在肿瘤治疗中应用图形化系统设计模式

　　挑战

　　在严格的规则条例范围内保持设计过程，为通过FDA认证的等级II医疗设备进行设计、原型开发并发布用户界面和控制系统，用于以更为缓和近乎无痛的过程对乳腺肿瘤进行治疗。

　　解决方案

　　使用NI CompactRIO平台、NI LabVIEW实时模块和LabVIEW FPGA模块开发灵活的可靠性高的图形化用户界面和控制系统，在上市时间的巨大压力下，开发能够大大减少接收肿瘤治疗的病人在精神和身体上承受的不适感的设备。Sanarus是一家医疗设备的新兴企业，利用便于执行的设计与开发计划，我们希望能够开拓将对乳腺癌治疗产生巨大影响产品的市场。最后，Visica2治疗系统（V2）是一种将会在医生办公室或诊所使用的仪器。整个过程包含局部麻醉和几乎无痛的实时超声波向导。整个治疗将持续10～20分钟，通过一个细小无须缝合的切口对目标组织进行冰冻和破坏。

　　上市时间压力

　　我们的任务要求在四个月的时间内，开发一个能够工作的V2系统原型，以便满足产品发布的计划。除了要满足投资者的需求之外，我们还要满足市场需求，尽快制造V2系统。为设备编写固件和设计自定义电路板是十分费时的，任何在固件或软件层次的错误都会导致计划推迟，从而将威胁到整个项目的进展。由于V2是一种医疗设备，它不能够包含任何将会影响系统性能的软件或是固件的问题。如果设备无法通过510(k)提交所需的全部测试，我们的整个计划就会失败，而V2可能无法上市。基于这些需求，我们需要一个用于V2系统的完全可靠的开发方案。

　　加速商业硬件的开发

　　Sanarus邀请了一位NI现场工程师一同讨论可能的解决方案。我们很快认识到CompactRIO是我们所需要的一种可行的解决方案，因为它能够综合编程性和集成I/O开发。我们使用CompactRIO设计了原型，证明了V2系统能够在短时间内进行可靠的开发。通过比较使用CompactRIO系统和我们自己的定制硬件，列出了一张利弊表格。使用CompactRIO的优势是十分明显的：定制解决方案可能需要数月进行开发，而使用NI的解决方案只需要数周。

　　此外，对于定制固件而言，“最新标准”的变化将会需要编写新的复杂版本，而使用CompactRIO平台，我们只需要根据需求，花费最少的精力修改代码。在决定使用可触屏PC，而不是使用按钮和LED作为系统的用户界面之后，我们使用了用于Windows图形化编程环境的LabVIEW为PanelPC开发了用户界面。我们还能够使用LabVIEW共享变量，方便地管理GUI和CompactRIO实时控制器之间的通信。我们还在不对开发计划造成任何延迟的情况下，利用系统的灵活性，满足了新特性的需求。

　　因为NI已经事先对模块进行了认证，我们知道CompactRIO也会通过EMC认证。我们无须担心原型系统会因为无法通过EMC认证而需要重新设计。

　　最终的V2系统由一个运行Windows版LabVIEW的PanelPC组成。它对用户界面进行操作，使用LabVIEW共享变量将指令发送到CompactRIO系统中。LabVIEW实时系统用于在CompactRIO实时控制器上实现状态机。在PID中，LabVIEW实时模块调节回路，控制探针头部的温度。这是通过为冷却所需的液氮泵以及简单的电阻加热组件提供控制算法来完成的。LabVIEW FPGA用于管理控制这些设备所需的I/O信号之间的接口。

　　通过长期研究，我们的方法在破坏常见肿瘤方面是十分高效的，V2现在已经在美国的制定中心得到了应用。使用NI产品，我们快速有效地为V2开发了包含友好图形用户界面的嵌入式控制系统，同时还维持了系统的质量，最终确保了病人的安全。我们的CEO认为CompactRIO在Visica2治疗系统项目的成功中起到了关键作用。

　　由于使用了来自NI的图形化系统设计平台，我们的产品设计、原型开发和事件发布都得到了顺利完成。