在腫瘤治療中應用圖形化系統設計模式

　　挑戰

　　在嚴格的規則條例范圍內保持設計過(guò)程，為通過(guò)FDA認證的等級II醫療設備進(jìn)行設計、原型開(kāi)發(fā)并發(fā)布用戶(hù)界面和控制系統，用于以更為緩和近乎無(wú)痛的過(guò)程對乳腺腫瘤進(jìn)行治療。

　　解決方案

　　使用NI CompactRIO平臺、NI LabVIEW實(shí)時(shí)模塊和LabVIEW FPGA模塊開(kāi)發(fā)靈活的可靠性高的圖形化用戶(hù)界面和控制系統，在上市時(shí)間的巨大壓力下，開(kāi)發(fā)能夠大大減少接收腫瘤治療的病人在精神和身體上承受的不適感的設備。Sanarus是一家醫療設備的新興企業(yè)，利用便于執行的設計與開(kāi)發(fā)計劃，我們希望能夠開(kāi)拓將對乳腺癌治療產(chǎn)生巨大影響產(chǎn)品的市場(chǎng)。最后，Visica2治療系統（V2）是一種將會(huì )在醫生辦公室或診所使用的儀器。整個(gè)過(guò)程包含局部麻醉和幾乎無(wú)痛的實(shí)時(shí)超聲波向導。整個(gè)治療將持續10～20分鐘，通過(guò)一個(gè)細小無(wú)須縫合的切口對目標組織進(jìn)行冰凍和破壞。

　　上市時(shí)間壓力

　　我們的任務(wù)要求在四個(gè)月的時(shí)間內，開(kāi)發(fā)一個(gè)能夠工作的V2系統原型，以便滿(mǎn)足產(chǎn)品發(fā)布的計劃。除了要滿(mǎn)足投資者的需求之外，我們還要滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，盡快制造V2系統。為設備編寫(xiě)固件和設計自定義電路板是十分費時(shí)的，任何在固件或軟件層次的錯誤都會(huì )導致計劃推遲，從而將威脅到整個(gè)項目的進(jìn)展。由于V2是一種醫療設備，它不能夠包含任何將會(huì )影響系統性能的軟件或是固件的問(wèn)題。如果設備無(wú)法通過(guò)510(k)提交所需的全部測試，我們的整個(gè)計劃就會(huì )失敗，而V2可能無(wú)法上市?；谶@些需求，我們需要一個(gè)用于V2系統的完全可靠的開(kāi)發(fā)方案。

　　加速商業(yè)硬件的開(kāi)發(fā)

　　Sanarus邀請了一位NI現場(chǎng)工程師一同討論可能的解決方案。我們很快認識到CompactRIO是我們所需要的一種可行的解決方案，因為它能夠綜合編程性和集成I/O開(kāi)發(fā)。我們使用CompactRIO設計了原型，證明了V2系統能夠在短時(shí)間內進(jìn)行可靠的開(kāi)發(fā)。通過(guò)比較使用CompactRIO系統和我們自己的定制硬件，列出了一張利弊表格。使用CompactRIO的優(yōu)勢是十分明顯的：定制解決方案可能需要數月進(jìn)行開(kāi)發(fā)，而使用NI的解決方案只需要數周。

　　此外，對于定制固件而言，“最新標準”的變化將會(huì )需要編寫(xiě)新的復雜版本，而使用CompactRIO平臺，我們只需要根據需求，花費最少的精力修改代碼。在決定使用可觸屏PC，而不是使用按鈕和LED作為系統的用戶(hù)界面之后，我們使用了用于Windows圖形化編程環(huán)境的LabVIEW為PanelPC開(kāi)發(fā)了用戶(hù)界面。我們還能夠使用LabVIEW共享變量，方便地管理GUI和CompactRIO實(shí)時(shí)控制器之間的通信。我們還在不對開(kāi)發(fā)計劃造成任何延遲的情況下，利用系統的靈活性，滿(mǎn)足了新特性的需求。

　　因為NI已經(jīng)事先對模塊進(jìn)行了認證，我們知道CompactRIO也會(huì )通過(guò)EMC認證。我們無(wú)須擔心原型系統會(huì )因為無(wú)法通過(guò)EMC認證而需要重新設計。

　　最終的V2系統由一個(gè)運行Windows版LabVIEW的PanelPC組成。它對用戶(hù)界面進(jìn)行操作，使用LabVIEW共享變量將指令發(fā)送到CompactRIO系統中。LabVIEW實(shí)時(shí)系統用于在CompactRIO實(shí)時(shí)控制器上實(shí)現狀態(tài)機。在PID中，LabVIEW實(shí)時(shí)模塊調節回路，控制探針頭部的溫度。這是通過(guò)為冷卻所需的液氮泵以及簡(jiǎn)單的電阻加熱組件提供控制算法來(lái)完成的。LabVIEW FPGA用于管理控制這些設備所需的I/O信號之間的接口。

　　通過(guò)長(cháng)期研究，我們的方法在破壞常見(jiàn)腫瘤方面是十分高效的，V2現在已經(jīng)在美國的制定中心得到了應用。使用NI產(chǎn)品，我們快速有效地為V2開(kāi)發(fā)了包含友好圖形用戶(hù)界面的嵌入式控制系統，同時(shí)還維持了系統的質(zhì)量，最終確保了病人的安全。我們的CEO認為CompactRIO在Visica2治療系統項目的成功中起到了關(guān)鍵作用。

　　由于使用了來(lái)自NI的圖形化系統設計平臺，我們的產(chǎn)品設計、原型開(kāi)發(fā)和事件發(fā)布都得到了順利完成。