫(yī)療設備，其原因主要分為3個方面：?
??? 1．大部分的領域專家——這里指醫(yī)生和生物醫(yī)學工程師——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本身，而不是底層的系統(tǒng)實現細節(jié)。?
??? 2．快速的功能原型驗證能夠在產品的開發(fā)前期吸引下一輪的風險投資。NI是少數幾家為快速原型提供解決方案的公司之一，針對快速構建系統(tǒng)原型提供了諸多的軟硬件特性。?
??? 3．人體產生的微弱信號需要足夠高的模擬采集精度，NI是基于PC測試測量的技術先鋒與領導者，提供了業(yè)界先進的數據采集設備" title="數據采集設備">數據采集設備。?
??? 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)療設備設計的實例。?
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。由于手術的復雜性和精密性，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，從而加快手術的速度、減少療程數。?
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Figure 1. The PASCAL Photocoagulator from OptiMedica was prototyped and deployed using LabVIEW and LabVIEW FPGA on a NI R Series intelligent DAQ device.?
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??? OptiMedica的研發(fā)團隊具有一定的LabVIEW開發(fā)經驗，為了縮短產品開發(fā)和認證周期，他們決定使用LabVIEW FPGA和NI R系列智能數據采集設備，消除了板級設計、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系列設備中內置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是一家醫(yī)療設備起步公司。他們計劃開發(fā)一種革新型的手術設備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。術后病人也無需封針。
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Figure 2. The Visica 2 from Sanarus Medical was prototyped and deployed using LabVIEW and the CompactRIO embedded platform.?
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??? 為了趕上產品發(fā)布的時間表，開發(fā)人員計劃四個月內開發(fā)出V2系統(tǒng)工作原型。此外，根據投資人要求，他們還需盡快的生產V2以滿足市場的需要。為設備編寫固件" 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(yī)療儀器設備，它要求設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需要一個非常可靠的開發(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。在很短的時間內開發(fā)人員就用它設計和驗證了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，能夠簡便地管理觸摸屏和CompactRIO之間的數據傳遞。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相關設計。?
??? 據調研，護士有15%-60%的時間都用于靜脈輸液等事務，因此，Fluidnet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備來解決醫(yī)院中護士不足的問題。這種新的輸液設備更為精確安全，提供了很寬的可選流速范圍，而價格卻比現有的輸液設備低。?
??? Fluidnet利用LabVIEW平臺和NI數據采集設備設計了第一個閉環(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能力。在實際產品化階段，Fluidnet與NI系統(tǒng)聯盟商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。?
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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.?
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小結
??? LabVIEW圖形化開發(fā)平臺通過同時提供從算法設計、原型驗證到產品發(fā)布，從軟件調試、功能測試到生產檢測的統(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品設計和開發(fā)，減少循環(huán)開發(fā)和代碼修正，從而加快了設計進程。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化成產品、并保證產品的可靠性和穩(wěn)定性，從而縮短醫(yī)療電子設備的開發(fā)時間。