行業:
生命科學, 機器視覺/成像設備, 醫學/ 醫療器械
產品:
LabVIEW, 圖像開發工具包, CompactRIO, cRIO-9116, cRIO-9022
挑戰:
開發一個逼真、可靠和可重新配置測試環境，幫助最新的心髒輔助裝置進行提高和改善，而無需進行動物試驗。
解決方案:
利用NI CompactRIO創建一個獨立的硬件在環（HIL）測試環境。該測試環境可以把人工機械心髒與循環血流模型相結合，創造一個包含真實血液動力環境的生動的解決方案。
"CompactRIO提供了一個堅固、可靠、獨立的平台，使我們的團隊能夠進行持續性測試，這在普通的計算機上是不可能實現的。"
由you心xin髒zang病bing導dao致zhi的de死si亡wang占zhan發fa達da國guo家jia所suo有you死si亡wang人ren口kou的de將jiang近jin一yi半ban。心xin髒zang移yi植zhi仍reng然ran是shi治zhi療liao心xin髒zang病bing最zui有you效xiao的de方fang式shi，但dan捐juan獻xian的de器qi官guan遠yuan遠yuan及ji不bu上shang需xu求qiu。為wei了le解jie決jue這zhe種zhong不bu平ping衡heng情qing況kuang，目mu前qian人ren們men正zheng在zai研yan究jiu使shi用yong。利li茲zi大da學xue正zheng在zai開kai發fa的de一yi種zhong新xin穎ying的de機ji械xie人ren工gong心xin髒zang輔fu助zhu裝zhuang置zhi被bei命ming名ming為wei智zhi能neng心xin室shi輔fu助zhu裝zhuang置zhi（iVAD）。該裝置能夠作為人造肌肉包覆心髒，通過在心髒心室外表麵周圍施加與自然節律同步的壓力，為衰竭的心髒提供輔助。這種周期性的“擠壓”作用可以增加心肌動力，提高患病心髒的排血量。
我們需要真實地把iVAD應ying用yong於yu一yi個ge模mo擬ni的de心xin髒zang，以yi便bian測ce量liang壓ya力li對dui其qi的de影ying響xiang，所suo以yi逼bi真zhen的de體ti外wai測ce試shi環huan境jing對dui於yu開kai發fa來lai說shuo勢shi在zai必bi行xing。在zai過guo去qu，其qi他ta的de心xin髒zang輔fu助zhu裝zhuang置zhi的de測ce試shi係xi統tong一yi般ban采cai用yong龐pang大da的de機ji械xie仿fang真zhen循xun環huan係xi統tong，或huo者zhe使shi用yong靠kao別bie的de動dong物wu的de血xue液ye循xun環huan支zhi撐cheng的de離li體ti心xin髒zang來lai完wan成cheng。這zhe兩liang種zhong方fang法fa對dui我wo們men而er言yan都dou不bu實shi用yong，所suo以yi我wo們men創chuang造zao了le一yi個ge獨du特te的deHIL(硬件在環)的心髒模擬器，它可以把實時的軟件血流模型與實體3D人工心髒相結合。我們使用NI LabVIEW 圖形化程序環境和CompactRIO進一步增強測試環境，所以心髒模擬器可以像獨立係統一樣工作並且在更長的持續期間內可靠運行。
心髒模擬器原理
我們需要心髒模擬器能夠被重新配置，以便複製不同的病人類型、疾病類型和動物模型的真實血液環境。這種調整可以減少對動物試驗的依賴，因為心髒模擬器可以延長使用iVAD原型進行的試驗，並且提供關於iVAD生理效應的信息。
對於iVAD等輔助裝置而言，輔助裝置和心髒表麵的交互作用至關重要。這種交互作用很可能取決於難以模擬的人體特性，例如間隙和非線性摩擦；因此，對於心髒模擬器而言，擁有一個可以和iVAD進行交互的實體對象至關重要，我們可以監測壓縮過程中的原始數據。
心髒模擬器設計
在設計心髒模擬器的過程中，我們采用了HIL仿真的原理。這是一種在工業中常見的測試技術。HIL在軟件中仿真了係統中的一些元件，並且通過I/O將它們連接到需要測試的同一係統中的特定的真實硬件。為了滿足心髒模擬器的要求，我們采用了一個機械心髒作為HIL仿真的中的硬件部分，將其放置在一個仿真的血流循環模型中。並利用兩者之間的連續不斷的相互作用的回路進行評估，以了解當iVAD被移植到人體內時如何進行輔助，並對心髒和血流產生影響。
rengongxinzangdexingzhuangyoulianggekebianxingdebanyuanzhuangdejiegousuoqueding，tamenyouwanqudedanhuanggangtiaosuozucheng，gangtiaobeigudingzailiangtou，qibianjiexingzhuangshikeyitiaojiede。womenhaikaifaleyigedingzhideNI視(shi)覺(jiao)程(cheng)序(xu)用(yong)於(yu)確(que)定(ding)必(bi)要(yao)邊(bian)界(jie)形(xing)狀(zhuang)，以(yi)使(shi)每(mei)個(ge)鋼(gang)條(tiao)的(de)輪(lun)廓(kuo)與(yu)參(can)考(kao)的(de)心(xin)髒(zang)模(mo)型(xing)相(xiang)匹(pi)配(pei)。