使用PXI平台与网络分析仪实现病人大脑中风类型检测区分设计

作者：Stefan Kidborg - Medfield Diagnostics AB

“通过使用PXI平台与网络分析仪，可以让我们专注于临床试验，而无需花费精力自行设计硬件平台。”

- Stefan Kidborg， Medfield Diagnostics AB

挑战：开发一种快速的小型系统，在临床试验中检测微波信号，实现Medfield科技对出血性中风和凝血性中风的类型区分，让病人在救护车上就可以开始通血栓的治疗。

解决方案：使用NI PXI平台与LabVIEW系统设计软件，开发小型系统，用于检测病人大脑中风的类型

我们用LabVIEW和PXI平台建立了一套系统，将一个基于PC的控制器、一个NI PXI-2547、一个NI PXI-2548射频仪器和一个NI PXIe-5630网络分析仪整合为一个独立单元。该测量装置戴在病人头上，并且使用十二根天线与系统相连。

背景

在瑞典，每年有大约30，000例新增中风病例，其中包括85%的缺血性中风（凝血或血管阻塞）和15%的出血性中风（脑组织出血）。中风是急性致死的第三大病因，也是神经功能障碍的首要原因。中风需要全天候医院护理，因而成为西方世界卫生保健开销最大的疾病1。在中风的幸存者中，20%留有严重的感觉运动机能障碍；并且很大一部分人虽然功能障碍并不明显，但是他们的生活质量却也受到了很大的影响2。

早期的溶栓治疗对中风患者的治疗非常有效，但是这种治疗仅限于缺血性中风。这种方法如果用于出血性中风的治疗，对患者来说是非常危险的。一般来说，治疗实施得越早疗效越好；一旦症状出现之后超过了4.5小时，则不能实施这一治疗，因为此时组织的损伤会导致有很高的颅内出血的风险。排除出血性溶血通常使用计算机断层成像技术（Computer tomography， CT）。但是由于患者送诊的路途和使用这些仪器进行检测都需要很长时间，这就导致了只有4%到8%的中风病人最终能按时接受到溶栓治疗。

梅德菲尔德诊断公司开发的微波诊断方法可以在CT扫描之前区分缺血性中风和出血性中风，并且能够最终取代CT。它是一种非侵入性的便携式病人筛查装置，能够确定颅内出血存在与否、出血部位和范围。当病人刚刚抵达急救室时，或者当急救车人员到达急救现场时，即可使用该仪器。

微波诊断与其它的医学影像技术本质上差别很大。X射线直接穿过检测部位，而超声仪则利用了声波的反射。但微波诊断技术利用的是微波在体内的散射（图2）。这台仪器使用了一个接有许多天线的装置；使用仪器时，这个装置被戴在头上。每根天线每次传输一个声波信号给信号采集器，与此同时，其它的天线会接收信号。这项技术的另一个优势在于，它的部件非常紧凑，可以方便的在健康护理链的前端——急救室或救护车内——使用。

为了实现对中风患者的床边检测，这个系统需要灵活可移动。我们与NI的合作伙伴Prevas公司以及NI共同合作，开发了一套以NI PXIe-5630矢量网络分析仪（Vector Network Analyzer，VNA）为核心的系统。VNA被安装在PXI-1065机箱中。整个系统包括12根天线，开关阵列由四个NI PXI-2547和四个NI PXI-2548模块构成（图3）。

 

我们使用 LabVIEW开发了系统的控制和测量软件，并且使用C# .NET开发了人机交互界面。为了满足用户界面的需求，我们选择了 C# .NET来实现开发过程。由于LabVIEW可以很好的兼容不同开发工具，所以LabVIEW结合C# .NET是系统软件开发的最佳方案（图4）。

我们在用户界面的开发过程中与护士进行了紧密合作，以确保该软件的用户友好性。测量过程中，护士可以随时看到剩余时间。因此，如果病人需要转移，护士可以根据检测的剩余时间决定何时进行转移（图5）。

在图6中，12根天线（S11到S1212）的信号被显示在一个简单的表格里。护士可以根据这些信息确定每根天线和头部是否形成了可靠连接。

在软件的工程模式中，对于VNA和开关的控制也非常简便。只要在左边的天线与头部连接位置图中选择相应的天线，进行发送和接收，就可以在界面右边看到该天线的信号图（图7）。

我们根据医院的使用环境，选择了一个12端口的VNA，体积紧凑并且可以提供快速的解决方案。这一方案在护士中反响很好。

由于Prevas公司是NI的优选合作伙伴，所以在NI完成VNA的同时Prevas就可以开发出这套仪器。在新的NI VNA面世的同时，Strokefinder R10也可以投入生产。

责任编辑：gt