利用下一代醫(yī)學(xué)成像技術(shù)以及PXI模塊化儀器系統(tǒng)與NI LabVIEW進(jìn)行進(jìn)展性癌癥研究
概述：使用OCT技術(shù)與授予專(zhuān)利的光源技術(shù)，并通過(guò)帶有32個(gè)PXI-5105數(shù)字化儀的256同步通道的高速(60Ms/s）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)予以實(shí)現(xiàn)。

OCT是一種非入侵式成像技術(shù)，它提供半透明或不透明的材料的表下、斷層圖像。OCT圖像使我們可以以與一些顯微鏡相近的精度可視化地展現(xiàn)組織或其他物體。OCT越來(lái)越受到研究人員的關(guān)注，因?yàn)樗哂斜群舜殴舱癯上瘢∕RI）和正電子發(fā)射型斷層成像（PET）等其他成像技術(shù)高很多的分辨率。此外，該方法不要求我們作其他準(zhǔn)備，而且對(duì)于患者非常安全，因?yàn)槲覀兪褂玫募す廨敵瞿芰糠浅Ｖ筒⑶覠o(wú)需使用電離輻射。
OCT利用一個(gè)低功耗光源及其相應(yīng)的光反射以創(chuàng)建圖像，該方法類(lèi)似于超聲，但我們監(jiān)測(cè)的是光波，而不是聲波。當(dāng)我們將一束光投射在一個(gè)樣品上，其中大部分光線被散射，但仍有小部分光線以平行光的形式反射，這些平行光可以被檢測(cè)到并用于創(chuàng)建圖像。
別系統(tǒng)概覽
我們的任務(wù)便是利用光學(xué)解復(fù)用器創(chuàng)建一個(gè)高速傅立葉域OCT系統(tǒng)，以支持來(lái)自以192.2 THz為中心頻率、頻率間隔為25.0 GHz的寬帶入射光（波長(zhǎng)為1559.8 nm）的256個(gè)窄頻帶的分隔。頻譜分離使得PXI-5105數(shù)字化儀的256個(gè)高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）通道能以60 MS/s的采樣率進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并對(duì)所有的頻帶進(jìn)行同步檢測(cè)。
我們的系統(tǒng)包含32塊8通道的PXI-5105數(shù)字化儀，它們分布在三個(gè)18槽的NI PXI-1045機(jī)箱上。我們利用NI PXI-6652定時(shí)與同步模塊和NI-TClk同步技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不同機(jī)箱上的數(shù)字化儀的同步，它提供了數(shù)十皮秒精度級(jí)的通道間相位同步性。我們選用PXI-5105是因?yàn)槠涓咄ǖ烂芏取繅K板卡八個(gè)輸入通道，這樣使得256個(gè)高速通道的系統(tǒng)保持較小的外形尺寸。當(dāng)我們完成數(shù)據(jù)采集之后，我們利用LabVIEW進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和可視化展示。
利用傅立葉域OCT系統(tǒng)中的光解復(fù)用器充當(dāng)頻譜分析儀，實(shí)現(xiàn)了每秒六千萬(wàn)次軸向掃描的OCT成像。利用一臺(tái)共振掃描裝置進(jìn)行幀速率為16 kHz、每幀1400 A-線和3毫米深度范圍的左右掃查，我們的OCT成像展示了23 μm的精度。
系統(tǒng)深度描述
在我們的系統(tǒng)中，所采用的光源是一個(gè)寬帶超發(fā)光二極管（SLD，由NTT電子提供原型產(chǎn)品）。我們利用一個(gè)半導(dǎo)體光放大器（SOA，來(lái)自COVEGA公司，BOA-1004型）放大該SLD的輸出光信號(hào)，并利用耦合器（CP1）將其等分導(dǎo)入到樣本支路和參考支路。我們調(diào)整SOA1的輸出光信號(hào)強(qiáng)度，使得樣本信號(hào)的功率為9 mW，以滿(mǎn)足ANSI的安全限制。我們的系統(tǒng)利用一個(gè)準(zhǔn)直透鏡（L1）和一個(gè)物鏡（L2），將樣本支路光信號(hào)導(dǎo)入到采樣點(diǎn)（S）。我們使用一個(gè)共振掃描裝置（RS、光電產(chǎn)品、SC-30型）和一個(gè)電鏡（G，劍橋技術(shù)出品，6210型）掃描采樣點(diǎn)的光束。我們的系統(tǒng)利用光照明光學(xué)收集來(lái)自采樣點(diǎn)的后向散射或后向發(fā)射的光信號(hào)，并利用一個(gè)光循環(huán)裝置C1將其導(dǎo)入至SOA2（來(lái)自COVEGA公司，BOA-1004型）。我們通過(guò)一個(gè)耦合器CP2（耦合比為50：50）整合SOA2的輸出信號(hào)與參考光信號(hào)。該參考支路由光循環(huán)裝置C2、準(zhǔn)直透鏡L3和參考反射鏡RM組成。
我們的系統(tǒng)利用兩只光解復(fù)用器（OD1與OD2）分離CP2的輸出信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)平衡檢測(cè)。它利用平衡圖片接收裝置（來(lái)自New Focus公司，2117型）——共有256個(gè)圖片接收裝置，檢測(cè)來(lái)自這兩個(gè)OD的具有相同光頻率的輸出信號(hào)。它利用前述快速多通道ADC系統(tǒng)的32塊PXI-5105數(shù)字化儀，檢測(cè)來(lái)自圖片接收裝置的輸出信號(hào)。所采集數(shù)據(jù)在單次采集過(guò)程中存儲(chǔ)于數(shù)字化儀的板載深度存儲(chǔ)器中，然后傳輸至計(jì)算機(jī)供分析。
就同步檢測(cè)干涉頻譜而言，OD-OCT與SD-OCT相似。其差別在于OD-OCT同時(shí)在不同頻率以數(shù)據(jù)采集速率檢測(cè)整個(gè)干涉圖譜，而不是像SD-OCT那樣——在某個(gè)時(shí)間跨度內(nèi)累計(jì)輸入到CCD檢測(cè)裝置中。因而，它根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集速率——在現(xiàn)有系統(tǒng)中該速率高達(dá)60 MHz——來(lái)確定軸向掃描速率。共振掃描裝置的16 kHz速率確定了幀速率。我們僅使用了一個(gè)掃描方向進(jìn)行數(shù)據(jù)采集（50%的占空比），從而得到每幀的采樣時(shí)間為31.25 μs。該系統(tǒng)在每幀中獲得1875次軸向掃描；然而，由于共振掃描裝置的左右掃查呈高度非線性，我們僅使用了1400次軸向掃描，舍棄了475次軸向掃描。
研究結(jié)果
我們將動(dòng)態(tài)范圍定義為點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)（PSF）的峰值與樣本支路暢通時(shí)的背景噪聲間的比值。我們根據(jù)結(jié)果估計(jì)，動(dòng)態(tài)范圍在各種深度下均約為40 dB并隨著深度加深略有下降。OD-OCT的一個(gè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于AWG的每個(gè)通道所檢測(cè)的頻帶寬度小于25 GHz的頻率間距。40 dB的動(dòng)態(tài)范圍基本足夠生物組織的測(cè)量。
我們利用中性密度濾光鏡將發(fā)射光衰減了39.3 dB。粗實(shí)曲線是在阻塞樣本光信號(hào)的情況下測(cè)量所得的背景噪聲。由這些數(shù)值確定的敏感度按照右手側(cè)的垂直刻度標(biāo)示。
圖像的滲入深度約1毫米，淺于通常利用SS-OCT或SD-OCT獲得的2毫米滲入深度。這是由低敏感度決定的。為得到一幅3D圖像，需要大量的OCT截面。受限于存儲(chǔ)器的大小，我們把采樣率降至10 MHz。

