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,并控制自动化测试的实验室设备

结果

  • 开发时间减半
  • 硬件更新的
  • 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,消除了专门的C/ c++程序员的需求,也消除了重写算法时引入bug的风险。”

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的工程师为这些临床场景开发了一种解决方案:亚毫米植入式压力传感器。临床医生通过专有的超声波系统与传感器交流。

Microtech开发了一个MATLAB®控制超声波换能器产生超声波并处理传感器反射的声波的算法。通过分析这些反射波,该算法可以将传感器周围区域的血压计算到1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。

该团队希望获取和处理实时信号,以自动化传感器和算法的测试。测试包括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。

在使用记录的数据在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PCI-6115 DAQ板。这个板子连接到一个超声波换能器,接收并产生超声波。

在使用DAQ板为传感器生成信号后,该团队切换到Tabor Electronics TE 5300任意波形发生器,他们使用Instrument Control Toolbox控制该波形发生器。

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。

为了在实验室测试中控制压力,该团队使用了美国国家仪器公司的USB-6221 DAQ板来驱动进气和出口阀门。他们使用数据采集工具箱从MATLAB访问DAQ板。传感器的膜的行为是依赖于温度的。为了控制温度,他们使用MATLAB通过RS-485串行通信链路连接加热元件和温度计。

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。”

  • 硬件更新的.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复杂的软件,我们的工程师使用这些软件来分析和可视化测试结果,”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,它易于使用的界面可以提高20%的生产率。”

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