創建基于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:
開發非侵入式的磁振成像系統，在時間和空間上繪制嬰兒可能出現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療介入。

The Solution:
創建適應性強的高速多通道NI PXI數據采集系統，通過NI MXI-3總線將實時數據傳輸到遠程控制器，采用基于NI LabVIEW的軟件進行數據處理。

挑戰腦部成像

腦部活動涉及復雜的電流模式，電流流過腦部的神經，迅速在不同大腦區域內移動，并隨時間變化。這些電流產生極微弱的磁場，僅數十個毫微微特斯拉，比地球磁場弱10個數量級。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院環境下測量 并繪制這些微小磁場的機器。目前現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，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個專業編程人員超過10年的工作量才能實現。用LabVIEW能夠實現同樣的數據處理、數據顯示及更多其它功能，只需一個未經正式軟件開發培訓的工程師不到1年的時間即可完成。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嬰兒尺寸的頭托，可容納將近100個SQUID傳感器，通過液態氦冷卻，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 機箱中的背板總線傳輸所有通道間的同步采集數據，這對于成功繪制腦活動圖非常關鍵。采集到的數據被連續寫入存儲器，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數據處理。我們采用ni.com上的共享案例來配置軟硬件，僅用大約數分鐘時間即可實現基本采集功能。

LabVIEW庫節省開發時間

系統的數據處理及數據顯示依賴于靈活的研究模型，現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。我們還在軟件中直接集成了已有的圖形化工具，實現常用的數字濾波、小波設計、聯合時頻域分析。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。