使用 NI TestStand、LabVIEW 與 PXI 開(kāi)發(fā)植入式助聽(tīng)器測(cè)試系統(tǒng)
概述：使用 NI LabVIEW、PXI 電腦式儀器與 NI TestStand，建立一套自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，能以 70% 的開(kāi)發(fā)時(shí)間提供更多更靈活的功能。
我們針對(duì)內(nèi)部研發(fā)使用了新的 PXI 架構(gòu)功能測(cè)試系統(tǒng)，從電路板到組裝完成的產(chǎn)品，測(cè)試了 8 種不同的應(yīng)用。我們也使用這套系統(tǒng)在公司內(nèi)部以及不同的代工廠中進(jìn)行生產(chǎn)測(cè)試。系統(tǒng)需要執(zhí)行眾多的動(dòng)作，包括捕捉、儲(chǔ)存與分析 5 MHz 信號(hào)的波形，將電力與資料穿越皮膚，傳送到植入物中。我們使用聲音測(cè)量、電壓參數(shù)測(cè)量、在不同負(fù)載情況下的電流測(cè)量，同時(shí)通過(guò)數(shù)字 I / O及 GPIB與外部設(shè)備溝通。我們使用 USB 通訊設(shè)備來(lái)控制定制電路板上的繼電器、開(kāi)關(guān)與其他的硬件。系統(tǒng)也能夠準(zhǔn)確調(diào)整共振電路并測(cè)試 I2C 通訊。系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告，同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行存貯，供日后統(tǒng)計(jì)分析之用。

