使用Multisum軟件來(lái)研究使用義肢截肢者的人類運(yùn)動(dòng)

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
使用NI Multisim和Ultiboard軟件來(lái)設(shè)計(jì)智能型義肢骨骼元件系統(tǒng)(iPecs)。

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)。

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。同時(shí)滿足以下兩者設(shè)計(jì)產(chǎn)品以滿足截肢者的功能需求以及規(guī)定，制造并符合最終設(shè)備的從業(yè)人員——義肢醫(yī)師利潤(rùn)需求，是一種挑戰(zhàn)。
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?；顒?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)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。

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。

在過(guò)去，我們需要整個(gè)部門(mén)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)。

– MaryAnn Labant和Michael Leydet，大學(xué)園區(qū)產(chǎn)業(yè)

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)

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)

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(xiě)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。

為了滿足開(kāi)發(fā)醫(yī)療設(shè)備軟件的規(guī)范，程序的每個(gè)部分必須要經(jīng)過(guò)驗(yàn)證測(cè)試。當(dāng)我們完成每個(gè)VI，我們必須要使用一個(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。雖然我們可以人工地執(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)槲覀兛梢允褂迷摴ぞ哂行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。

– Timothy Nolan，數(shù)據(jù)科學(xué)自動(dòng)化