當前位置:首頁 > 測試測量 > 測試測量
[導(dǎo)讀]3D模擬器 行業(yè): 生命科學(xué), 機器視覺/成像設(shè)備, 醫(yī)學(xué)/ 醫(yī)療器械產(chǎn)品: LabVIEW, 圖像開發(fā)工具包, CompactRIO, cRIO-9116, cRIO-9022挑戰(zhàn): 開發(fā)一個逼真、可靠和可重新配置測試環(huán)境,幫助最新的心臟輔助

3D模擬器

行業(yè):
    生命科學(xué), 機器視覺/成像設(shè)備, 醫(yī)學(xué)/ 醫(yī)療器械
產(chǎn)品:
    LabVIEW, 圖像開發(fā)工具包, CompactRIO, cRIO-9116, cRIO-9022
挑戰(zhàn):
    開發(fā)一個逼真、可靠和可重新配置測試環(huán)境,幫助最新的心臟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(chuàng)建一個獨立的硬件在環(huán)(HIL)測試環(huán)境。該測試環(huán)境可以把人工機械心臟與循環(huán)血流模型相結(jié)合,創(chuàng)造一個包含真實血液動力環(huán)境的生動的解決方案。

"CompactRIO提供了一個堅固、可靠、獨立的平臺,使我們的團隊能夠進行持續(xù)性測試,這在普通的計算機上是不可能實現(xiàn)的。"
由心臟病導(dǎo)致的死亡占發(fā)達國家所有死亡人口的將近一半。心臟移植仍然是治療心臟病最有效的方式,但捐獻的器官遠遠及不上需求。為了解決這種不平衡情況,目前人們正在研究使用。利茲大學(xué)正在開發(fā)的一種新穎的機械人工心臟輔助裝置被命名為智能心室輔助裝置(iVAD)。該裝置能夠作為人造肌肉包覆心臟,通過在心臟心室外表面周圍施加與自然節(jié)律同步的壓力,為
衰竭的心臟提供輔助。這種周期性的“擠壓”作用可以增加心肌動力,提高患病心臟的排血量。
 
我們需要真實地把iVAD應(yīng)用于一個模擬的心臟,以便測量壓力對其的影響,所以逼真的體外測試環(huán)境對于開發(fā)來說勢在必行。在過去,其他的心臟輔助裝置的測試系統(tǒng)一般采用龐大的機械仿真循環(huán)系統(tǒng),或者使用靠別的動物的血液循環(huán)支撐的離體心臟來完成。這兩種方法對我們而言都不實用,所以我們創(chuàng)造了一個獨特的HIL(硬件在環(huán))的心臟模擬器,它可以把實時的軟件血流模型與實體3D人工心臟相結(jié)合。我們使用NI LabVIEW 圖形化程序環(huán)境和CompactRIO 進一步增強測試環(huán)境,所以心臟模擬器可以像獨立系統(tǒng)一樣工作并且在更長的持續(xù)期間內(nèi)可靠運行。
 
心臟模擬器原理
我們需要心臟模擬器能夠被重新配置,以便復(fù)制不同的病人類型、疾病類型和動物模型的真實血液環(huán)境。這種調(diào)整可以減少對動物試驗的依賴,因為心臟模擬器可以延長使用iVAD原型進行的試驗,并且提供關(guān)于iVAD生理效應(yīng)的信息。
 
對于iVAD等輔助裝置而言,輔助裝置和心臟表面的交互作用至關(guān)重要。這種交互作用很可能取決于難以模擬的人體特性,例如間隙和非線性摩擦;因此,對于心臟模擬器而言,擁有一個可以和iVAD進行交互的實體對象至關(guān)重要,我們可以監(jiān)測壓縮過程中的原始數(shù)據(jù)。
 
心臟模擬器設(shè)計
在設(shè)計心臟模擬器的過程中,我們采用了HIL仿真的原理。這是一種在工業(yè)中常見的測試技術(shù)。HIL在軟件中仿真了系統(tǒng)中的一些元件,并且通過I/O將它們連接到需要測試的同一系統(tǒng)中的特定的真實硬件。為了滿足心臟模擬器的要求,我們采用了一個機械心臟作為HIL仿真的中的硬件部分,將其放置在一個仿真的血流循環(huán)模型中。并利用兩者之間的連續(xù)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(nèi)時如何進行輔助,并對心臟和血流產(chǎn)生影響。
 
