3D模仿器
应战：开发一个传神、牢靠和可重新配置测验环境，协助最新的心脏辅佐设备进行进步和改进，而无需进行动物实验。
处理方案：运用NI CompactRIO创立一个独立的硬件在环（HIL）测验环境。该测验环境可以把人工机械心脏与循环血流模型相结合，发明一个包括实在血液动力环境的生动的处理方案。
CompactRIO供给了一个巩固、牢靠、独立的渠道，使咱们的团队可以进行继续性测验，这在一般的核算机上是不可能完结的。
由心脏病导致的逝世占兴旺国家一切逝世人口的将近一半。心脏移植仍然是医治心脏病最有用的办法，但捐赠的器官远远及不上需求。为了处理这种不平衡状况，现在人们正在研讨运用。利兹大学正在开发的一种新颖的机械人工心脏辅佐设备被命名为智能心室辅佐设备（iVAD）。该设备可以作为人工肌肉包覆心脏，通过在心脏心室外外表周围施加与天然节律同步的压力，为衰竭的心脏供给辅佐。这种周期性的“揉捏”效果可以添加心肌动力，进步患病心脏的排血量。
咱们需求实在地把iVAD应用于一个模仿的心脏，以便丈量压力对其的影响，所以传神的体外测验环境关于开发来说势在必行。在曩昔，其他的心脏辅佐设备的测验体系一般选用巨大的机械仿真循环体系，或许运用靠其他动物的血液循环支撑的离体心脏来完结。这两种办法对咱们而言都不有用，所以咱们发明了一个共同的HIL(硬件在环)的心脏模仿器，它可以把实时的软件血流模型与实体3D人工心脏相结合。咱们运用NI LabVIEW 图形化程序环境和CompactRIO 进一步增强测验环境，所以心脏模仿器可以像独立体系相同作业而且在更长的继续期间内牢靠运转。
心脏模仿器原理
咱们需求心脏模仿器可以被重新配置，以便仿制不同的患者类型、疾病类型和动物模型的实在血液环境。这种调整可以削减对动物实验的依靠，由于心脏模仿器可以延伸运用iVAD原型进行的实验，而且供给关于iVAD生理效应的信息。
关于iVAD等辅佐设备而言，辅佐设备和心脏外表的交互效果至关重要。这种交互效果很可能取决于难以模仿的人体特性，例如空隙和非线性冲突；因而，关于心脏模仿器而言，具有一个可以和iVAD进行交互的实体方针至关重要，咱们可以监测紧缩进程中的原始数据。
心脏模仿器规划
在规划心脏模仿器的进程中，咱们选用了HIL仿真的原理。这是一种在工业中常见的测验技能。HIL在软件中仿真了体系中的一些元件，而且通过I/O将它们连接到需求测验的同一体系中的特定的实在硬件。为了满意心脏模仿器的要求，咱们选用了一个机械心脏作为HIL仿真的中的硬件部分，将其放置在一个仿真的血流循环模型中。并运用两者之间的接二连三的相互效果的回路进行评价，以了解当iVAD被移植到人体内时怎么进行辅佐，并对心脏和血流产生影响。
人工心脏的形状由两个可变形的半圆状的结构所确认，它们由曲折的绷簧钢条所组成，钢条被固定在两端，其鸿沟形状是可以调理的。咱们还开发了一个定制的NI视觉程序用于确认必要鸿沟形状，以使每个钢条的概括与参阅的心脏模型相匹配。咱们选用两个线性履行机构来完结曲折钢条的循环操控，以传神地表现出心脏左心室和右心室的动态运动。咱们操控血流模型中的履行机构进行运动，以仿真模仿心脏的运动，所以模仿心脏的任何体积改动都会直接影响到人工心脏。除了可以匹配心脏的形状，这样的规划还使咱们可以通过独自改动钢条的机械特点（例如厚度），来改动人工心脏外围的部分硬度。最终，咱们在钢条外围包裹了一层薄薄的松紧带，然后完结了iVAD。
心脏模仿器完结
如上所述，咱们运用带有反应的回路来评价iVAD对心血管体系的协助。在人工心脏周围持平距离方位安放了四个相似的压力传感器，以便供给iVAD辅佐进程（紧缩进程）中的数据。在模型内，这些数据被转换为关于每个心室的辅佐压力，并实时核算出随后对血流的影响，最终输出到硬件而且相应改动人工心脏的运动。
血流模型的作业办法与电气网络的闭环会集参数模型相似。由于心脏的每个区域都独自被模仿的，所以咱们可以对心脏完结部分操控，并调理出特别的心脏条件或心脏疾病。为了满意咱们的首要方针，血流模型可以主动调整，通过运用非线性最小平方参数估计法（在LabVIEW代码中，可以完结为一种状况）来表征生理数据。这意味着心脏模仿器可以准确反映大多数病状和体内模型的血液动力特征，有助于进步咱们对设备的潜在效应的了解。
咱们运用CompactRIO来操控人工心脏，运转仿真而且经由TCP把数据发送到Windows主机以供显现和保存。实时操控器可以履行两个并行运转的回路：一个高优先级操控回路用于操控血流模型，以及一个低优先级通讯回路，可以向Windows主机发送和接纳行列中的TCP数据。高优先级血流模型回路以500 Hz的速度运转，而且把两个心室容积转换为已校准的定位电压。定位电压被发送到现场可编程门阵列（FPGA）I/O，以操控一切线性履行机构来履行。FPGA通过编译后可处理CompactRIO的一切I/O，并供给加热器（用于使心脏模仿器外壳温度保持在37°C。（体温））的份额积分（PI）操控。
NI处理方案的优势
CompactRIO为心脏模仿器的制作供给了一个巩固、牢靠、独立的渠道，使咱们的团队可以进行继续性测验，这在一般的核算机上是不可能完结的。体系紧凑细巧，并具有各种刺进式模块，为咱们成功发明处理方案供给了有力的保证。