我們使用 NI LabVIEW 與 NI TestStand 開(kāi)發(fā)靈活的軟件架構(gòu)，以解決目前及未來(lái)的測(cè)試需求。這套軟件的功能眾多，能夠測(cè)試不同版本的產(chǎn)品，以及開(kāi)放式與封閉式硬件。使用 NI TestStand，我們可以利用商業(yè)可用的測(cè)試執(zhí)行功能來(lái)節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間。
使用定制化的操作界面，操作員可以登陸、載入選出的測(cè)試序列，然后監(jiān)控測(cè)試過(guò)程。界面也會(huì)提供即時(shí)資料更新給操作員、生成測(cè)試報(bào)告，然后將所有的測(cè)試資訊記錄到資料庫(kù)中，供日后分析之用。我們?cè)?LabVIEW 中撰寫(xiě)個(gè)別的測(cè)試，這也可以節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間，因?yàn)槲覀儞碛旋嫶蟮暮瘮?shù)庫(kù)可以測(cè)量、與硬件連接、分析結(jié)果，以及顯示。通過(guò)模塊化操作界面進(jìn)行序列控制，并將其與個(gè)別測(cè)試模塊分開(kāi)，我們便能將開(kāi)發(fā)的成果使用于更多有類(lèi)似測(cè)試需求的產(chǎn)品上。以統(tǒng)一的格式記錄所有的數(shù)據(jù)，我們的研發(fā)與生產(chǎn)工程師就能進(jìn)行分析并找出趨勢(shì)，并制作生產(chǎn)收益的報(bào)告。他們也會(huì)使用數(shù)據(jù)分析失敗原因，并在設(shè)備制造的過(guò)程中找出待改進(jìn)之處。記錄中擁有所有的測(cè)試資料，包含使用的序列、參數(shù)、測(cè)試儀器的校正日期、測(cè)試時(shí)間，以及產(chǎn)品的通過(guò) / 失敗狀態(tài)。

使用CompactRIO、labview 平臺(tái)監(jiān)控露天礦場(chǎng)使用的機(jī)器鏟
概述：使用NI CompactRIO平臺(tái)與NI LabVIEW軟體來(lái)創(chuàng)造的客制化振動(dòng)與壓力連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)。

露天礦場(chǎng)使用的機(jī)器鏟是大型、活動(dòng)式、非靜止的機(jī)器，用來(lái)裝載卡車(chē)，將礦石運(yùn)送到加工廠。通常機(jī)器鏟與卡車(chē)的數(shù)量比例約為1 比12，所以機(jī)器鏟若發(fā)生意外的停工，便會(huì)對(duì)產(chǎn)量造成直接的影響，所以機(jī)器鏟被視為關(guān)鍵性的機(jī)器。
習(xí)慣上來(lái)說(shuō)，要為這種機(jī)器鏟進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控與預(yù)測(cè)性技術(shù)是很困難的，這是因?yàn)槿狈ψ銐虻姆治鲞\(yùn)算法與設(shè)備，而且環(huán)境太過(guò)惡劣。普通設(shè)備的傳統(tǒng)振動(dòng)分析(旋轉(zhuǎn)機(jī)器進(jìn)行預(yù)測(cè)性維修的主要工具) 是根據(jù)傅葉爾轉(zhuǎn)換來(lái)執(zhí)行的，傅葉爾轉(zhuǎn)換會(huì)假設(shè)旋轉(zhuǎn)速度不變。這對(duì)機(jī)器鏟來(lái)說(shuō)是不夠的，所以便使用另1 種方法。
因?yàn)榧毙鑿幕貞?yīng)式、預(yù)防式的維修策略轉(zhuǎn)變成預(yù)測(cè)式、主動(dòng)式的策略，所以便開(kāi)發(fā)了SiAMFlex 這種彈性監(jiān)控系統(tǒng)(Advanced System for Flexible Monitoring)。原先是智利Concepción 大學(xué)Pedro Saavedra 教授所進(jìn)行的計(jì)畫(huà)，目的是要為機(jī)器鏟的振動(dòng)信號(hào)發(fā)展出適當(dāng)?shù)恼駝?dòng)分析運(yùn)算法。等到運(yùn)算法發(fā)展完畢之后，下一步就是執(zhí)行SiAMFlex 做為連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的核心?，F(xiàn)在SiAMFlex 是由CADETECH 公司支援并持續(xù)更新，以維持完整的機(jī)械結(jié)構(gòu)資產(chǎn)完整管理與分析工具。

