SonoSite公司(全球四大超聲波品牌)使用NI平臺(tái)設(shè)計(jì)醫(yī)療超聲測(cè)試系統(tǒng)

Author(s):
Max Hovila - SonoSite

Industry:
Medical

Products:
PXI-2527, PXI-5152, LabWindows/CVI, PXI-2593, PXI-2566, PXI-5412

The Challenge:
取代VXI 架構(gòu)的老舊功能測(cè)試平臺(tái)，針對(duì)醫(yī)療超聲系統(tǒng)的發(fā)送器、接收器、頻率響應(yīng)與失真測(cè)試，進(jìn)行自動(dòng)化的功能測(cè)試。

The Solution:
使用 NI LabWindows™/CVI 軟件與 NI PXI 硬件平臺(tái)來(lái)設(shè)計(jì)一套現(xiàn)代、準(zhǔn)確的攜帶式解決方桉，能滿足并超越我們功能測(cè)試平臺(tái)的規(guī)格。

測(cè)試系統(tǒng)設(shè)備

我們先前的測(cè)試系統(tǒng)是使用 Virtual Instrument Software Architecture (VISA) 儀器驅(qū)動(dòng)程式與 NI LabWindows™/CVI，在 VXI 硬件平臺(tái)上開發(fā)的。測(cè)試執(zhí)行程式是 1 套 Visual C++ 應(yīng)用，使用以太網(wǎng)控制連結(jié) LabWindows/CVI 中的測(cè)試軟件應(yīng)用。

我們研究了舊測(cè)試系統(tǒng)上的儀器規(guī)格之后，發(fā)現(xiàn) NI 提供的 PXI 測(cè)試設(shè)備，可以滿足并超過(guò)舊 VXI 測(cè)試設(shè)備的規(guī)格。

新的測(cè)試系統(tǒng)包含了 1 個(gè)數(shù)位器、1 個(gè)任意波形產(chǎn)生器，以及多個(gè)切換模塊，為 SonoSite 與海外供應(yīng)商的產(chǎn)品測(cè)試，提供了自動(dòng)化的超聲波系統(tǒng)測(cè)試。

我們大約花了 4 個(gè)月的時(shí)間開發(fā)軟件、整合測(cè)試及確認(rèn)測(cè)試系統(tǒng)，將 SonoSite目前 3 種產(chǎn)品的老舊測(cè)試系統(tǒng)換成新的 PXI 測(cè)試系統(tǒng)。我們?cè)谖磥?lái) 3 個(gè)月內(nèi)會(huì)為剩下的 5 種產(chǎn)品完成系統(tǒng)撤換。

超聲波系統(tǒng)發(fā)送器測(cè)試會(huì)量測(cè)超聲波系統(tǒng)所有頻道產(chǎn)生的單位脈沖。NI PXI-5152 數(shù)位器會(huì)采集發(fā)送的波形、將發(fā)送器脈沖資料傳輸?shù)街鳈C(jī) PC 處理，并為發(fā)送器脈沖的面積、上升、下降與延遲的特性進(jìn)行范圍驗(yàn)證。

為了測(cè)試接收器，我們使用 NI PXI-5412 波形產(chǎn)生器制造輸入信號(hào)進(jìn)入超聲波系統(tǒng)，以證實(shí)超聲波系統(tǒng)接收通道的所有頻道，在接收增益 (receiver gain)、頻率響應(yīng)、失真與噪音效能方面的表現(xiàn)，是在可接受的范圍之內(nèi)。

為了將測(cè)試自動(dòng)化，NI PXI-2593 RF多路復(fù)用器執(zhí)行了所有發(fā)送器與接收器測(cè)試的切換要求，并且在測(cè)試一開始之后，進(jìn)行完全的測(cè)試自動(dòng)化。

舊的 SonoSite 產(chǎn)品需要更多的測(cè)試點(diǎn)測(cè)量，而新的測(cè)試系統(tǒng)包含了 1 個(gè) NI PXI-2527 通用多路復(fù)用器以測(cè)量數(shù)個(gè)直流電壓，以及 1 個(gè) NI PXI-2566 繼電器模塊，將負(fù)載電路接上超聲波系統(tǒng)，以測(cè)試系統(tǒng)電池的充電器回路。

軟件開發(fā)與整合

軟件從舊平臺(tái)轉(zhuǎn)換到新 PXI 平臺(tái)的過(guò)程很容易，因?yàn)榇蟛糠值?VXI 軟件導(dǎo)入程序都可以重復(fù)使用，并適用于新的平臺(tái)。我們只需要將 VISA 的驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用 (call) 換成新的儀器功能呼叫。

測(cè)試工具在執(zhí)行功能測(cè)試時(shí)基本上是一樣的，所以，針對(duì)新系統(tǒng)的產(chǎn)品測(cè)試幾乎不需要再提供訓(xùn)練，因?yàn)闇y(cè)試軟件操作裝置與操作員的使用界面，并沒有因?yàn)樾碌臏y(cè)試平臺(tái)而改變。

