創(chuàng )建基于NI PXI及LabVIEW的磁振成像系統用于診斷嬰

Author(s):
Christopher G. Atwood - Tristan Technologies, Inc.

Industry:
Research, Biotechnology

Products:
PXI/CompactPCI, LabVIEW

The Challenge:
開(kāi)發(fā)非侵入式的磁振成像系統，在時(shí)間和空間上繪制嬰兒可能出現大腦癱瘓及癲癇癥狀時(shí)腦活動(dòng)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，從而能夠在早期實(shí)施醫療介入。

The Solution:
創(chuàng )建適應性強的高速多通道NI PXI數據采集系統，通過(guò)NI MXI-3總線(xiàn)將實(shí)時(shí)數據傳輸到遠程控制器，采用基于NI LabVIEW的軟件進(jìn)行數據處理。

挑戰腦部成像

腦部活動(dòng)涉及復雜的電流模式，電流流過(guò)腦部的神經(jīng)，迅速在不同大腦區域內移動(dòng)，并隨時(shí)間變化。這些電流產(chǎn)生極微弱的磁場(chǎng)，僅數十個(gè)毫微微特斯拉，比地球磁場(chǎng)弱10個(gè)數量級。我們受一位世界著(zhù)名的學(xué)者委托，設計一臺能夠在磁干擾極大的醫院環(huán)境下測量 并繪制這些微小磁場(chǎng)的機器。目前現有的技術(shù)都很難解決該難題。我們采用超導量子干涉儀(SQUID)來(lái)設計該系統，它具有極高的磁場(chǎng)靈敏度，從而能夠達到原型要求的傳感專(zhuān)業(yè)能力

一家制造人腦成像設備的制造商提出要求用50萬(wàn)美元建造具有多層屏蔽合金墻的房間，如果采用C語(yǔ)言編程，需要6個(gè)專(zhuān)業(yè)編程人員超過(guò)10年的工作量才能實(shí)現。用LabVIEW能夠實(shí)現同樣的數據處理、數據顯示及更多其它功能，只需一個(gè)未經(jīng)正式軟件開(kāi)發(fā)培訓的工程師不到1年的時(shí)間即可完成。我們接受挑戰，因為我們相信LabVIEW的能力以及易用的NI硬件配置。

可輕松配置的NI硬件

我們的機械工程師搭建了一個(gè)嬰兒尺寸的頭托，可容納將近100個(gè)SQUID傳感器，通過(guò)液態(tài)氦冷卻，并由真空隔離。傳感器上的模擬信號輸送到PXI 機箱中的NI高速24位數據采集設備(NI PXI-4472 DSA)。我們采用PXI 機箱中的背板總線(xiàn)傳輸所有通道間的同步采集數據，這對于成功繪制腦活動(dòng)圖非常關(guān)鍵。采集到的數據被連續寫(xiě)入存儲器，通過(guò)光纖MXI-3總線(xiàn)進(jìn)行直接存儲器讀取，在遠程計算機上實(shí)現數據處理。我們采用ni.com上的共享案例來(lái)配置軟硬件，僅用大約數分鐘時(shí)間即可實(shí)現基本采集功能。

LabVIEW庫節省開(kāi)發(fā)時(shí)間

系統的數據處理及數據顯示依賴(lài)于靈活的研究模型，現在卻需要盡量簡(jiǎn)化以備臨床使用。LabVIEW使之成為可能。我們采用LabVIEW自帶的豐富矩陣函數庫編寫(xiě)了噪聲抑制算法，并使用了NI高級信號處理工具集中的功能。通過(guò)詳細的文檔及大量案例，快速完成了軟件開(kāi)發(fā)。我們還在軟件中直接集成了已有的圖形化工具，實(shí)現常用的數字濾波、小波設計、聯(lián)合時(shí)頻域分析。綜合以上所有軟件組件，我們消除了通道間的信號相關(guān)性。此外，我們實(shí)現了對重復刺激信號的同步平均。所有這些功能極大的降低了噪聲水平，從而使我們能夠直接獲得腦部信號。