人工心臟的形狀由兩個可變形的半圓狀的結(jié)構(gòu)所確定,它們由彎曲的彈簧鋼條所組成,鋼條被固定在兩頭,其邊界形狀是可以調(diào)節(jié)的。我們還開發(fā)了一個定制的NI視覺程序用于確定必要邊界形狀,以使每個鋼條的輪廓與參考的心臟模型相匹配。我們采用兩個線性執(zhí)行機構(gòu)來實現(xiàn)彎曲鋼條的循環(huán)控制,以逼真地表現(xiàn)出心臟左心室和右心室的動態(tài)運動。我們控制血流模型中的執(zhí)行機構(gòu)進行運動,以仿真模擬心臟的運動,所以模擬心臟的任何體積變化都會直接影響到人工心臟。除了能夠匹配心臟的形狀,這樣的設(shè)計還使我們可以通過單獨改變鋼條的機械屬性(例如厚度),來改變?nèi)斯ば呐K外圍的局部硬度。最后,我們在鋼條外圍包裹了一層薄薄的松緊帶,從而實現(xiàn)了iVAD。
 
心臟模擬器實現(xiàn)
如上所述,我們使用帶有反饋的回路來評估iVAD對心血管系統(tǒng)的幫助。在人工心臟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)中的數(shù)據(jù)。在模型內(nèi),這些數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換為對于每個心室的輔助壓力,并實時計算出隨后對血流的影響,最后輸出到硬件并且相應(yīng)改變?nèi)斯ば呐K的運動。
 
血流模型的工作方式與電氣網(wǎng)絡(luò)的閉環(huán)集中參數(shù)模型類似。因為心臟的每個區(qū)域都單獨被模擬的,所以我們可以對心臟實現(xiàn)局部控制,并調(diào)節(jié)出特殊的心臟條件或心臟疾病。為了滿足我們的主要目標,血流模型可以自動調(diào)整,通過使用非線性最小平方參數(shù)估計法(在LabVIEW代碼中,可以實現(xiàn)為一種狀態(tài))來表征生理數(shù)據(jù)。這意味著心臟模擬器可以精確反映大多數(shù)病狀和體內(nèi)模型的血液動力特征,有助于提高我們對裝置的潛在效應(yīng)的了解。
 
我們使用CompactRIO來控制人工心臟,運行仿真并且經(jīng)由TCP把數(shù)據(jù)發(fā)送到Windows主機以供顯示和保存。實時控制器可以執(zhí)行兩個并行運行的回路:一個高優(yōu)先級控制回路用于控制血流模型,以及一個低優(yōu)先級通信回路,可以向Windows主機發(fā)送和接收隊列中的TCP數(shù)據(jù)。高優(yōu)先級血流模型回路以500 Hz的速度運行,并且把兩個心室容積轉(zhuǎn)換為已校準的定位電壓。定位電壓被發(fā)送到現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)I/O,以控制所有線性執(zhí)行機構(gòu)來執(zhí)行。FPGA經(jīng)過編譯后可處理CompactRIO的所有I/O,并提供加熱器(用于使心臟模擬器外殼溫度保持在37°C。(體溫))的比例積分(PI)控制。
 
NI解決方案的優(yōu)勢
CompactRIO為心臟模擬器的制造提供了一個堅固、可靠、獨立的平臺,使我們的團隊能夠進行持續(xù)性測試,這在普通的計算機上是不可能實現(xiàn)的。系統(tǒng)緊湊小巧,并擁有各種插入式模塊,為我們成功創(chuàng)造解決方案提供了有力的保障。

 

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點,本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實性等。需要轉(zhuǎn)載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請及時聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫毥谦F公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關(guān)鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運行,同時企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險,如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機 衛(wèi)星通信

要點: 有效應(yīng)對環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實提質(zhì)增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競爭力 堅持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強核心競爭優(yōu)勢...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運營商 數(shù)字經(jīng)濟

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術(shù)學(xué)會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。 活動現(xiàn)場 NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會上,軟通動力信息技術(shù)(集團)股份有限公司(以下簡稱"軟通動力")與長三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