擷取的資料暫時(shí)儲(chǔ)存在CompactRIO 的內(nèi)部快閃硬碟中，然后透過(guò)無(wú)線連結(jié)自動(dòng)下載到主要伺服器中，資料在主要伺服器中處理、與更多復(fù)雜的警報(bào)參數(shù)比較，然后儲(chǔ)存在資料庫(kù)中。如果無(wú)法無(wú)線連結(jié)到伺服器時(shí)，使用者可以透過(guò)短程、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的無(wú)線連結(jié)(使用者靠近機(jī)器鏟以建立連結(jié)) 連上并手動(dòng)下載資料；接上乙太網(wǎng)路連接線，或是在CompactRIO的USB 插槽上插入隨身碟，資料便會(huì)自動(dòng)上傳。<0}
資料一旦處理儲(chǔ)存好了，就可以供下列之用：使用者視覺(jué)化、分析、手動(dòng)處理，以及在伺服器上進(jìn)行趨勢(shì)管理，或是有網(wǎng)路可存取資料庫(kù)的電腦，也可進(jìn)行趨勢(shì)管理。所有的組態(tài)、資料移轉(zhuǎn)、處理、視覺(jué)化與分析軟體都充分內(nèi)建在LabVIEW 里。
使用LabVIEW和PXI進(jìn)行東海大橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)
概述：部署一個(gè)堅(jiān)固耐用的PXI系統(tǒng)來(lái)監(jiān)測(cè)環(huán)境對(duì)大橋產(chǎn)生的影響，進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算以確定大橋的即時(shí)結(jié)構(gòu)健康狀況，并將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，進(jìn)行離線處理。

東海大橋作為中國(guó)跨海大橋，耗資12億美元，于2005年完成通車(chē)。六車(chē)道的大橋?qū)⑸虾Ｅc洋山島連在了一起，大橋全長(zhǎng)32.5千米，并設(shè)計(jì)成S形以避開(kāi)臺(tái)風(fēng)和海浪區(qū)，以車(chē)輛安全行駛。
我們搭建了一個(gè)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)（SHM）系統(tǒng)，它能夠提供大量的數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)估大橋損壞和退化程度、結(jié)構(gòu)性能狀況、對(duì)于突發(fā)性災(zāi)難的反應(yīng)。利用這些數(shù)據(jù)可以對(duì)橋梁的設(shè)計(jì)和建造技術(shù)進(jìn)行研究。
我們使用基于NI PXI的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，源于其良好的堅(jiān)固性和小巧的體積，適用于放置在大橋的保護(hù)區(qū)域中。事實(shí)證明，系統(tǒng)在安裝完畢后成功地克服了大橋所遇到的濕度、灰塵、震動(dòng)和化學(xué)腐蝕等各種難題。使用LabVIEW，工程師能夠進(jìn)行重要的實(shí)時(shí)分析，同時(shí)，能夠?qū)Υ髽蛏洗罅康膫鞲衅鳟a(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行離線處理。
硬件系統(tǒng)設(shè)置
對(duì)東海大橋?qū)嵤┍O(jiān)控需要使用超過(guò)500個(gè)傳感器，在大橋每段都放置了加速度計(jì)和FBG光學(xué)傳感器，來(lái)采集環(huán)境激勵(lì)所引起的頻率響應(yīng)。同時(shí)，大橋還配備了風(fēng)速儀和壓式傳感器，以記錄頻率響應(yīng)所對(duì)應(yīng)的環(huán)境條件。大橋每一段還設(shè)有一個(gè)數(shù)據(jù)采集站，配備N(xiāo)I PXI-4472B動(dòng)態(tài)信號(hào)采集卡（DSA）從周?chē)募铀俣扔?jì)采集相關(guān)數(shù)據(jù)。
另外，我們使用NI PXI-6652同步模塊和?NI PXI-6602計(jì)數(shù)器模塊，以及NI PXI-8187機(jī)箱控制器，來(lái)解決數(shù)據(jù)采集的同步問(wèn)題。
在對(duì)東海大橋上的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置時(shí)，我們給每個(gè)PXI機(jī)箱都安裝了一個(gè)GPS，使用脈沖每秒（PPS）和IRIG-B定時(shí)信號(hào)分別進(jìn)行信號(hào)同步和時(shí)間標(biāo)識(shí)。PPS每秒傳輸一千萬(wàn)脈沖，為每個(gè)機(jī)箱提供采樣基準(zhǔn)時(shí)鐘。這使得采集模塊可以在100納秒的分辨率下對(duì)大橋上所有設(shè)備的通道實(shí)現(xiàn)同步采樣。