創(chuàng)建基于NI PXI及LabVIEW的磁振成像系統(tǒng)用于診斷嬰
Author(s):
Christopher G. Atwood - Tristan Technologies, Inc.
Industry:
Research, Biotechnology
Products:
PXI/CompactPCI, LabVIEW
The Challenge:
開發(fā)非侵入式的磁振成像系統(tǒng),在時間和空間上繪制嬰兒可能出現(xiàn)大腦癱瘓及癲癇癥狀時腦活動所產生的磁場,從而能夠在早期實施醫(yī)療介入。
The Solution:
創(chuàng)建適應性強的高速多通道NI PXI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),通過NI MXI-3總線將實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程控制器,采用基于NI LabVIEW的軟件進行數(shù)據(jù)處理。
挑戰(zhàn)腦部成像
腦部活動涉及復雜的電流模式,電流流過腦部的神經,迅速在不同大腦區(qū)域內移動,并隨時間變化。這些電流產生極微弱的磁場,僅數(shù)十個毫微微特斯拉,比地球磁場弱10個數(shù)量級。我們受一位世界著名的學者委托,設計一臺能夠在磁干擾極大的醫(yī)院環(huán)境下測量 并繪制這些微小磁場的機器。目前現(xiàn)有的技術都很難解決該難題。我們采用超導量子干涉儀(SQUID)來設計該系統(tǒng),它具有極高的磁場靈敏度,從而能夠達到原型要求的傳感專業(yè)能力
一家制造人腦成像設備的制造商提出要求用50萬美元建造具有多層屏蔽合金墻的房間,如果采用C語言編程,需要6個專業(yè)編程人員超過10年的工作量才能實現(xiàn)。用LabVIEW能夠實現(xiàn)同樣的數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示及更多其它功能,只需一個未經正式軟件開發(fā)培訓的工程師不到1年的時間即可完成。我們接受挑戰(zhàn),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嬰兒尺寸的頭托,可容納將近100個SQUID傳感器,通過液態(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(shù)據(jù)采集設備(NI PXI-4472 DSA)。我們采用PXI 機箱中的背板總線傳輸所有通道間的同步采集數(shù)據(jù),這對于成功繪制腦活動圖非常關鍵。采集到的數(shù)據(jù)被連續(xù)寫入存儲器,通過光纖MXI-3總線進行直接存儲器讀取,在遠程計算機上實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理。我們采用ni.com上的共享案例來配置軟硬件,僅用大約數(shù)分鐘時間即可實現(xiàn)基本采集功能。
LabVIEW庫節(jié)省開發(fā)時間
系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)顯示依賴于靈活的研究模型,現(xiàn)在卻需要盡量簡化以備臨床使用。LabVIEW使之成為可能。我們采用LabVIEW自帶的豐富矩陣函數(shù)庫編寫了噪聲抑制算法,并使用了NI高級信號處理工具集中的功能。通過詳細的文檔及大量案例,快速完成了軟件開發(fā)。我們還在軟件中直接集成了已有的圖形化工具,實現(xiàn)常用的數(shù)字濾波、小波設計、聯(lián)合時頻域分析。綜合以上所有軟件組件,我們消除了通道間的信號相關性。此外,我們實現(xiàn)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。
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