中心議題：
- 創(chuàng)建一個(gè)便攜式的，可穿戴設(shè)備來(lái)進(jìn)行步態(tài)分析
- 研究使用義肢截肢者的人類運(yùn)動(dòng)
- 創(chuàng)建一個(gè)人工心臟模擬流程測(cè)試系統(tǒng)（SFTS）的長(zhǎng)期測(cè)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(hào)調(diào)節(jié)設(shè)備的并行循環(huán)架構(gòu)
挑戰(zhàn)
創(chuàng)建一個(gè)便攜式的，可穿戴設(shè)備來(lái)進(jìn)行步態(tài)分析，以及研究使用義肢截肢者的人類運(yùn)動(dòng)。
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(duì)步態(tài)分析實(shí)驗(yàn)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(lái)執(zhí)行正常的日常活動(dòng)。
智能型義肢骨骼元件系統(tǒng)是一種測(cè)試工具，通過(guò)提供對(duì)義肢元件選擇和調(diào)整影響的個(gè)性化和客觀信息，以幫助研究人員和臨床醫(yī)護(hù)人員對(duì)病人護(hù)理的優(yōu)化。任何義肢醫(yī)師可以可視化和直接測(cè)量，以及解釋義肢選擇和調(diào)整后對(duì)病人的影響。
來(lái)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(jì)原理來(lái)模仿人腳，根據(jù)解剖學(xué)角度來(lái)說(shuō)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(dòng)化的義肢腳；該假肢使用了生物學(xué)設(shè)計(jì)原則來(lái)模擬人的足部并且通過(guò)融合高科技的合成材料增強(qiáng)功能性和持久性。
我們希望提供一個(gè)便攜式設(shè)備，該設(shè)備可提供對(duì)步態(tài)分析實(shí)驗(yàn)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(lái)執(zhí)行正常的日常活動(dòng)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(duì)測(cè)試結(jié)果的任何偏置效果。
智能型義肢骨骼元件系統(tǒng)通過(guò)提供對(duì)義肢元件選擇和調(diào)整影響的個(gè)性化和客觀信息，以幫助研究人員和臨床醫(yī)護(hù)人員對(duì)病人護(hù)理的優(yōu)化。任何義肢醫(yī)師可以可視化和直接測(cè)量，以及解釋義肢選擇和調(diào)整后對(duì)病人的影響。
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(lái)取代肢體的功能障礙（不論暫時(shí)性或永久性），或是用來(lái)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(qiáng)，且單指上下肢而言，不過(guò)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(lái)設(shè)計(jì)智能型義肢骨骼元件系統(tǒng)電路實(shí)驗(yàn)，這兩個(gè)工具包的交叉性提供了很大的便利。開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)通過(guò)多次使用這些動(dòng)態(tài)工具來(lái)設(shè)計(jì)，仿真和可視化電路線路實(shí)驗(yàn)，使設(shè)備尺寸大大減小，提高了開(kāi)發(fā)包使用尺寸效率。
Ultiboard是一款用來(lái)布線，制作pcb版式的軟件，通常都是配合Multisim軟件使用的。
Multisim是美國(guó)國(guó)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(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。
在過(guò)去，我們需要整個(gè)部門來(lái)設(shè)計(jì)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(xiàng)原來(lái)小型的企業(yè)無(wú)法獲得的技術(shù)。
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使用LabVIEW軟件來(lái)創(chuàng)建和驗(yàn)證一個(gè)人工心臟的長(zhǎng)期測(cè)試系統(tǒng)
LabVIEW是一種程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，由美國(guó)國(guó)家儀器（NI）公司研制開(kāi)發(fā)的，類似于C和BASIC開(kāi)發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言都是采用基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語(yǔ)言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。
挑戰(zhàn)
創(chuàng)建一個(gè)人工心臟模擬流程測(cè)試系統(tǒng)（SFTS）的長(zhǎng)期測(cè)試程序，對(duì)醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用進(jìn)行VIs的驗(yàn)證和有效性測(cè)試。
解決方案
使用NI 公司的基于USB數(shù)據(jù)采集（DAQ）和信號(hào)調(diào)節(jié)設(shè)備的并行循環(huán)架構(gòu)，和使用NI LabVIEW單元測(cè)試框架工具包。
圖2. 人工心臟模擬脈流體流動(dòng)
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(shí)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。
當(dāng)測(cè)試人工心臟時(shí)， Data Science Automation將設(shè)備加入到流程系統(tǒng)中，來(lái)模擬動(dòng)脈流體流動(dòng)測(cè)試。每次，我們對(duì)心臟測(cè)試要進(jìn)行數(shù)月和數(shù)年，以驗(yàn)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(shí)運(yùn)行18個(gè)循環(huán)，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、記錄、分析和定期地記錄日志。因?yàn)槲覀冃枰獙?duì)集中的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，并需要流動(dòng)探針測(cè)試的專用系統(tǒng)，我們使用一個(gè)多路系統(tǒng)將來(lái)自傳感器和串口通信的信號(hào)路由到一組單數(shù)據(jù)集中。系統(tǒng)每種“模式”，無(wú)論是報(bào)警狀態(tài)，用戶覆蓋還是中斷，每天三次的單次循環(huán)測(cè)試需要可靠地記錄10個(gè)心臟節(jié)拍的數(shù)據(jù)。
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(cè)每次循環(huán)中的壓力，流量，和溫度。如果這些值超過(guò)了用戶定義的限制，報(bào)警狀態(tài)就會(huì)被激活，通過(guò)循環(huán)和多路復(fù)用器覆蓋當(dāng)前自動(dòng)進(jìn)程。我們收集和寫入額外的診斷數(shù)據(jù)到報(bào)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。
當(dāng)完成每個(gè)VI，必須要使用一個(gè)合理的報(bào)告進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證，生成一個(gè)測(cè)試記錄。雖然可以人工地執(zhí)行這些驗(yàn)證測(cè)試，LabVIEW單元測(cè)試框架工具為我們節(jié)省了時(shí)間和精力，尤其是對(duì)于遞歸測(cè)試，因?yàn)榭梢允褂迷摴ぞ哂行У禺a(chǎn)生測(cè)試和文檔。此外，在整合，重新測(cè)試和重新驗(yàn)證期間對(duì)軟件的更改變得更加簡(jiǎn)單。LabVIEW單元測(cè)試框架工具的靈活性和易用性為項(xiàng)目部分提供了更快和更可靠的完成，這無(wú)疑在項(xiàng)目生命周期中潛在地節(jié)省了人工大量的時(shí)間和數(shù)億百計(jì)的資金。
