虛擬儀器在生物醫(yī)學(xué)工程中的應(yīng)用
摘 要:隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展,各種微處理器及硬件設(shè)施更新?lián)Q代的速度不斷加快,在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,對數(shù)據(jù)和信息的準(zhǔn)確性要求日益提高,虛擬儀器應(yīng)運(yùn)而生。由于其價(jià)格低廉,更新?lián)Q代周期短,自定義功能齊全
摘 要:隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展,各種微處理器及硬件設(shè)施更新?lián)Q代的速度不斷加快,在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,對數(shù)據(jù)和信息的準(zhǔn)確性要求日益提高,虛擬儀器應(yīng)運(yùn)而生。由于其價(jià)格低廉,更新?lián)Q代周期短,自定義功能齊全等諸多優(yōu)點(diǎn),虛擬儀器已迅速占領(lǐng)國內(nèi)外市場,并成為生物醫(yī)學(xué)研究的重要支柱。以下就虛擬儀器在生物醫(yī)學(xué)工程中的應(yīng)用進(jìn)行簡要探討和分析。
關(guān)鍵詞:微處理器 生物醫(yī)學(xué) 虛擬儀器 自定義功能 國內(nèi)外市場
虛擬儀器誕生于上世紀(jì)中葉,是由美國某儀器公司首先研制出的用于軟件測控的系統(tǒng),它的使用為測量技術(shù)開辟了新的篇章。虛擬儀器由計(jì)算機(jī)發(fā)展而來,通過相關(guān)軟件和硬件的升級和調(diào)配構(gòu)建而成,是一種高性能的配備可視化界面的自動(dòng)化儀器。一套完善的虛擬儀器要包括測試管理層、程序開發(fā)層、總驅(qū)動(dòng)層和儀器驅(qū)動(dòng)層四個(gè)層面。較之傳統(tǒng)的儀器,它憑借突出的優(yōu)勢迅速占領(lǐng)生物醫(yī)學(xué)市場,如高超的智能化程度,低廉的價(jià)格,較高的性價(jià)比和靈活易操作等,這些特點(diǎn)使得儀器的數(shù)據(jù)庫更加完整可靠,操作更加簡潔直觀,易用程度得到很大改善。其中,軟件是虛擬儀器的總樞紐,是整個(gè)儀器良好運(yùn)行的關(guān)鍵所在,其開發(fā)環(huán)境包括VisualBasic, LabVIEW以及LabWindows/CVI等項(xiàng)目。如今科技飛速發(fā)展,在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,各個(gè)環(huán)節(jié)都需要精確的數(shù)據(jù),頻繁的采樣和高速的數(shù)據(jù)傳輸,計(jì)算機(jī)的升級為虛擬儀器提供了優(yōu)越的推廣空間,并憑借它強(qiáng)大的功能和低廉的價(jià)格,使其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域獲得了較大的發(fā)展空間和較強(qiáng)的生命力。
1 虛擬儀器在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的運(yùn)用
上個(gè)世紀(jì)末,虛擬儀器在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用,其開發(fā)平臺LabVIEW能夠直觀的將編程程序和前面板結(jié)合在一起,使其操作更加便捷,C語言的開發(fā)環(huán)境更加優(yōu)越。做為一種以軟件為核心的新興儀器,虛擬儀器在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用,它不僅能對各種醫(yī)療器械進(jìn)行診斷和檢測,還能準(zhǔn)確建立數(shù)據(jù)庫,對醫(yī)學(xué)科研工作者來說,是必不可少的測試性工具。例如它能快速整理有效信息,代替?zhèn)鹘y(tǒng)的信號發(fā)生器,快速合成所需的病理心電數(shù)據(jù),幫助醫(yī)務(wù)人員更好的解決實(shí)際需要。下面,繼續(xù)就醫(yī)學(xué)儀器和功能拓展兩個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行詳細(xì)談?wù)摗?/div>
1.1 在醫(yī)學(xué)儀器范圍內(nèi)的運(yùn)用
虛擬儀器采用計(jì)算機(jī)數(shù)配控制操作系統(tǒng),首先代替了傳統(tǒng)的人工操作模式,避免因個(gè)人原因造成的數(shù)據(jù)誤差和統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤,其次也代替了傳統(tǒng)的信號發(fā)生器,它功能單一,價(jià)格較高且波形種類不齊全,虛擬儀器憑借其高超的性價(jià)比得到了醫(yī)學(xué)界的廣泛肯定。
虛擬儀器可充當(dāng)醫(yī)學(xué)信號模擬器來對各種醫(yī)療設(shè)施進(jìn)行檢測和修復(fù),使其不斷處于最佳狀態(tài),它能自動(dòng)篩選有用數(shù)據(jù)和文件并快速傳輸,目前已發(fā)展至醫(yī)學(xué)界的重要輔助器材。同樣,另一個(gè)生物醫(yī)學(xué)界十分重要的輔助工具是心電數(shù)據(jù)庫,用于分析數(shù)據(jù)和儀器自動(dòng)化匹配,目前全球較為先進(jìn)的心電數(shù)據(jù)庫為美國的MET-BIM,但它仍采用磁帶記錄動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的方法,導(dǎo)致誤差較大。而基于虛擬儀器的心電數(shù)據(jù)庫對病人的心電信息進(jìn)行長期的準(zhǔn)確的跟蹤調(diào)查,其內(nèi)存采用超大容量硬盤,對病人信息和樣本進(jìn)行永久保存,并能做出及時(shí)的數(shù)據(jù)分析報(bào)告。較之普通的心電數(shù)據(jù)庫,虛擬儀器能夠毫無困難的保存海量數(shù)據(jù)并進(jìn)行遠(yuǎn)程傳遞分析,為生物醫(yī)學(xué)研究者的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)盡可能的提供便捷。
