The Challenge:

　　開(kāi)發(fā)、部署一個(gè)用于小動(dòng)物獸醫診斷的嵌入式、多模式診斷影像系統，且要求快速完成。

　　The Solution:

　　方案決定采用NI LabVIEW和CompactRIO技術(shù)可快速創(chuàng )建功能原型，并論證可行性，然后100%地將原型軟件代碼移植到NI Single-Board RIO，完成系統部署的最終方案。

　　"采用LabVIEW和NI Single-Board RIO（單板RIO）技術(shù)，我們節省了三個(gè)研發(fā)人員全年的工作量，或約$300,000美元的人力成本。"

　　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(chǎng)提供高端的影像產(chǎn)品。在成功成為諸如錐束CT掃描等影像產(chǎn)品算法開(kāi)發(fā)的行業(yè)專(zhuān)家后，Animage LLC決定擴展其業(yè)務(wù)到硬件系統設計，由此誕生了首款面向獸醫市場(chǎng)的前所未有的產(chǎn)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(dòng)物獸醫診斷。
 
　　Fidex可產(chǎn)生三種模式的診斷影像，而之前，這需要三個(gè)單獨的設備才能實(shí)現。

　　第一種模式是數字化射線(xiàn)成像（X-射線(xiàn)），通常是為病人實(shí)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(shí)X射線(xiàn)成像并不能為診斷提供足夠的信息，此時(shí)就需要更高級的技術(shù)。

圖1 數字化射線(xiàn)成像通常是獸醫需要的第一類(lèi)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(shù)的CAT掃描。 這種技術(shù)與我們在人體醫療掃描器中見(jiàn)到的標準扇束技術(shù)不同，錐束CT通過(guò)帶有C形臂的X射線(xiàn)光源及探測器在物體周?chē)h(huán)轉動(dòng)，使用寬錐束采集全息CT數據。采用錐束技術(shù)，Fidex得以實(shí)現較小的覆蓋面積，CT部件也簡(jiǎn)單易用。

　　圖2 CT掃描，C形臂繞受診動(dòng)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(dòng)捕捉X射線(xiàn)攝像），使用C形臂可在任何所需角度進(jìn)行攝像。此種模式一般用來(lái)研究關(guān)節運動(dòng)、吞咽、心臟功能、其他生理運動(dòng)，以及某些外科手術(shù)和插管過(guò)程的實(shí)時(shí)導引。

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

　　采用NI LabVIEW和CompactRIO進(jìn)行原型創(chuàng )建

　　2008年4月進(jìn)行第一階段的開(kāi)發(fā)，目標是開(kāi)發(fā)出測試臺原型，控制X射線(xiàn)光源、X射線(xiàn)探測器和運動(dòng)系統。軟件開(kāi)發(fā)從風(fēng)險最高的部分開(kāi)始，然后逐漸進(jìn)行。我們使用了LabVIEW軟件，這使得我們可以專(zhuān)注于產(chǎn)品的關(guān)鍵算法，而不受瑣碎、復雜的硬件設計的影響。

　　開(kāi)發(fā)從控制X射線(xiàn)光源開(kāi)始。然后編寫(xiě)定時(shí)代碼，對X射線(xiàn)光源的激發(fā)及傳感器的數據采集進(jìn)行同步。 最后，我們將機械原型系統和安裝在機架上的激發(fā)與采集系統集成到一起，并加入運動(dòng)控制對基本過(guò)程進(jìn)行論證。此功能原型成功地論證了產(chǎn)品的可行性，這使得我們對于成功完成其他階段的開(kāi)發(fā)任務(wù)充滿(mǎn)了信心。由于此系統基于LabVIEW，可以很容易地對設計進(jìn)行修改，即便更換一些部件也幾乎不會(huì )對我們的進(jìn)度安排帶來(lái)影響，因此，首個(gè)原型的建立僅耗時(shí)約6個(gè)月。

　　采用NI Single-Board RIO進(jìn)行部署

　　在接下來(lái)的階段中，我們需要試制首個(gè)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(jìn)。我們采用了NI CompactRIO對一臺具有完整X射線(xiàn)系統、移動(dòng)掃描架和移動(dòng)準直器的原型掃描器F-001進(jìn)行控制。完成此系統僅耗時(shí)3個(gè)月。

　　最后，我們需要開(kāi)發(fā)風(fēng)險緩解代碼及豐富的用戶(hù)界面，并采用專(zhuān)為嵌入式機器開(kāi)發(fā)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(shí)現了與原型系統一樣的代碼。 然后我們繼續開(kāi)發(fā)，增加了病人定位功能及系統控制面板。甚至使用了LabVIEW進(jìn)行用戶(hù)界面設計，在3個(gè)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(jìn)行控制：

　　帶編碼器和端位開(kāi)關(guān)的旋轉掃描架

　　帶編碼器和端位開(kāi)關(guān)的定位探測器

　　帶編碼器和端位開(kāi)關(guān)的升降病床

　　X射線(xiàn)發(fā)生器（千伏，毫安，脈沖發(fā)生和錯誤處理）

　　旋轉陽(yáng)極

　　四個(gè)準直器電機

　　探測器觸發(fā)信號

　　用于病人定位的現場(chǎng)燈光和激光

　　掃描架控制面板輸入和狀態(tài)顯示模塊

　　未來(lái)的計劃

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