SonoSite公司使用NI平臺設(shè)計醫(yī)療超聲測試系統(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)的老舊功能測試平臺，針對醫(yī)療超聲系統(tǒng)的發(fā)送器、接收器、頻率響應(yīng)與失真測試，進行自動化的功能測試。

　　The Solution:

　　使用 NI LabWindows?/CVI 軟件與 NI PXI 硬件平臺來設(shè)計一套現(xiàn)代、準確的攜帶式解決方桉，能滿足并超越我們功能測試平臺的規(guī)格。

　　測試系統(tǒng)設(shè)備

　　我們先前的測試系統(tǒng)是使用 Virtual Instrument Software Architecture (VISA) 儀器驅(qū)動程式與 NI LabWindows?/CVI，在 VXI 硬件平臺上開發(fā)的。測試執(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 中的測試軟件應(yīng)用。

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

　　新的測試系統(tǒng)包含了 1 個數(shù)位器、1 個任意波形產(chǎn)生器，以及多個切換模塊，為 SonoSite 與海外供應(yīng)商的產(chǎn)品測試，提供了自動化的超聲波系統(tǒng)測試。

　　我們大約花了 4 個月的時間開發(fā)軟件、整合測試及確認測試系統(tǒng)，將 SonoSite目前 3 種產(chǎn)品的老舊測試系統(tǒng)換成新的 PXI 測試系統(tǒng)。我們在未來 3 個月內(nèi)會為剩下的 5 種產(chǎn)品完成系統(tǒng)撤換。

　　超聲波系統(tǒng)發(fā)送器測試會量測超聲波系統(tǒng)所有頻道產(chǎn)生的單位脈沖。NI PXI-5152 數(shù)位器會采集發(fā)送的波形、將發(fā)送器脈沖資料傳輸?shù)街鳈C 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行范圍驗證。

　　為了測試接收器，我們使用 NI PXI-5412 波形產(chǎn)生器制造輸入信號進入超聲波系統(tǒng)，以證實超聲波系統(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)。

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

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

　　軟件開發(fā)與整合

　　軟件從舊平臺轉(zhuǎn)換到新 PXI 平臺的過程很容易，因為大部分的 VXI 軟件導(dǎo)入程序都可以重復(fù)使用，并適用于新的平臺。我們只需要將 VISA 的驅(qū)動程序調(diào)用 (call) 換成新的儀器功能呼叫。

　　測試工具在執(zhí)行功能測試時基本上是一樣的，所以，針對新系統(tǒng)的產(chǎn)品測試幾乎不需要再提供訓(xùn)練，因為測試軟件操作裝置與操作員的使用界面，并沒有因為新的測試平臺而改變。

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

　　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 先進的數(shù)學(xué)函數(shù)庫，來執(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試；以及分析 SonoSite 超聲波系統(tǒng)的詳細測試測量效率。

　　節(jié)省成本

　　我們將先前的 VXI 測試平臺，以及升級到新的測試平臺后，兩者的生產(chǎn)測試結(jié)果做了評估比較。持續(xù)使用舊的測試系統(tǒng)，并用二手測試設(shè)備市場的儀器來替換，這樣每年的成本約為 3 萬美元，而一段時間之后，這個系統(tǒng)便無法滿足規(guī)格，也無法進行儀器校正；若升級成 PXI 測試平臺，2 年半之后就能回本。NI 提供了這次新的測試平臺所需的所有支援、服務(wù)與軟件開發(fā)工具。

　　其他的好處

　　解決數(shù)個測試站測量結(jié)果有差異的問題 – 舊的 VXI 測試平臺有個嚴重的問題，那就是數(shù)個測試站測量的發(fā)送器脈沖，會有數(shù)位器效果不一致的結(jié)果。有些測試站會測到高脈沖，而其他站則測到低脈沖。當(dāng)不同的測試站回報的通過 / 不通過結(jié)果不一致時，所得出數(shù)位器效率的測試結(jié)果并不理想。

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

　　圖 2 是2 個 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 個數(shù)位器的發(fā)送器脈沖曲線。4 個數(shù)位器都展示了相同的測試效果，測量值的結(jié)果也非常相近。

　　老舊的 VXI 數(shù)位器在脈沖方面會產(chǎn)生差異，數(shù)位器在不同的測試站不會產(chǎn)生一致的測量值。圖 3 顯示了 1 個 VXI 站的發(fā)送器脈沖量測值，以及 1 個測量結(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示了不同的測量值導(dǎo)致測量結(jié)果不同。其中 1 個數(shù)位器的信號線有噪音干擾，這應(yīng)該是因為儀器老舊而產(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，因為我們的國外供應(yīng)商與 NI 校正中心都位在新加坡。

　　淘汰某些特殊測試設(shè)備 (STE) – PXI 儀器規(guī)格淘汰了某些舊型的定制測試設(shè)備，所需的線纜 (cabling) 與定制設(shè)備維護也比較少，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，可用于失真測試，所以不需要先前的測試系統(tǒng)所需的特殊電路系統(tǒng)。