我(wo)們(men)采(cai)用(yong)兩(liang)個(ge)線(xian)性(xing)執(zhi)行(xing)機(ji)構(gou)來(lai)實(shi)現(xian)彎(wan)曲(qu)鋼(gang)條(tiao)的(de)循(xun)環(huan)控(kong)製(zhi)，以(yi)逼(bi)真(zhen)地(di)表(biao)現(xian)出(chu)心(xin)髒(zang)左(zuo)心(xin)室(shi)和(he)右(you)心(xin)室(shi)的(de)動(dong)態(tai)運(yun)動(dong)。我(wo)們(men)控(kong)製(zhi)血(xue)流(liu)模(mo)型(xing)中(zhong)的(de)執(zhi)行(xing)機(ji)構(gou)進(jin)行(xing)運(yun)動(dong)，以(yi)仿(fang)真(zhen)模(mo)擬(ni)心(xin)髒(zang)的(de)運(yun)動(dong)，所(suo)以(yi)模(mo)擬(ni)心(xin)髒(zang)的(de)任(ren)何(he)體(ti)積(ji)變(bian)化(hua)都(dou)會(hui)直(zhi)接(jie)影(ying)響(xiang)到(dao)人(ren)工(gong)心(xin)髒(zang)。除(chu)了(le)能(neng)夠(gou)匹(pi)配(pei)心(xin)髒(zang)的(de)形(xing)狀(zhuang)，這(zhe)樣(yang)的(de)設(she)計(ji)還(hai)使(shi)我(wo)們(men)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)單(dan)獨(du)改(gai)變(bian)鋼(gang)條(tiao)的(de)機(ji)械(xie)屬(shu)性(xing)（例如厚度），來改變人工心髒外圍的局部硬度。最後，我們在鋼條外圍包裹了一層薄薄的鬆緊帶，從而實現了iVAD。
心髒模擬器實現
如上所述，我們使用帶有反饋的回路來評估iVAD對心血管係統的幫助。在人工心髒周圍相等間隔位置安放了四個相似的壓力傳感器，以便提供iVAD輔助過程（壓縮過程）中zhong的de數shu據ju。在zai模mo型xing內nei，這zhe些xie數shu據ju被bei轉zhuan換huan為wei對dui於yu每mei個ge心xin室shi的de輔fu助zhu壓ya力li，並bing實shi時shi計ji算suan出chu隨sui後hou對dui血xue流liu的de影ying響xiang，最zui後hou輸shu出chu到dao硬ying件jian並bing且qie相xiang應ying改gai變bian人ren工gong心xin髒zang的de運yun動dong。
xueliumoxingdegongzuofangshiyudianqiwangluodebihuanjizhongcanshumoxingleisi。yinweixinzangdemeigequyudoudandubeimonide，suoyiwomenkeyiduixinzangshixianjubukongzhi，bingtiaojiechuteshudexinzangtiaojianhuoxinzangjibing。weilemanzuwomendezhuyaomubiao，xueliumoxingkeyizidongtiaozheng，tongguoshiyongfeixianxingzuixiaopingfangcanshugujifa（在LabVIEW代碼中，可以實現為一種狀態）來(lai)表(biao)征(zheng)生(sheng)理(li)數(shu)據(ju)。這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)心(xin)髒(zang)模(mo)擬(ni)器(qi)可(ke)以(yi)精(jing)確(que)反(fan)映(ying)大(da)多(duo)數(shu)病(bing)狀(zhuang)和(he)體(ti)內(nei)模(mo)型(xing)的(de)血(xue)液(ye)動(dong)力(li)特(te)征(zheng)，有(you)助(zhu)於(yu)提(ti)高(gao)我(wo)們(men)對(dui)裝(zhuang)置(zhi)的(de)潛(qian)在(zai)效(xiao)應(ying)的(de)了(le)解(jie)。
我們使用CompactRIO來控製人工心髒，運行仿真並且經由TCP把數據發送到Windows主機以供顯示和保存。實時控製器可以執行兩個並行運行的回路：一個高優先級控製回路用於控製血流模型，以及一個低優先級通信回路，可以向Windows主機發送和接收隊列中的TCP數據。高優先級血流模型回路以500 Hz的速度運行，並且把兩個心室容積轉換為已校準的定位電壓。定位電壓被發送到現場可編程門陣列（FPGA）I/O，以控製所有線性執行機構來執行。FPGA經過編譯後可處理CompactRIO的所有I/O，並提供加熱器（用於使心髒模擬器外殼溫度保持在37°C。（體溫））的比例積分（PI）控製。
NI解決方案的優勢
CompactRIO為心髒模擬器的製造提供了一個堅固、可靠、dulidepingtai，shiwomendetuanduinenggoujinxingchixuxingceshi，zhezaiputongdejisuanjishangshibukenengshixiande。xitongjincouxiaoqiao，bingyongyougezhongcharushimokuai，weiwomenchenggongchuangzaojiejuefangantigongleyoulidebaozhang。
下一步：
了解利茲大學開發的為中風患者提供幫助的雙機器人係統
登陸ni官網，訪問更多應用案例www.ni.com/china
