助力人体解剖学——软件工程师优化医疗设备设计

　　使用MulTIsum软件来研究使用义肢截肢者的人类运动

　　挑战

　　创建一个便携式的，可穿戴设备来进行步态分析，以及研究使用义肢截肢者的人类运动。

　　解决方案

　　使用NI Multisim和Ultiboard软件来设计智能型义肢骨骼元件系统(iPecs)。

　　图1. 智能型义肢骨骼元件系统是一种便携式设备，该设备提供了对步态分析实验的关键数据采集功能，而且截肢者可以配备该设备来执行正常的日常活动。

　　来自大学园区产业义肢行业的一位领导者提供了使用生物设计原理来模仿人脚，根据解剖学角度来说是正确的义肢，并融合了高科技复合材料到该产品中，以提供义肢的功能和耐用性。假肢行业 领军者，College Park 工业提供了最自动化的义肢脚；该假肢使用了生物学设计原则来模拟人的足部并且通过融合高科技的合成材料增强功能性和持久性。同时满足以下两者设计产品以满足截肢者的功能需求以及规定，制造并符合最终设备的从业人员——义肢医师利润需求，是一种挑战。

　　我们希望提供一个便携式设备，该设备可提供对步态分析实验的关键数据采集功能，而且截肢者可以配备该设备来执行正常的日常活动或该设备适合于他们的义肢。在设备的重量和尺寸方面，设备必须是不显眼的，以消除对测试结果的任何偏置效果。

　　智能型义肢骨骼元件系统是一种测试工具，通过提供对义肢元件选择和调整影响的个性化和客观信息，以帮助研究人员和临床医护人员对病人护理的优化。任何义肢医师可以可视化和直接测量，以及解释义肢选择和调整后对病人的影响。

　　我们使用Multisim和Ultiboard 软件来设计智能型义肢骨骼元件系统电路实验，这两个工具包的交叉性提供了很大的便利。开发团队通过多次使用这些动态工具来设计，仿真和可视化电路线路实验，使设备尺寸大大减小，提高了开发包使用尺寸效率。

　　在过去，我们需要整个部门来设计智能型义肢骨骼元件系统。Multisim和Ultiboard 软件使得我们可以获得了这样一项原来小型的企业无法获得的技术。

　　MaryAnn Labant和Michael Leydet，大学园区产业

　　使用LabVIEW软件来创建和验证一个人工心脏的长期测试系统

　　挑战

　　创建一个人工心脏模拟流程测试系统(SFTS)的长期测试程序，对医疗设备应用进行VIs的验证和有效性测试。

　　解决方案

　　使用NI 公司的基于USB数据采集（DAQ）和信号调节设备的并行循环架构，和使用NI LabVIEW单元测试框架工具包。

图2. 人工心脏模拟脉流体流动

　　当测试人工心脏时， Data Science Automation将设备加入到流程系统中，来模拟动脉流体流动测试。每次，我们对心脏测试要进行数月和数年，以验证人工心脏可以在患者身上使用数月和数年。我们同时运行18个循环，需要对数据进行采集、记录、分析和定期地记录日志。因为我们需要对集中的数据进行收集，并需要流动探针测试的专用系统，我们使用一个多路系统将来自传感器和串口通信的信号路由到一组单数据集中。系统每种“模式”，无论是报警状态，用户覆盖还是中断，每天三次的单次循环测试需要可靠地记录10个心脏节拍的数据。

　　即使我们一天只收集三次数据，系统还需要不断地监测每次循环中的压力，流量，和温度。如果这些值超过了用户定义的限制，报警状态就会被激活，通过循环和多路复用器覆盖当前自动进程。我们收集和写入额外的诊断数据到报警日志中，并发送信息给用户，该信息必须在接受其他任何用户输入之前被清除。

　　为了满足开发医疗设备软件的规范，程序的每个部分必须要经过验证测试。当我们完成每个VI，我们必须要使用一个合理的报告进行测试和验证，生成一个测试记录。虽然我们可以人工地执行这些验证测试，LabVIEW单元测试框架工具为我们节省了时间和精力，尤其是对于递归测试，因为我们可以使用该工具有效地产生测试和文档。此外，在整合，重新测试和重新验证期间对软件的更改变得更加简单。LabVIEW单元测试框架工具的灵活性和易用性为项目部分提供了更快和更可靠的完成，这无疑在项目生命周期中潜在地节省了人工大量的时间和数亿百计的资金。