Przemysł medyczny

Projektowanie z wykorzystaniem modeli (ang. MBD – Model Based Design) umożliwia zastosowanie metodyki programowania zwinnego poprzez przejrzyste oddzielanie faz projektów od etapów implementacyjnych, co przyspiesza pracę inżynierów tworzących urządzenia medyczne.

Używając metod MBD można:
• modelować i symulować algorytmy, a także cały system przed implementacją,
• weryfikować i testować projektowane urządzenie na wyższym poziomie abstrakcji,
• tworzyć prototypy i sprawdzać ich poprawność przez automatyczne generowanie kodu C lub HDL,
• generować łatwe do konfiguracji raporty, które mogą być użyte jako dokumentacja uzgodnień projektowych,
• udowodnić przy użyciu analizy statycznej, że utworzony kod jest bezpieczny we wszystkich warunkach, w których będzie uruchamiany.

Obrazowanie medyczne

MATLAB i Simulink dostarczają badaczom i inżynierom projektującym urządzenia medyczne narzędzia do analizy i wizualizacji obrazów medycznych oraz rozwijania zaawansowanych algorytmów analizy i obrazowania. Techniki te są szeroko stosowane w diagnostyce i urządzeniach medyczno-terapeutycznych wykorzystujących różne modalności obrazowania takie jak: tomografia (MRI,CT,PT), ultradźwięki oraz endoskopia.

Dostęp do danych, wizualizacja oraz automatyzacja cyklu projektowania

Projektowanie aplikacji przetwarzających obrazy i nagrania video to potrzebne, ale też trudne wyzwanie, które wymaga stosowania elastycznych narzędzi posiadających szeroką paletę funkcjonalności. Stosując oprogramowanie MATLAB i Simulink można:

• wczytywać i zapisywać obrazy DICOM,
• automatycznie pobierać obrazy i filmy z urządzeń,
• tworzyć niestandardowe wizualizacje obrazów, sekwencji wideo i powierzchni,
• opracowywać nowe koncepcje stosując biblioteki standardowych algorytmów,
• tworzyć skrypty i funkcje do automatyzacji powtarzających się zadań.

Przy użyciu otwartego i elastycznego środowiska MATLABa liczne firmy opracowały użyteczne narzędzia do obrazowania medycznego, takie jak Statistical Parametric Mapping (SPM).

Urządzenia diagnostyczne i terapeutyczne

Wiele urządzeń diagnostycznych i terapeutycznych, takich jak respiratory, hemodializery, rozruszniki serca, pompy infuzyjne, a także rozruszniki mózgu i rdzenia kręgowego, stosuje się do zwiększania (a w niektórych przypadkach zmieniania) wybranych funkcjonalności fizjologicznych organizmu lub w celu leczenia bólu. Urządzenia takie są kompleksowymi, wielodomenowymi systemami pracującymi w układzie zamkniętym (ang. closed-loop system), łącząc zaawansowane sterowanie z zadaniami przetwarzania sygnałów. Dla niektórych urządzeń, które pracują obecnie w układzie otwartym (np. pompy infuzyjne) prowadzi się intensywne badania, aby mogły pracować z wykorzystaniem sprzężenia zwrotnego.

Projektowanie regulatorów oraz logiki sterującej

MathWorks zapewnia narzędzia do projektowania odpornych na błędy kontrolerów na każdym etapie, począwszy od tworzenia modelu urządzenia do zaprojektowania i wdrożenia gotowego sterownika.

Rozwijanie algorytmów przetwarzania sygnałów

Niektóre urządzenia medyczne takie jak stymulatory serca, aparaty słuchowe i implanty ślimakowe, wykorzystują złożone algorytmy przetwarzania sygnałów do analizy danych wejściowych i realizacji swoich funkcji. MathWorks zapewnia szeroką gamę narzędzi i bibliotek algorytmów, które umożliwiają analizę, projektowanie i symulację systemów DSP w czasie znacznie krótszym, niż przy użyciu tradycyjnych języków programowania takich jak C czy C++.

Roboty i narzędzia chirurgiczne

Narzędzia chirurgiczne stają się bardziej zaawansowane i zaczynają wykonywać skomplikowane zadania przyczyniając się do automatyzacji i mechanizacji zabiegów przeprowadzanych ręcznie. Wiele sal operacyjnych jest wyposażonych w roboty, dzięki czemu jest możliwe wykonywanie mało inwazyjnych zabiegów chirurgicznych w skomplikowanych przypadkach chorób, które uprzednio wymagały otwartych operacji. Projektowanie tak skomplikowanych urządzeń mechatronicznych, które łączą systemy mechanicznie, elektronicznie i sterujące, jest bardzo wymagającym zadaniem. Pomocne jest tu projektowanie z użyciem modeli, pozwalające w krótkim czasie ocenić i zoptymalizować dynamiczną interakcję systemów elektronicznych, mechanicznych i sterujących oraz wbudowanego oprogramowania. Wykorzystując możliwości automatycznego generowania kodu projektanci mogą przeprowadzać symulacje w czasie rzeczywistym do testowania oprogramowania sterującego lub przetwarzającego sygnały.

Przeprowadzanie testów sterowników czasu rzeczywistego z wykorzystaniem szybkiego prototypowania

Czas potrzebny do zaprojektowania sterownika można skrócić stosując symulację w czasie rzeczywistym oraz testowanie algorytmów sterujących w warunkach zbliżonych do rzeczywistych, bez użycia fizycznego urządzenia. Po osiągnięciu satysfakcjonujących wyników można te algorytmy szybko zaimplementować w mikroprocesorze sterownika.

Projektowanie robotów w krótszym czasie

Robotyka jest tym działem inżynierii, która łączy projektowanie systemów mechanicznych, elektrycznych i sterujących. Oprogramowanie MATLAB i Simulink wykorzystane do modelowania fizycznego i projektowania systemów sterujących ułatwia opracowanie wieloosiowych strategii wyrównawczych do sterowania precyzyjnym, pozbawionym wibracji ruchem robota. Układy mechaniczne, elektryczne i sterujące są symulowane w tym samym środowisku programowym, co umożliwia praktyczną optymalizację całości systemu. Błędy integracyjne są znajdywane na wcześniejszych etapach procesu projektowego, ponieważ testowanie i weryfikacja są robione w trakcie symulacji przeprowadzanej w czasie rzeczywistym.