中心議題：

• 創(chuàng)建一個便攜式的，可穿戴設(shè)備來進行步態(tài)分析
• 研究使用義肢截肢者的人類運動
• 創(chuàng)建一個人工心臟模擬流程測試系統(tǒng)（SFTS）的長期測試程序

解決方案：

• 智能型義肢骨骼元件系統(tǒng)解決方案
• 使用NI 公司的基于USB數(shù)據(jù)采集（DAQ）和信號調(diào)節(jié)設(shè)備的并行循環(huán)架構(gòu)

挑戰(zhàn)　　

創(chuàng)建一個便攜式的，可穿戴設(shè)備來進行步態(tài)分析，以及研究使用義肢截肢者的人類運動?！　?br />
解決方案　　
 

圖1. 智能型義肢骨骼元件系統(tǒng)是一種便攜式設(shè)備，該設(shè)備提供了對步態(tài)分析實驗的關(guān)鍵數(shù)據(jù)采集功能，而且截肢者可以配備該設(shè)備來執(zhí)行正常的日?；顒??！　?/p>

智能型義肢骨骼元件系統(tǒng)是一種測試工具，通過提供對義肢元件選擇和調(diào)整影響的個性化和客觀信息，以幫助研究人員和臨床醫(yī)護人員對病人護理的優(yōu)化。任何義肢醫(yī)師可以可視化和直接測量，以及解釋義肢選擇和調(diào)整后對病人的影響?！　?br />
來自大學(xué)園區(qū)產(chǎn)業(yè)義肢行業(yè)的一位領(lǐng)導(dǎo)者提供了使用生物設(shè)計原理來模仿人腳，根據(jù)解剖學(xué)角度來說是正確的義肢，并融合了高科技復(fù)合材料到該產(chǎn)品中，以提供義肢的功能和耐用性。假肢行業(yè) 領(lǐng)軍者，College Park 工業(yè)提供了最自動化的義肢腳；該假肢使用了生物學(xué)設(shè)計原則來模擬人的足部并且通過融合高科技的合成材料增強功能性和持久性?！　?br />
我們希望提供一個便攜式設(shè)備，該設(shè)備可提供對步態(tài)分析實驗的關(guān)鍵數(shù)據(jù)采集功能，而且截肢者可以配備該設(shè)備來執(zhí)行正常的日常活動或該設(shè)備適合于他們的義肢。在設(shè)備的重量和尺寸方面，設(shè)備必須是不顯眼的，以消除對測試結(jié)果的任何偏置效果?！　?br />
智能型義肢骨骼元件系統(tǒng)通過提供對義肢元件選擇和調(diào)整影響的個性化和客觀信息，以幫助研究人員和臨床醫(yī)護人員對病人護理的優(yōu)化。任何義肢醫(yī)師可以可視化和直接測量，以及解釋義肢選擇和調(diào)整后對病人的影響?！　?br />
假肢，也稱“義肢”，是供截肢者使用以代償缺損肢體部分功能的人造肢體，有上肢假肢和下肢假肢。多用鋁板、木材、皮革、塑料等材料制作，其關(guān)節(jié)采用金屬部件，現(xiàn)在假肢界主流是鈦合金和碳素纖維材料。義肢指人造肢體，用來取代肢體的功能障礙（不論暫時性或永久性），或是用來掩飾肢體傷殘。與義體（如義乳，假鼻子，假發(fā)之類）最大的不同，在于義肢的功能性較強，且單指上下肢而言，不過最近也有人把人造陰莖或人造陰道也算在內(nèi)　　

我們使用MulTIsim和Ultiboard 軟件來設(shè)計智能型義肢骨骼元件系統(tǒng)電路實驗，這兩個工具包的交叉性提供了很大的便利。開發(fā)團隊通過多次使用這些動態(tài)工具來設(shè)計，仿真和可視化電路線路實驗，使設(shè)備尺寸大大減小，提高了開發(fā)包使用尺寸效率?！　?br />
Ultiboard是一款用來布線，制作pcb版式的軟件，通常都是配合Multisim軟件使用的?！　?br />
Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。　　

在過去，我們需要整個部門來設(shè)計智能型義肢骨骼元件系統(tǒng)。Multisim和Ultiboard 軟件使得我們可以獲得了這樣一項原來小型的企業(yè)無法獲得的技術(shù)。   
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使用LabVIEW軟件來創(chuàng)建和驗證一個人工心臟的長期測試系統(tǒng)  　

LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)的，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計算機語言的顯著區(qū)別是：其他計算機語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式?！　?br />
挑戰(zhàn)　　

創(chuàng)建一個人工心臟模擬流程測試系統(tǒng)（SFTS）的長期測試程序，對醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用進行VIs的驗證和有效性測試。　　

解決方案　　

使用NI 公司的基于USB數(shù)據(jù)采集（DAQ）和信號調(diào)節(jié)設(shè)備的并行循環(huán)架構(gòu)，和使用NI LabVIEW單元測試框架工具包。
 

圖2. 人工心臟模擬脈流體流動　　

人工心臟是在解剖學(xué)、生理學(xué)上代替人體因重癥喪失功能不可修復(fù)的自然心臟的一種人工臟器。人工心臟起搏器實際上是人工制成的一種精密儀器。它能按一定形式的人工脈沖電流刺激心臟，使心臟產(chǎn)生有節(jié)律地收縮，不斷泵出血液以供應(yīng)人體的需要?！　?br />
當(dāng)測試人工心臟時， Data Science Automation將設(shè)備加入到流程系統(tǒng)中，來模擬動脈流體流動測試。每次，我們對心臟測試要進行數(shù)月和數(shù)年，以驗證人工心臟可以在患者身上使用數(shù)月和數(shù)年。我們同時運行18個循環(huán)，需要對數(shù)據(jù)進行采集、記錄、分析和定期地記錄日志。因為我們需要對集中的數(shù)據(jù)進行收集，并需要流動探針測試的專用系統(tǒng)，我們使用一個多路系統(tǒng)將來自傳感器和串口通信的信號路由到一組單數(shù)據(jù)集中。系統(tǒng)每種“模式”，無論是報警狀態(tài)，用戶覆蓋還是中斷，每天三次的單次循環(huán)測試需要可靠地記錄10個心臟節(jié)拍的數(shù)據(jù)?！?br />
即使我們一天只收集三次數(shù)據(jù)，系統(tǒng)還需要不斷地監(jiān)測每次循環(huán)中的壓力，流量，和溫度。如果這些值超過了用戶定義的限制，報警狀態(tài)就會被激活，通過循環(huán)和多路復(fù)用器覆蓋當(dāng)前自動進程。我們收集和寫入額外的診斷數(shù)據(jù)到報警日志中，并發(fā)送信息給用戶，該信息必須在接受其他任何用戶輸入之前被清除?！　?br />
當(dāng)完成每個VI，必須要使用一個合理的報告進行測試和驗證，生成一個測試記錄。雖然可以人工地執(zhí)行這些驗證測試，LabVIEW單元測試框架工具為我們節(jié)省了時間和精力，尤其是對于遞歸測試，因為可以使用該工具有效地產(chǎn)生測試和文檔。此外，在整合，重新測試和重新驗證期間對軟件的更改變得更加簡單。LabVIEW單元測試框架工具的靈活性和易用性為項目部分提供了更快和更可靠的完成，這無疑在項目生命周期中潛在地節(jié)省了人工大量的時間和數(shù)億百計的資金。