在癌症肿瘤医疗中使用NI 图形化设计平台

作者:
Jeff Stevens - Sanarus

行业:
医学/ 医疗器械

产品:
实时模块, LabVIEW, FPGA模块, CompactRIO

挑战:
在研发时间很短的压力下，要完成从设计到原型验证，并最终发布一种新的医疗设备控制系统。该设备必须通过FDA的Class II 医疗设备认证，严格按照相关指导开发设计。

解决方案:
使用NI CompactRIO 平台，LabVIEW 实时模块，LabVIEW FPGA 模块开发一个灵活可靠的控制系统和用户界面。NI图形化开发平台很好的衔接了从产品设计、原型验证到最终发布的整个过程。最终革新的医疗设备能够有效地减少肿瘤治疗给病人生理、心理上带来的不适。

Sanarus 公司是一个制造医疗设备的公司，计划生产一种革新型设备，Visca2 治疗系统（TM V2），可以改变现在治疗良性肿瘤的方法。V2 是一种可放置在医生的办公室或者诊所里使用仪器，医生通过冷冻的方式杀死门诊病人的肿瘤，治疗过程包括无痛的局部麻醉和实时- 超声定位病灶，通过一个小切口冷冻和杀死目标组织，术后病人也无需缝针，所以这几乎是一个无痛的过程，与传统的用在住院病人身上的外科手术或者“观望”治疗有着显著的差别。

公司希望通过V2 的投入市场能够为乳腺肿瘤治疗带来巨大的推进。于是，为了赶上产品发布的时间表，公司计划四个月内开发出V2系统工作原型。此外，根据投资人要求，公司还需尽快的生产V2 以满足市场的需要。

众所周知，为设备编写固件并开发一个定制的电路板周期很长，一旦固件或者软件层出现问题将会导致额外的延迟，这对于保证整个项目的进度是一个不利因素。由于V2是医疗仪器设备，它要求设备不可包含任何有损于系统性能的固件和软件错误。如果设备不能通过510（k）认证所需的消耗性测试，整个项目就会失败，并且V2 不能投放市场。基于这些要求，V2 需要一个非常完善且可靠的开发方案。原计划中如此短的开发周期让V2的开发几乎成为了“不可能完成的任务”。

Sanarus 邀请NI 公司的现场工程师参与方案讨论，很快地意识到CompactRIO可以成为最终的方案。因为兼有集成IO开发和编程的特性，可以在很短的时间内用它设计和并验证V2的功能。事实证明，使用CompactRIO的好处显而易见——使用定制的方案需要数月的时间，而NI 的方案只用了几周时间。

图1 CompactRIO 作为控制系统核心

此外，由于使用定制的固件，一旦有新的需求会导致繁琐的更新工作。而使用CompactRIO 的平台，能够不费力的修改代码。另外，用户交互需要使用触摸屏而不是键盘和L E D 灯，使用LabVIEW图形化编程可以方便的在Windows下开发触摸屏程序。同时，使用LabVIEW的共享变量，能够简便地管理图形用户界面和CompactRIO 之间的数据传递。由于开发平台非常灵活，在有新的功能需求提出时，开发进程也没有耽误。

因为NI 的CompactRIO 通过了EMC 认证，这也保证了在原型验证的时候无需考虑专门的EMC 相关设计。最终发布的V2系统包含一个运行Windows下LabVIEW程序的触摸屏电脑。它接受用户输入并通过L a b V I E W 共享变量向C o m p a c t R I O 发送用户指令。L a b V I E W 实时模块实现对CompactRIO 实时控制器的控制，通过液氮泵和纯阻性加热部件的PID 控制算法来实现探针尖端温度的控制。LabVIEW FPGA 用来管理控制这些设备必要的输入/ 输出信号的接口。

图2 V2 系统的操作界面

经过长时间的研究表明，V2 能够非常有效的杀死良性肿瘤。之后，遍布美国都有指定的医疗中心使用V2 系统。NI 帮助Sanarus 快速有效地开发嵌入式控制系统，提供友好的图形化界面兼有最优秀的品质，并且最终为安全可靠的医治服务提供了技术保障。