采用LabVIEW FPGA改善视网膜疾病的治疗

作者:Michael Wiltberger - OptiMedica Corporation

"采用LabVIEW FPGA进行编程使得我们能够调整每一个脉冲的定时和功率,满足我们对于高速度和高精度的双重要求。"—— Michael Wiltberger, OptiMedica Corporation

挑战:
开发一个高精度的能够自动根据已经定义好的模式发动激光脉冲的系统,用于视网膜疾病的治疗

解决方案:
采用LabVIEW FPGA 和智能数据采集硬件为最新的PASCAL(模式扫描激光仪)激光凝固器创建一个控制器。

糖尿病患者易患视网膜病, 有超过16%的糖尿病患者并发视网膜病变并最终致盲。传统对由糖尿病所引起的视网膜疾病的治疗方法在过去三十五年内几乎没有很大进展。光凝固疗法能改进使用定向激光脉冲控制边缘视网膜的切割。尽管这种疗法能够在防止视力降低的同时带来极高的疗效,但它对于患者和医生来说却非常痛苦。

所谓光凝固疗法就是通过瞄准发射激光脉冲,封闭微血管瘤及不正常血管渗漏。由于手术的复杂性和精密性,近35年来这种激光瞄准发射都是由医生通过操纵杆和脚踏开关手动控制的,每次只能发射一个100 毫秒的激光脉冲。整个手术对于医生和病人来说,都是一个较为痛苦的过程:激光治疗仪每一次只能‘灼烧’一个点,而一只眼睛共需要‘灼烧’2000个点,因此整个治疗通常把眼睛分成4 个象限,即4 个疗程,每次12 至15 分钟。每周一次,病人需要一个月才能完成整个治疗过程。

在OptiMedica,我们设计医疗器材,以协助眼科医师改良视网膜病变的疗程。我们设计了PASCAL 雷射光凝固照射设备可整合波形扫瞄雷射系统,以有效提升治疗效率,并降低对病患的医疗伤害。

考虑到开发的便捷性和FPGA能带来快速视网膜扫描的硬件确定性,我们选用了LabVIEW软件和R系列硬件替代了原本的定制硬件设备,设计开发了PASCAL光凝固治疗仪(模式扫描激光仪)。NI RIO设备是基于FPGA的可定制硬件平台,适合担任一些高速、精确、实时的采集和控制任务,因此最关键的控制系统就是由它来担当的,堪称整个激光治疗平台的‘大脑’。使用图形化系统设计,OptiMedica 快速地完成了设备的设计,构建和发布,为潜在的投资者们进行了成功的演示。

在这个应用中使用FPGA,还保证了硬件解决方案的灵活性。不必像基于处理器的系统一样,在向FDA(美国食品与药物管理局)申请许可的的过程中反复对同一层次的代码进行检查。此外,Optimedica 使用了可编程的芯片替代固定的ASIC,节省了30%的开发时间。

基于NI RIO 设备的革新性激光治疗平台,通过一个高精度、自动化的控制系统,辅助医生以一定的模式每次瞄准发射多个激光脉冲——也就是说一次‘灼烧’多个点——从而加快手术的速度,减少疗程数。 现在的新的治疗仪的控制系统每次可以自动发射多达25 个10 毫秒的脉冲。此外,自动发射多个脉冲波还能够保证安全性,PASCAL系统可以大幅降低激光手术对于眼部中央凹造成的意外风险,降低视力损耗程度。从手动到自动,从串行发射到并行发射,新的激光治疗平台极大的提高了手术的精确性和安全性,既减少了每次治疗的时间,也缩短了总的疗程数,不但减轻病人的痛苦,同时也节约了他们的时间和金钱。