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進行進展性癌癥研究
概述：使用OCT技術(shù)與授予專利的光源技術(shù)，并通過帶有32個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越來越受到研究人員的關(guān)注，因為它具有比核磁共振成像（MRI）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，而且對于患者非常安全，因為我們使用的激光輸出能量非常之低并且無需使用電離輻射。
OCT利用一個低功耗光源及其相應(yīng)的光反射以創(chuàng)建圖像，該方法類似于超聲，但我們監(jiān)測的是光波，而不是聲波。當(dāng)我們將一束光投射在一個樣品上，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)建一個高速傅立葉域OCT系統(tǒng)，以支持來自以192.2 THz為中心頻率、頻率間隔為25.0 GHz的寬帶入射光（波長為1559.8 nm）的256個窄頻帶的分隔。頻譜分離使得PXI-5105數(shù)字化儀的256個高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）通道能以60 MS/s的采樣率進行數(shù)據(jù)采集，并對所有的頻帶進行同步檢測。
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18槽的NI PXI-1045機箱上。我們利用NI PXI-6652定時與同步模塊和NI-TClk同步技術(shù)，實現(xiàn)不同機箱上的數(shù)字化儀的同步，它提供了數(shù)十皮秒精度級的通道間相位同步性。我們選用PXI-5105是因為其高通道密度——每塊板卡八個輸入通道，這樣使得256個高速通道的系統(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，實現(xiàn)了每秒六千萬次軸向掃描的OCT成像。利用一臺共振掃描裝置進行幀速率為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）。我們利用一個半導(dǎo)體光放大器（SOA，來自COVEGA公司，BOA-1004型）放大該SLD的輸出光信號，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的輸出光信號強度，使得樣本信號的功率為9 mW，以滿足ANSI的安全限制。我們的系統(tǒng)利用一個準(zhǔn)直透鏡（L1）和一個物鏡（L2），將樣本支路光信號導(dǎo)入到采樣點（S）。我們使用一個共振掃描裝置（RS、光電產(chǎn)品、SC-30型）和一個電鏡（G，劍橋技術(shù)出品，6210型）掃描采樣點的光束。我們的系統(tǒng)利用光照明光學(xué)收集來自采樣點的后向散射或后向發(fā)射的光信號，并利用一個光循環(huán)裝置C1將其導(dǎo)入至SOA2（來自COVEGA公司，BOA-1004型）。我們通過一個耦合器CP2（耦合比為50：50）整合SOA2的輸出信號與參考光信號。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，以實現(xiàn)平衡檢測。它利用平衡圖片接收裝置（來自New Focus公司，2117型）——共有256個圖片接收裝置，檢測來自這兩個OD的具有相同光頻率的輸出信號。它利用前述快速多通道ADC系統(tǒng)的32塊PXI-5105數(shù)字化儀，檢測來自圖片接收裝置的輸出信號。所采集數(shù)據(jù)在單次采集過程中存儲于數(shù)字化儀的板載深度存儲器中，然后傳輸至計算機供分析。
就同步檢測干涉頻譜而言，OD-OCT與SD-OCT相似。其差別在于OD-OCT同時在不同頻率以數(shù)據(jù)采集速率檢測整個干涉圖譜，而不是像SD-OCT那樣——在某個時間跨度內(nèi)累計輸入到CCD檢測裝置中。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60 MHz——來確定軸向掃描速率。共振掃描裝置的16 kHz速率確定了幀速率。我們僅使用了一個掃描方向進行數(shù)據(jù)采集（50%的占空比），從而得到每幀的采樣時間為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
我們將動態(tài)范圍定義為點擴散函數(shù)（PSF）的峰值與樣本支路暢通時的背景噪聲間的比值。我們根據(jù)結(jié)果估計，動態(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的一個技術(shù)優(yōu)勢在于AWG的每個通道所檢測的頻帶寬度小于25 GHz的頻率間距。40 dB的動態(tài)范圍基本足夠生物組織的測量。
我們利用中性密度濾光鏡將發(fā)射光衰減了39.3 dB。粗實曲線是在阻塞樣本光信號的情況下測量所得的背景噪聲。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。受限于存儲器的大小，我們把采樣率降至10 MHz。

