采用NI LabVIEW和RIO技術開發的革命性獸醫影像系統

Animage和Fidex

　　Animage LLC是Exxim Computing Corporation公司的子公司，成立于2008年，為獸醫市場提供高端的影像產品。在成功成為諸如錐束CT掃描等影像產品算法開發的行業專家后，Animage LLC決定擴展其業務到硬件系統設計，由此誕生了首款面向獸醫市場的前所未有的產品 ——Fidex三合一影像系統。此多模式診斷影像系統主要用于小動物獸醫診斷。

　　Fidex可產生三種模式的診斷影像，而之前，這需要三個單獨的設備才能實現。

　　第一種模式是數字化射線成像（X-射線），通常是為病人實施的第一次成像，一般被認為是診斷影像的必不可少的步驟。 但有時X射線成像并不能為診斷提供足夠的信息，此時就需要更高級的技術。

圖1 數字化射線成像通常是獸醫需要的第一類圖像

　　第二種模式使用三維CT，也就是大家熟知的采用錐束技術的CAT掃描。 這種技術與我們在人體醫療掃描器中見到的標準扇束技術不同，錐束CT通過帶有C形臂的X射線光源及探測器在物體周圍循環轉動，使用寬錐束采集全息CT數據。采用錐束技術，Fidex得以實現較小的覆蓋面積，CT部件也簡單易用。

　　圖2 CT掃描，C形臂繞受診動物旋轉，采集數千幅單獨影像，然后將重建這些影像。Fidex采用一種叫做錐束成像的革命性影像重建算法。

　　第三種模式是透視（或者運動捕捉X射線攝像），使用C形臂可在任何所需角度進行攝像。此種模式一般用來研究關節運動、吞咽、心臟功能、其他生理運動，以及某些外科手術和插管過程的實時導引。

　　圖3 移動X射線成像，或稱作透視，在多種診斷和臨床應用中都是理想的方案——如觀察關節運動，或對一只站在平臺上吃東西的小狗進行吞咽研究等。

　　采用NI LabVIEW和CompactRIO進行原型創建

　　2008年4月進行第一階段的開發，目標是開發出測試臺原型，控制X射線光源、X射線探測器和運動系統。軟件開發從風險最高的部分開始，然后逐漸進行。我們使用了LabVIEW軟件，這使得我們可以專注于產品的關鍵算法，而不受瑣碎、復雜的硬件設計的影響。

　　開發從控制X射線光源開始。然后編寫定時代碼，對X射線光源的激發及傳感器的數據采集進行同步。 最后，我們將機械原型系統和安裝在機架上的激發與采集系統集成到一起，并加入運動控制對基本過程進行論證。此功能原型成功地論證了產品的可行性，這使得我們對于成功完成其他階段的開發任務充滿了信心。由于此系統基于LabVIEW，可以很容易地對設計進行修改，即便更換一些部件也幾乎不會對我們的進度安排帶來影響，因此，首個原型的建立僅耗時約6個月。

　　采用NI Single-Board RIO進行部署

　　在接下來的階段中，我們需要試制首個影像系統。最終的機械設計幾乎完全基于原型機械系統，僅做了幾處細微改進。我們采用了NI CompactRIO對一臺具有完整X射線系統、移動掃描架和移動準直器的原型掃描器F-001進行控制。完成此系統僅耗時3個月。

　　最后，我們需要開發風險緩解代碼及豐富的用戶界面，并采用專為嵌入式機器開發設計的單板計算機硬件將我們的原型移植到最終的部署平臺。我們采用NI Single-Board RIO作為部署平臺，實現了與原型系統一樣的代碼。 然后我們繼續開發，增加了病人定位功能及系統控制面板。甚至使用了LabVIEW進行用戶界面設計，在3個月內就完成了新系統F-002。 NI Single-Board RIO使用以下部件對終端設備進行控制：

• 　　帶編碼器和端位開關的旋轉掃描架
• 　　帶編碼器和端位開關的定位探測器
• 　　帶編碼器和端位開關的升降病床
• 　　X射線發生器（千伏，毫安，脈沖發生和錯誤處理）
• 　　旋轉陽極
• 　　四個準直器電機
• 　　探測器觸發信號
• 　　用于病人定位的現場燈光和激光
• 　　掃描架控制面板輸入和狀態顯示模塊

　　未來的計劃

　　我們計劃再試制兩臺設備進行臨床試驗。雖然可以預見會有一些必要的修改，但我們對使用LabVIEW對這些性能進行簡單地添加非常有信心。通過使用LabVIEW和NI Single-Board RIO，我們避免了從零開始開發絕大部分的系統，從而縮短了上市時間，節省了約3位研發人員全年的工作量或約$300,000美元的人力成本。