與此同時(shí),它為醫(yī)療器械的開發(fā)創(chuàng)新提供了新的思路和眼界。由于醫(yī)療器械關(guān)系重大,影響著生物醫(yī)學(xué)界的前景和未來,所以每一種儀器的研發(fā)都要經(jīng)過反復(fù)的海量實(shí)驗(yàn)才能確保萬無一失。但在過去是通過硬件來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)整理和分析的,造成了難度高,成本高和浪費(fèi)高的“三高”現(xiàn)象。虛擬儀器的出現(xiàn)徹底改變了這一現(xiàn)象,它與計(jì)算機(jī)同步,充分利用了廣泛資源,將硬件軟件化,擴(kuò)充軟件容量,精密操作儀器,使醫(yī)療器械在價(jià)值,功能和周期上都更容易被醫(yī)學(xué)界接受,徹底實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和智能化的標(biāo)準(zhǔn)。到目前為止,用于采集功能的血鉛分析儀就是應(yīng)用虛擬儀器來開發(fā)語言LabVIEW的。
1.2 在功能拓展范圍內(nèi)的運(yùn)用
由于傳統(tǒng)儀器在功能和速度上具有的局限性,虛擬儀器的研制能夠便捷的拓展其功能和修復(fù)漏洞。比如用于采集信號的老式心電圖儀器,使用虛擬儀器將軟件中的信號由中波變小波處理后,就能提取R波,從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的心率計(jì)算和電子數(shù)據(jù)庫顯示。此外,要想達(dá)到心電監(jiān)控和數(shù)據(jù)存儲,使用虛擬儀器無需改變原儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu),只需添加新的配備軟件即可。其中,LabVIEW在這方面的優(yōu)勢是最為明顯的,它能根據(jù)科研人員的需要隨時(shí)改變設(shè)計(jì)程序,發(fā)布新的指令,接受新的任務(wù),有著其他儀器無法比擬的優(yōu)勢。它的核心技術(shù)是軟件分析包,除了能分析傳遞數(shù)據(jù)以外,還能過濾噪音,調(diào)配最高和最低頻度,調(diào)整緩存大小等。通過一系列的采樣和數(shù)據(jù)分析,LabVIEW將獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行模塊處理,待形成數(shù)列組合后在屏幕上顯示。對于LabVIEW來說,醫(yī)學(xué)信號的處理相當(dāng)簡單,只需將程序中的每一個(gè)子模塊連成并列模塊即可,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)建立數(shù)據(jù)庫,其中包括數(shù)值統(tǒng)計(jì),窗口分析,曲線擬和以及信號采納等項(xiàng)目。在我國,LabVIEW的應(yīng)用時(shí)間很短,用戶較少,但其生命力是強(qiáng)大的,相信在不久的將來它能在我國生物醫(yī)學(xué)界普遍應(yīng)用,這將成為生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域中跨時(shí)代的飛躍。
2 虛擬儀器在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重大意義
虛擬儀器的發(fā)明以計(jì)算機(jī)為母體,以軟件為核心,利用計(jì)算機(jī)的升級和更新?lián)Q代來不斷新鮮自己的血液,擴(kuò)充自己的價(jià)值,特別是在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域,它在數(shù)據(jù)分析,樣本儲蓄,傳輸速度和處理漏洞等方面至今無以匹敵。傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)儀器由于體積龐大,價(jià)格昂貴,功能不全等缺陷,使生物醫(yī)學(xué)研究受到極大阻礙。而虛擬儀器在很大程度上打破了這些障礙,使科研變得更為便捷和精確。它不僅能迅速掌握患者的各項(xiàng)生理數(shù)據(jù),還能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)儲存,樣本分析和資源共享。虛擬儀器的整個(gè)系統(tǒng)通過精密軟件為依托,其精確性和穩(wěn)定性都能得到可靠保障,且運(yùn)行方便,節(jié)約成本,易于維修,逐漸成為代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器的主流生物醫(yī)學(xué)工具。
3 總結(jié)
在科技如此飛速發(fā)展的當(dāng)今,通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日益成熟,虛擬儀器在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的步伐也餓越來越矯健,不斷地向高速化,遠(yuǎn)程化和精密化發(fā)展,旨在為生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域帶來光明的前景和卓越的貢獻(xiàn)。
責(zé)任編輯:葉雨田
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