利用3D光學(xué)和聲學(xué)影像的抽血機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)幾乎100%一次抽血成功

在美國(guó)，抽血師每年大約要抽血14億次。這是使用的最為廣泛的醫(yī)學(xué)臨床手段。隨著一代人的變老，每年的抽血檢查次數(shù)也會(huì)更多。一次性的準(zhǔn)確度依賴于患者的生理機(jī)能和醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)。人類的準(zhǔn)確度估計(jì)大約在50%左右。這并不高，特別如果你是一個(gè)很難找到靜脈的人。

VenousPro的原型設(shè)計(jì)提出了三個(gè)主要挑戰(zhàn)：

• 首先，設(shè)備需要是安全的，這意味著可重復(fù)性和確定性的執(zhí)行

• 其次，設(shè)備需要高便攜性，以便在臨床環(huán)境下大范圍使用。

• 最后，系統(tǒng)需要通過(guò)FDA嚴(yán)格的評(píng)估

首套原型編程使用MathWorks的MATLAB完成。隨著VenousPro設(shè)計(jì)更加復(fù)雜和工程團(tuán)隊(duì)的擴(kuò)增，VascuLogic意識(shí)到他們需要一個(gè)更集成的開發(fā)平臺(tái)。公司提出申請(qǐng)并且收到了國(guó)家儀器(NI)的醫(yī)用設(shè)備創(chuàng)新基金，同時(shí)還同意定制NI硬件，LabVIEW和NI培訓(xùn)和認(rèn)證項(xiàng)目。VascuLogic使用國(guó)家儀器的CompactRIO 可重配置的監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)控制機(jī)器人，建造了第二代VenousPro原型。

兩個(gè)增強(qiáng)靈敏度的近紅外GigE vision的攝像頭和一個(gè)超聲波探針為CompactRIO控制器提供了影像信息。一塊 Xilinx Spartan-6 FPGA實(shí)現(xiàn)了圖像流水線。圖像處理流水線使用了NI視覺開發(fā)模塊的先進(jìn)的算法，圖像中提取的3D位置和速度信息以每秒20幀與CompactRIO運(yùn)動(dòng)控制模塊通信。CompactRIO系統(tǒng)指揮機(jī)器針的機(jī)械手。

VenousPro設(shè)備的核心含有NI CompactRIO-9025實(shí)時(shí)控制器的5個(gè)I/O模塊，其中4個(gè) NI 9514 C系列帶有編碼反饋模塊的伺服驅(qū)動(dòng)接口指揮4自由度的微型機(jī)器手，1個(gè)NI 9401 C系列數(shù)字I/O模塊提供了雙向通信的8個(gè)通道。

公司將MATLAB代碼轉(zhuǎn)換成LabVIEW可視化設(shè)計(jì)并開發(fā)了直觀的用戶界面。VenousPro設(shè)備運(yùn)用了NI LabVIEW的機(jī)器人模塊里的的運(yùn)動(dòng)學(xué)、PID和路線規(guī)劃VI，例如用針尖的3D笛卡爾坐標(biāo)關(guān)聯(lián) 機(jī)器人臂的關(guān)節(jié)角。它還使用了LabVIEW控制設(shè)計(jì)和仿真模塊，根據(jù)當(dāng)前卡爾曼濾波后的速度分布，來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)的位置。通過(guò)使用LabVIEW Multicore Analysis和Sparse MatrixToolkit，加速大型矩陣的復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算。

原本第二個(gè)原型的開發(fā)計(jì)劃有3個(gè)月的開發(fā)周期，但只花了3周因?yàn)長(zhǎng)abVIEW環(huán)境的靈活性和模塊化設(shè)計(jì)。因此，VascuLogic超前完成了人前、體外、概念證明的測(cè)試。

迄今，VascuLogic已經(jīng)證明在多個(gè)體外研究下超過(guò)98%的一次性準(zhǔn)確率。公司打算升級(jí)到新的多核CompactRIO硬件，將用戶界面引入NI觸摸板，取消PC主機(jī)。在NI平臺(tái)上開發(fā)，VascuLogic能夠提前五個(gè)月以低于預(yù)算$50,000的價(jià)格交付設(shè)備，以供臨床測(cè)試。

注意：VascuLogic的Alvin Chen和Max Balter將這個(gè)項(xiàng)目提交給2014 NI工程影響力獎(jiǎng)評(píng)選。它在機(jī)器控制組中獲勝。它還獲得了NI社區(qū)選擇獎(jiǎng)和NI的人道主義獎(jiǎng)。