虚拟仪器在生物医学工程中的应用

关键词：微处理器　生物医学　虚拟仪器　自定义功能　国内外市场

   　虚拟仪器诞生于上世纪中叶，是由美国某仪器公司首先研制出的用于软件测控的系统,它的使用为测量技术开辟了新的篇章。虚拟仪器由计算机发展而来，通过相关软件和硬件的升级和调配构建而成，是一种高性能的配备可视化界面的自动化仪器。一套完善的虚拟仪器要包括测试管理层、程序开发层、总驱动层和仪器驱动层四个层面。较之传统的仪器，它凭借突出的优势迅速占领生物医学市场，如高超的智能化程度，低廉的价格，较高的性价比和灵活易操作等，这些特点使得仪器的数据库更加完整可靠，操作更加简洁直观，易用程度得到很大改善。其中，软件是虚拟仪器的总枢纽，是整个仪器良好运行的关键所在，其开发环境包括VisualBasic, LabVIEW以及LabWindows/CVI等项目。如今科技飞速发展，在生物医学领域，各个环节都需要精确的数据，频繁的采样和高速的数据传输，计算机的升级为虚拟仪器提供了优越的推广空间，并凭借它强大的功能和低廉的价格，使其在医学领域获得了较大的发展空间和较强的生命力。

 

1　虚拟仪器在生物医学领域的运用

　　上个世纪末，虚拟仪器在生物医学领域已得到广泛应用,其开发平台LabVIEW能够直观的将编程程序和前面板结合在一起，使其操作更加便捷，C语言的开发环境更加优越。做为一种以软件为核心的新兴仪器，虚拟仪器在生物医学工程领域发挥巨大作用，它不仅能对各种医疗器械进行诊断和检测，还能准确建立数据库，对医学科研工作者来说，是必不可少的测试性工具。例如它能快速整理有效信息，代替传统的信号发生器，快速合成所需的病理心电数据，帮助医务人员更好的解决实际需要。下面，继续就医学仪器和功能拓展两个领域进行详细谈论。

1.1　在医学仪器范围内的运用

　　虚拟仪器采用计算机数配控制操作系统，首先代替了传统的人工操作模式，避免因个人原因造成的数据误差和统计错误，其次也代替了传统的信号发生器，它功能单一，价格较高且波形种类不齐全，虚拟仪器凭借其高超的性价比得到了医学界的广泛肯定。   

　　虚拟仪器可充当医学信号模拟器来对各种医疗设施进行检测和修复，使其不断处于最佳状态，它能自动筛选有用数据和文件并快速传输，目前已发展至医学界的重要辅助器材。同样，另一个生物医学界十分重要的辅助工具是心电数据库，用于分析数据和仪器自动化匹配，目前全球较为先进的心电数据库为美国的MET-BIM，但它仍采用磁带记录动态数据的方法，导致误差较大。而基于虚拟仪器的心电数据库对病人的心电信息进行长期的准确的跟踪调查，其内存采用超大容量硬盘，对病人信息和样本进行永久保存，并能做出及时的数据分析报告。较之普通的心电数据库，虚拟仪器能够毫无困难的保存海量数据并进行远程传递分析，为生物医学研究者的数据管理系统尽可能的提供便捷。

　　与此同时，它为医疗器械的开发创新提供了新的思路和眼界。由于医疗器械关系重大，影响着生物医学界的前景和未来，所以每一种仪器的研发都要经过反复的海量实验才能确保万无一失。但在过去是通过硬件来实现数据整理和分析的，造成了难度高，成本高和浪费高的“三高”现象。虚拟仪器的出现彻底改变了这一现象，它与计算机同步，充分利用了广泛资源，将硬件软件化，扩充软件容量，精密操作仪器，使医疗器械在价值，功能和周期上都更容易被医学界接受，彻底实现了自动化和智能化的标准。到目前为止，用于采集功能的血铅分析仪就是应用虚拟仪器来开发语言LabVIEW的。

1.2　在功能拓展范围内的运用

由于传统仪器在功能和速度上具有的局限性，虚拟仪器的研制能够便捷的拓展其功能和修复漏洞。比如用于采集信号的老式心电图仪器，使用虚拟仪器将软件中的信号由中波变小波处理后，就能提取R波，从而实现准确的心率计算和电子数据库显示。此外，要想达到心电监控和数据存储，使用虚拟仪器无需改变原仪器的内部结构，只需添加新的配备软件即可。其中，LabVIEW在这方面的优势是最为明显的，它能根据科研人员的需要随时改变设计程序，发布新的指令，接受新的任务，有着其他仪器无法比拟的优势。它的核心技术是软件分析包，除了能分析传递数据以外，还能过滤噪音，调配最高和最低频度，调整缓存大小等。通过一系列的采样和数据分析，LabVIEW将获得的数据进行模块处理，待形成数列组合后在屏幕上显示。对于LabVIEW来说，医学信号的处理相当简单，只需将程序中的每一个子模块连成并列模块即可，系统会自动建立数据库，其中包括数值统计，窗口分析，曲线拟和以及信号采纳等项目。在我国，LabVIEW的应用时间很短，用户较少，但其生命力是强大的，相信在不久的将来它能在我国生物医学界普遍应用，这将成为生物医学工程领域中跨时代的飞跃。

 

2　虚拟仪器在生物医学领域的重大意义

　　虚拟仪器的发明以计算机为母体，以软件为核心，利用计算机的升级和更新换代来不断新鲜自己的血液，扩充自己的价值，特别是在生物医学工程领域，它在数据分析，样本储蓄，传输速度和处理漏洞等方面至今无以匹敌。传统的医学仪器由于体积庞大，价格昂贵，功能不全等缺陷，使生物医学研究受到极大阻碍。而虚拟仪器在很大程度上打破了这些障碍，使科研变得更为便捷和精确。它不仅能迅速掌握患者的各项生理数据，还能自动实现数据储存，样本分析和资源共享。虚拟仪器的整个系统通过精密软件为依托，其精确性和稳定性都能得到可靠保障，且运行方便，节约成本，易于维修，逐渐成为代替传统仪器的主流生物医学工具。

 

3　总结

在科技如此飞速发展的当今，通讯网络技术的日益成熟，虚拟仪器在生物医学工程领域的步伐也饿越来越矫健，不断地向高速化，远程化和精密化发展，旨在为生物医学工程领域带来光明的前景和卓越的贡献。