用户故事

微型技术公司研制和测试植入式血压传感器

挑战

创建并测试一个植入式血压传感器

解决方案

使用MATLAB开发生成和分析超声波的算法,创建独立的分析软件,并控制实验室设备进行自动化测试

结果

  • 开发时间减半
  • 精简硬件更新
  • 生产率提高了20%

“使用MATLAB开发实时超声信号处理算法和自动测量软件,无需专门的C/C++程序员,也无需在重写算法时引入错误。”

Yonathan Kozlovsky博士,Microtech
Microtech的亚毫米传感器,在一美元上的“I”点。

血压通常是用一个压力计和一个可充气的袖套在手臂上测量的。然而,在某些临床情况下,医生需要测量静脉或动脉内的血压。直到最近,这类测量都很难或不可能获得。

Microtech的工程师已经为这些临床场景开发了一种解决方案:一种亚毫米级植入式压力传感器。临床医生通过专有的超声波系统与传感器进行通信。

Microtech开发了一个MATLAB®控制超声换能器产生超声波并处理传感器反射波的算法。通过分析这些反射波,该算法可以计算传感器周围区域的血压,使其在一毫米汞柱(mmHg)以内。

“MATLAB是开发我们的信号分析算法的自然选择;用C/ c++或其他语言开发会困难得多,”Microtech的研究和开发物理学家Yonathan Kozlovsky博士说。“MATLAB使得从数据采集板和其他实验室硬件中轻松使用实时数据,而无需重新实现算法。”

挑战

为了计算血压,超声波系统处理由传感器膜的共振频率调制的波。微技术工程师需要开发算法来处理反射波信号,并使用结果来计算血压。他们需要将这些算法整合到一个应用程序中,通过换能器控制功能发生器产生超声波。该应用程序使用数据采集(DAQ)板在4mhz采样接收实时反射超声波。该公司最早的信号处理算法是用C/ c++实现的,但这种代码很难维护和改进,当硬件更新时也无法移植。

该团队希望采集和处理实时信号,以自动化传感器和算法的测试。测试将涉及调节测试室内的温度和压力,以及控制实验室中的其他设备。

解决方案

Microtech工程师使用MATLAB、Data Acquisition Toolbox™和Instrument Control Toolbox™开发超声波分析应用程序并控制自动化测试设置。

在MATLAB中,他们开发并调试了信号处理算法,计算超声波的离散傅里叶变换,识别传感器膜的共振频率,并计算血压。

使用记录的数据在MATLAB中调试算法后,团队使用数据采集工具箱连接到国家仪器公司的PCI-6115数据采集板。该电路板与超声波换能器相连,超声波换能器接收并产生超声波。

在使用DAQ板为传感器生成信号后,团队切换到Tabor Electronics TE 5300任意波形发生器,并使用仪器控制工具箱进行控制。

在MATLAB中,他们开发了一个测量应用程序,该应用程序有一个显示实时压力测量结果的界面。该应用程序使用database Toolbox™将测量、分析结果和测试参数保存到数据库中。该团队使用MATLAB Compiler™创建了应用程序的独立版本,部署在多个测量站。

为了在实验室测试期间控制压力,该团队使用国家仪器公司的USB-6221数据采集板来驱动进气阀和排气阀。他们使用数据采集工具箱从MATLAB访问数据采集板。传感器膜的行为取决于温度。为了控制温度,他们使用MATLAB连接加热元件和温度计通过RS-485串行通信链路。

他们使用MATLAB编译器开发了第二个独立的应用程序,使没有安装MATLAB的Microtech工程师能够执行复杂的测量分析,并将其与校准压力传感器的测量结果进行比较。

Microtech已经在哺乳动物身上进行了植入式传感器的临床前研究,并正在准备临床试验。

结果

  • 开发时间减半.Kozlovsky说:“我们没有向程序员解释算法,让他用C/ c++实现它,然后在实现过程中发现并修复引入的bug,而是在MATLAB中完成了整个项目。”“总的来说,我估计MATLAB至少节省了50%的时间。”

  • 精简硬件更新.Kozlovsky说:“MATLAB可以很容易地切换DAQ板,并开始使用任意波形发生器来处理超声波。”“我们可以使用仪器控制工具箱或数据采集工具箱在MATLAB中访问每一块新的硬件,这比深入研究制造商的特定驱动程序和软件要快得多。”

  • 生产率提高了20%“MATLAB和MATLAB编译器使我们能够构建和分发我们的工程师用来分析和可视化测试结果的复杂软件,”Kozlovsky指出。“我可以在几天内用新功能更新应用程序。与电子表格相比,它易于使用的界面提高了大约20%的生产率。”

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