创建基于NI PXI及LabVIEW的磁振成像系统用于诊断婴儿脑活动

挑战脑部成像

      脑部活动涉及复杂的电流模式，电流流过脑部的神经，迅速在不同大脑区域内移动，并随时间变化。这些电流产生极微弱的磁场，仅数十个毫微微特斯拉，比地球磁场弱10个数量级。我们受一位世界著名的学者委托，设计一台能够在磁干扰极大的医院环境下测量 并绘制这些微小磁场的机器。目前现有的技术都很难解决该难题。我们采用超导量子干涉仪(SQUID)来设计该系统，它具有极高的磁场灵敏度，从而能够达到原型要求的传感专业能力

      一家制造人脑成像设备的制造商提出要求用50万美元建造具有多层屏蔽合金墙的房间，如果采用C语言编程，需要6个专业编程人员超过10年的工作量才能实现。用LabVIEW能够实现同样的数据处理、数据显示及更多其它功能，只需一个未经正式软件开发培训的工程师不到1年的时间即可完成。我们接受挑战，因为我们相信LabVIEW的能力以及易用的NI硬件配置。

可轻松配置的NI硬件

      我们的机械工程师搭建了一个婴儿尺寸的头托，可容纳将近100个SQUID传感器，通过液态氦冷却，并由真空隔离。传感器上的模拟信号输送到PXI 机箱中的NI高速24位数据采集设备(NI PXI-4472 DSA)。我们采用PXI 机箱中的背板总线传输所有通道间的同步采集数据，这对于成功绘制脑活动图非常关键。采集到的数据被连续写入存储器，通过光纤MXI-3总线进行直接存储器读取，在远程计算机上实现数据处理。我们采用ni.com上的共享案例来配置软硬件，仅用大约数分钟时间即可实现基本采集功能。

LabVIEW库节省开发时间

       系统的数据处理及数据显示依赖于灵活的研究模型，现在却需要尽量简化以备临床使用。LabVIEW使之成为可能。我们采用LabVIEW自带的丰富矩阵函数库编写了噪声抑制算法，并使用了NI高级信号处理工具集中的功能。通过详细的文档及大量案例，快速完成了软件开发。我们还在软件中直接集成了已有的图形化工具，实现常用的数字滤波、小波设计、联合时频域分析。综合以上所有软件组件，我们消除了通道间的信号相关性。此外，我们实现了对重复刺激信号的同步平均。所有这些功能极大的降低了噪声水平，从而使我们能够直接获得脑部信号。

LabVIEW代码的高效性

       我们希望能在数据采集的同时处理并显示数据，让医生可以通过调整头部位置，或调整刺激的种类(如皮肤表面的气鼓或声波模式)，进而影响脑活动，实现一系列测量。这就要求极高的数据处理速度，但我们发现，只要注重LabVIEW代码的效率问题，采用商用双Xeon 2.6 GHz机器就能满足需求。原始数据也可同时传输到磁盘，软件的设计使得医生可通过简单调节旋钮将输入数据源选择为来自PXI机箱的实时数据、保存至文件的原始数据、计算后的仿真数据。不同数据源的数据以同样的方式输入软件，通过噪声抑制算法，并最终显示。此外，同样的软件还能在任意桌面PC上安装，为医生进行数据分析提供便利，从而用户也无需为此去学习不同的软件包使用方法。

LabVIEW图表功能的灵活性

我们采用了LabVIEW图表组件。举例来说，我们采用了：

• 标签中的子面板，使用户能够快速地在多个显示间切换，将图表置于独立可调整大小的窗口中，并可任意裁剪，从而保证显示的条理性和灵活性。
• 标签下多种不同的图表类型，凸显不同的数据。
• 3D图表以准实时的方式同时显示头部及传感器。通过光学方法检测婴儿头部在头托传感器阵列中的自然移动，由 LabVIEW软件计算并绘制头部相关于传感器的位置，并对移动进行补偿。
• 3D图表用于显示准实时的阵列计算。
• 动态加载分析 VI，用户可自行编写算法以及显示，并自由调用(用于主程序运行中的代码编辑，或用于快速测试及评估)。
• 例行分析工具库加载简化系统在临床中的使用。

2004年11月14日下午7:44，我们见证了世界上第一个无屏蔽的婴儿脑磁信号。我们成功了。

成像系统的未来

       我们计划开发相关的多通道数据采集系统。使用NI PXI硬件我们可以根据需要拓展或减少通道数量。LabVIEW可使我们自由地将软件移植到其它操作系统上，并可轻松将本地语言显示转化为其它语言。现在，我们的用户能够拥有一台便宜的磁振成像系统，可迅速用于婴儿的临床试验及医院诊疗。他希望系统能够直接评估药物的功效，并辅助外科手术定位。

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 关于NI
       美国国家仪器有限公司（National Instruments，简称NI）致力于为测试测量、自动化和嵌入式应用领域的工程师和科学家们带来革命性的理念，从“虚拟仪器技术”提升到“图形化系统设计”，帮助他们实现更高效和优化的设计、原型到发布。NI为遍布全球各地的25000家不同的客户提供现成即用的软件（如NI LabVIEW图形化开发平台），和高性价比的模块化硬件。NI总部设在美国德克萨斯州的奥斯汀，在近40个国家和地区设有分支机构，共拥有5,000多名员工。在过去连续9年里，NI被《财富》杂志评选为“全美最适合工作的100家公司之一”。想了解更多关于NI的信息，请访问ni.com/china，或致电800-820-3622。