我們使用 NI LabVIEW 與 NI TestStand 開發(fā)靈活的軟件架構(gòu)，以解決目前及未來的測試需求。這套軟件的功能眾多，能夠測試不同版本的產(chǎn)品，以及開放式與封閉式硬件。使用 NI TestStand，我們可以利用商業(yè)可用的測試執(zhí)行功能來節(jié)省開發(fā)時間。
使用定制化的操作界面，操作員可以登陸、載入選出的測試序列，然后監(jiān)控測試過程。界面也會提供即時資料更新給操作員、生成測試報告，然后將所有的測試資訊記錄到資料庫中，供日后分析之用。我們在 LabVIEW 中撰寫個別的測試，這也可以節(jié)省開發(fā)時間，因為我們擁有龐大的函數(shù)庫可以測量、與硬件連接、分析結(jié)果，以及顯示。通過模塊化操作界面進行序列控制，并將其與個別測試模塊分開，我們便能將開發(fā)的成果使用于更多有類似測試需求的產(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)工程師就能進行分析并找出趨勢，并制作生產(chǎn)收益的報告。他們也會使用數(shù)據(jù)分析失敗原因，并在設(shè)備制造的過程中找出待改進之處。記錄中擁有所有的測試資料，包含使用的序列、參數(shù)、測試儀器的校正日期、測試時間，以及產(chǎn)品的通過 / 失敗狀態(tài)。

使用CompactRIO、labview 平臺監(jiān)控露天礦場使用的機器鏟
概述：使用NI CompactRIO平臺與NI LabVIEW軟體來創(chuàng)造的客制化振動與壓力連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)。

露天礦場使用的機器鏟是大型、活動式、非靜止的機器，用來裝載卡車，將礦石運送到加工廠。通常機器鏟與卡車的數(shù)量比例約為1 比12，所以機器鏟若發(fā)生意外的停工，便會對產(chǎn)量造成直接的影響，所以機器鏟被視為關(guān)鍵性的機器。
習(xí)慣上來說，要為這種機器鏟進行狀態(tài)監(jiān)控與預(yù)測性技術(shù)是很困難的，這是因為缺乏足夠的分析運算法與設(shè)備，而且環(huán)境太過惡劣。普通設(shè)備的傳統(tǒng)振動分析(旋轉(zhuǎn)機器進行預(yù)測性維修的主要工具) 是根據(jù)傅葉爾轉(zhuǎn)換來執(zhí)行的，傅葉爾轉(zhuǎn)換會假設(shè)旋轉(zhuǎn)速度不變。這對機器鏟來說是不夠的，所以便使用另1 種方法。
因為急需從回應(yīng)式、預(yù)防式的維修策略轉(zhuǎn)變成預(yù)測式、主動式的策略，所以便開發(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 教授所進行的計畫，目的是要為機器鏟的振動信號發(fā)展出適當(dāng)?shù)恼駝臃治鲞\算法。等到運算法發(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，以維持完整的機械結(jié)構(gòu)資產(chǎn)完整管理與分析工具。

監(jiān)控系統(tǒng)包括了車載設(shè)備(on-board equipment)、1 個無線(off-board) 伺服器、電腦與無線網(wǎng)路設(shè)備。機器鏟的車載設(shè)備包括：
? 加上NI cRIO-9014 - 8 槽式機箱的CompactRIO 系統(tǒng)
? 供振動量測用的NI 9233 模組
? 供動態(tài)應(yīng)變量測用的NI 9237 模組
? 提供、高解析度轉(zhuǎn)速測定資料的NI 9422 模組
? 提供機器鏟控制系統(tǒng)補償訊號的NI 9205 模組
? 裝在機器鏟主要旋轉(zhuǎn)元件(馬達與齒輪箱傳動裝置) 上的壓電加速度計
? 裝在機器鏟主要結(jié)構(gòu)元件上的應(yīng)變計
? 主馬達上的增量編碼器
? 無線網(wǎng)路設(shè)備
? 電力濾波設(shè)備
車載的CompactRIO系統(tǒng)需要加速度計、編碼器與應(yīng)變計同時提供信號。振動與應(yīng)變信號持續(xù)受到監(jiān)控，并與設(shè)定的警報值做比較，在問題產(chǎn)生時可以搶先通報。如果發(fā)生警報時，信號會以使用者定義的間隔定期儲存。發(fā)生這種狀況時，CompactRIO平臺的監(jiān)控應(yīng)用可以尋找佳的分析量測時段，并佳化信號雜訊比。運用本法，資料會定期以預(yù)設(shè)的間隔儲存，以控制終的機械改變，而發(fā)生突發(fā)事件時資料也會記錄下來。碰到以上2種狀況時，機器鏟控制系統(tǒng)的補償信號會儲存起來供參考之用，并提高主動校正的可能性。

