The Challenge:

　　開(kāi)發(fā)非侵入式的磁振成像系統，在時(shí)間和空間上繪制嬰兒可能出現大腦癱瘓及癲癇癥狀時(shí)腦活動(dòng)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，從而能夠在早期實(shí)施醫療介入。

　　The Solution:

　　創(chuàng )建適應性強的高速多通道NI PXI數據采集系統，通過(guò)NI MXI-3總線(xiàn)將實(shí)時(shí)數據傳輸到遠程控制器，采用基于NI LabVIEW的軟件進(jìn)行數據處理。

　　"現在，我們的用戶(hù)擁有了一臺便宜的磁振成像系統，可迅速用于嬰兒的臨床實(shí)驗及醫院診療。"

　　挑戰腦部成像

　　腦部活動(dòng)涉及復雜的電流模式，電流流過(guò)腦部的神經(jīng)，迅速在不同大腦區域內移動(dòng)，并隨時(shí)間變化。這些電流產(chǎn)生極微弱的磁場(chǎng)，僅數十個(gè)毫微微特斯拉，比地球磁場(chǎng)弱10個(gè)數量級。我們受一位世界著(zhù)名的學(xué)者委托，設計一臺能夠在磁干擾極大的醫院環(huán)境下測量 并繪制這些微小磁場(chǎng)的機器。目前現有的技術(shù)都很難解決該難題。我們采用超導量子干涉儀(SQUID)來(lái)設計該系統，它具有極高的磁場(chǎng)靈敏度，從而能夠達到原型要求的傳感專(zhuān)業(yè)能力

　　一家制造人腦成像設備的制造商提出要求用50萬(wàn)美元建造具有多層屏蔽合金墻的房間，如果采用C語(yǔ)言編程，需要6個(gè)專(zhuān)業(yè)編程人員超過(guò)10年的工作量才能實(shí)現。用LabVIEW能夠實(shí)現同樣的數據處理、數據顯示及更多其它功能，只需一個(gè)未經(jīng)正式軟件開(kāi)發(fā)培訓的工程師不到1年的時(shí)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(gè)嬰兒尺寸的頭托，可容納將近100個(gè)SQUID傳感器，通過(guò)液態(tài)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(xiàn)傳輸所有通道間的同步采集數據，這對于成功繪制腦活動(dòng)圖非常關(guān)鍵。采集到的數據被連續寫(xiě)入存儲器，通過(guò)光纖MXI-3總線(xiàn)進(jìn)行直接存儲器讀取，在遠程計算機上實(shí)現數據處理。我們采用ni.com上的共享案例來(lái)配置軟硬件，僅用大約數分鐘時(shí)間即可實(shí)現基本采集功能。

　　LabVIEW庫節省開(kāi)發(fā)時(shí)間

　　系統的數據處理及數據顯示依賴(lài)于靈活的研究模型，現在卻需要盡量簡(jiǎn)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(xiě)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(guò)詳細的文檔及大量案例，快速完成了軟件開(kāi)發(fā)。我們還在軟件中直接集成了已有的圖形化工具，實(shí)現常用的數字濾波、小波設計、聯(lián)合時(shí)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(guān)性。此外，我們實(shí)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。

　　LabVIEW代碼的高效性

　　我們希望能在數據采集的同時(shí)處理并顯示數據，讓醫生可以通過(guò)調整頭部位置，或調整刺激的種類(lèi)(如皮膚表面的氣鼓或聲波模式)，進(jìn)而影響腦活動(dòng)，實(shí)現一系列測量。這就要求極高的數據處理速度，但我們發(fā)現，只要注重LabVIEW代碼的效率問(wèn)題，采用商用雙Xeon 2.6 GHz機器就能滿(mǎn)足需求。原始數據也可同時(shí)傳輸到磁盤(pán)，軟件的設計使得醫生可通過(guò)簡(jiǎn)單調節旋鈕將輸入數據源選擇為來(lái)自PXI機箱的實(shí)時(shí)數據、保存至文件的原始數據、計算后的仿真數據。不同數據源的數據以同樣的方式輸入軟件，通過(guò)噪聲抑制算法，并最終顯示。此外，同樣的軟件還能在任意桌面PC上安裝，為醫生進(jìn)行數據分析提供便利，從而用戶(hù)也無(wú)需為此去學(xué)習不同的軟件包使用方法。

　　LabVIEW圖表功能的靈活性

　　我們采用了LabVIEW圖表組件。舉例來(lái)說(shuō)，我們采用了：

　　標簽中的子面板，使用戶(hù)能夠快速地在多個(gè)顯示間切換，將圖表置于獨立可調整大小的窗口中，并可任意裁剪，從而保證顯示的條理性和靈活性。

　　標簽下多種不同的圖表類(lèi)型，凸顯不同的數據。

　　3D圖表以準實(shí)時(shí)的方式同時(shí)顯示頭部及傳感器。通過(guò)光學(xué)方法檢測嬰兒頭部在頭托傳感器陣列中的自然移動(dòng)，由 LabVIEW軟件計算并繪制頭部相關(guān)于傳感器的位置，并對移動(dòng)進(jìn)行補償。

　　3D圖表用于顯示準實(shí)時(shí)的陣列計算。

　　動(dòng)態(tài)加載分析 VI，用戶(hù)可自行編寫(xiě)算法以及顯示，并自由調用(用于主程序運行中的代碼編輯，或用于快速測試及評估)。

　　例行分析工具庫加載簡(jiǎn)化系統在臨床中的使用。

　　2004年11月14日下午7:44，我們見(jiàn)證了世界上第一個(gè)無(wú)屏蔽的嬰兒腦磁信號。我們成功了。

　　成像系統的未來(lái)

　　我們計劃開(kāi)發(fā)相關(guān)的多通道數據采集系統。使用NI PXI硬件我們可以根據需要拓展或減少通道數量。LabVIEW可使我們自由地將軟件移植到其它操作系統上，并可輕松將本地語(yǔ)言顯示轉化為其它語(yǔ)言?，F在，我們的用戶(hù)能夠擁有一臺便宜的磁振成像系統，可迅速用于嬰兒的臨床試驗及醫院診療。他希望系統能夠直接評估藥物的功效，并輔助外科手術(shù)定位。