由 LabWindows/CVI 開發(fā)的功能測(cè)試軟件包含了數(shù)個(gè)虛擬的 UI 面板供測(cè)試應(yīng)用，并能為超聲波硬件除錯(cuò) / 檢修故障。測(cè)試軟件在生產(chǎn)模式也可以執(zhí)行，這會(huì)封鎖所有的 UIR 面板彈出式視窗，并執(zhí)行全自動(dòng)測(cè)試。

在軟件開發(fā)期間，我們使用虛擬的 UI 面板圖形能力與 LabWindows/CVI 先進(jìn)的數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)，來(lái)執(zhí)行快速傅立葉變換(Fourier transform)功能；檢查輸出振幅、諧波失真與接收器噪音測(cè)試；以及分析 SonoSite 超聲波系統(tǒng)的詳細(xì)測(cè)試測(cè)量效率。

節(jié)省成本

我們將先前的 VXI 測(cè)試平臺(tái)，以及升級(jí)到新的測(cè)試平臺(tái)后，兩者的生產(chǎn)測(cè)試結(jié)果做了評(píng)估比較。持續(xù)使用舊的測(cè)試系統(tǒng)，并用二手測(cè)試設(shè)備市場(chǎng)的儀器來(lái)替換，這樣每年的成本約為 3 萬(wàn)美元，而一段時(shí)間之后，這個(gè)系統(tǒng)便無(wú)法滿足規(guī)格，也無(wú)法進(jìn)行儀器校正；若升級(jí)成 PXI 測(cè)試平臺(tái)，2 年半之后就能回本。NI 提供了這次新的測(cè)試平臺(tái)所需的所有支援、服務(wù)與軟件開發(fā)工具。

其他的好處

解決數(shù)個(gè)測(cè)試站測(cè)量結(jié)果有差異的問(wèn)題 – 舊的 VXI 測(cè)試平臺(tái)有個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題，那就是數(shù)個(gè)測(cè)試站測(cè)量的發(fā)送器脈沖，會(huì)有數(shù)位器效果不一致的結(jié)果。有些測(cè)試站會(huì)測(cè)到高脈沖，而其他站則測(cè)到低脈沖。當(dāng)不同的測(cè)試站回報(bào)的通過(guò) / 不通過(guò)結(jié)果不一致時(shí)，所得出數(shù)位器效率的測(cè)試結(jié)果并不理想。

我們比較了新的 PXI 平臺(tái)上的 4 個(gè) PXI-5152 數(shù)位器，發(fā)現(xiàn)在相同的發(fā)送器脈沖測(cè)量中會(huì)有較一致的結(jié)果，我們預(yù)期新平臺(tái)的測(cè)試站會(huì)產(chǎn)生一致的效率測(cè)試結(jié)果。

圖 2 是2 個(gè) PXI 數(shù)位器產(chǎn)生的 2 種覆蓋發(fā)送器脈沖波形。圖表上的紅線與黃線代表 2 個(gè)數(shù)位器的發(fā)送器脈沖曲線。4 個(gè)數(shù)位器都展示了相同的測(cè)試效果，測(cè)量值的結(jié)果也非常相近。

老舊的 VXI 數(shù)位器在脈沖方面會(huì)產(chǎn)生差異，數(shù)位器在不同的測(cè)試站不會(huì)產(chǎn)生一致的測(cè)量值。圖 3 顯示了 1 個(gè) VXI 站的發(fā)送器脈沖量測(cè)值，以及 1 個(gè)測(cè)量結(jié)果有差異的站 (注意 2 道曲線：第 1 道是紅色，第 2 道是黃色)；2 道曲線的振幅清楚標(biāo)示了不同的測(cè)量值導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不同。其中 1 個(gè)數(shù)位器的信號(hào)線有噪音干擾，這應(yīng)該是因?yàn)閮x器老舊而產(chǎn)生的。

攜帶方便– 新的設(shè)備攜帶方便，可以輕鬆寄給供貨商。每套設(shè)備體積輕巧，保管非常容易。

校正服務(wù)– 新架構(gòu)校正服務(wù)可以取得快速的支援，因?yàn)槲覀兊膰?guó)外供應(yīng)商與 NI 校正中心都位在新加坡。

淘汰某些特殊測(cè)試設(shè)備 (STE) – PXI 儀器規(guī)格淘汰了某些舊型的定制測(cè)試設(shè)備，所需的線纜 (cabling) 與定制設(shè)備維護(hù)也比較少，例如外接的帶通濾波器回路 (bandpass filter circuit)。PXI-5412 波形產(chǎn)生器的諧波含量已經(jīng)夠低，可用于失真測(cè)試，所以不需要先前的測(cè)試系統(tǒng)所需的特殊電路系統(tǒng)。