每次進行EO 實驗，COP 明顯均集中在同一區(qū)域。但若進入EC 實驗，受測人員的COP 分布就會產(chǎn)生的變化。結(jié)果顯示，所有受測人員若要在不平衡的表面上達到平衡，將極度依賴自己生理上的本體感受器(Proprioceptor) 告知大腦目前狀態(tài)，也解釋了COP 分配區(qū)域大幅增多的原因。
一項對EC 實驗的有趣觀察指出，若受測人員對生活形態(tài)抱持輕微的積極態(tài)度，則搖擺的程度較大；若對生活形態(tài)抱持適當(dāng)?shù)姆e極態(tài)度，其搖擺程度亦較小。不同的生活形態(tài)亦反應(yīng)出COP 的分配范圍。與適當(dāng)積極態(tài)度的受測人員相較，較不積極的人其COP 分配范圍亦較大。
若受測人員已熟悉了Balance Trainer 動態(tài)平臺，亦將更能控制COP 的分配范圍，亦能進一步控制自己的本體感受器。在實際擷取資料之前，這些受測人員已經(jīng)實際使用動態(tài)平臺達7 天。
結(jié)論
總的來說，我們用LabVIEW 與DAQ 建構(gòu)動態(tài)平圖，可了解人體在不穩(wěn)定表面上的平衡狀態(tài)。儀控式的動態(tài)平臺顯示了下列特性：
? 測得受測人員的姿勢控制與擺動情形若受測人員的COP分配范圍較大，也耗上更多力氣才能達到平衡
? 受測人員若對生活抱持積極的態(tài)度，也展現(xiàn)了較佳的姿勢控制能力
? 在切斷視覺之后，人體會立刻切換為本體感受器，通知身體是否在特定方向的擺動幅度過大
? 受測人員在熟悉了平臺之后，亦將縮小其COP分配范圍綜合以上結(jié)論，受測人員只要能控制自己的本體感受器，就越能在非平衡的表面上讓自己保持平衡。
使用LabVIEW 與NI CompactDAQ 測試小型牽引機的噪音與振動
概述：使用LabVIEW and NI CompactDAQ模組架構(gòu)的可攜式資料擷取系統(tǒng)記錄測試參數(shù)并且根據(jù)受測的單元與組態(tài)產(chǎn)生報告。

我們選擇LabVIEW 架構(gòu)的可攜式DAQ 系統(tǒng)，且NI CompactDAQ 模組可輕松攜帶至戶外測試場地。系統(tǒng)將記錄測試參數(shù)，并根據(jù)受測單元與組態(tài)產(chǎn)生報告。另外，我們也可重新設(shè)定系統(tǒng)，以用于如振動量測的其他應(yīng)用。
LabVIEW 圖形化程式設(shè)計的特性，讓我們可輕松學(xué)習(xí)，且軟體亦可無限制客制化。因為如此，我們功能以NI 軟體工程師撰寫的程式迅速上手，再針對自己的需求客制化其輸入與輸出，針對各個特定測試產(chǎn)生所需的報表。
牽引機噪音滿足多項排放標(biāo)準(zhǔn)，而為保護使用者所訂定的引擎噪音也有多種規(guī)范。售往歐洲的牽引機，先通過完整的測試，除了表明該設(shè)備已符合特定的歐洲標(biāo)準(zhǔn)，并需標(biāo)示其他測試中的聲音功率強度。這些規(guī)范可避免機器損害使用者的聽力，且若人體長期暴露于高噪音與高振動的環(huán)境中，往往會對身體造成不良的影響。
聲音功率量測
適用于聲音功率的LabVIEW 參考函式庫VI，加上NI Sound and Vibration Measurement Suite，可讓我們按照ISO-3744 的標(biāo)準(zhǔn)，透過聲源周圍的麥克風(fēng)陣列，而計算出聲音功率。聲音功率代表由聲源所發(fā)出的聲音能量強度，并可用于大多數(shù)的環(huán)境噪音測試作業(yè)。在受測聲源周圍，排列出既定幾何圖案的麥克風(fēng)陣列，即可進行量測作業(yè)。我們將麥克風(fēng)所測得的聲壓強度(dB ref 20 μPa) 加以平均，隨即得出聲音功率強度(dB ref 1 pW)。
此標(biāo)準(zhǔn)另說明麥克風(fēng)幾何形式的大小與形狀，還有修正背景噪音的方式。在計算總聲音功率強度之前，我們平均表面區(qū)域的聲壓強度，以獲得表面的平均分數(shù)倍頻頻譜。在得出表面的平均分數(shù)(Octave) 頻譜之后，即可測定全部的聲音功率強度。聲音強度的量測結(jié)果，可透過各個頻帶(Band) 中的聲音強度，呈現(xiàn)為總強度或分數(shù)倍頻頻譜。我們使用內(nèi)建的參照函式庫VI，并由NI 工程師協(xié)助使用LabVIEW，客制化聲音功率的量測程式。
測試場地
我們于草地上建造半徑13 公尺的戶外水泥測試地。每6 個麥克風(fēng)為1 組陣列，并安裝于三腳架上，且其中2 組三腳架約為518 公分(17 英尺) 高。為了設(shè)置測試作業(yè)，我們使用自己設(shè)計的容器安裝并保護的腳架、連接線、麥克風(fēng)、筆記型電腦，與測試小桌。我們共設(shè)置6 組麥克風(fēng)腳架，并有連接線將各組麥克風(fēng)連至DAQ 機箱。完成參考量測以校準(zhǔn)系統(tǒng)之后，隨即開始測試。