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LabVIEW 與DAQ 監(jiān)控人體于動(dòng)態(tài)平臺(tái)上的擺動(dòng)
概述：使用NI LabVIEW軟體搭配NI資料擷取(DAQ)硬體建構(gòu)平臺(tái)，其表面具備122組應(yīng)力感測(cè)電阻器(FSR)并能以200 Hz進(jìn)行取樣，以量測(cè)人體擺動(dòng)與平衡的控制情形。

人體即使在直立時(shí)，亦需隨時(shí)保持著穩(wěn)定性。人體整合多種機(jī)制，才能避免身體在靜、動(dòng)態(tài)的條件下跌倒。測(cè)力板(Force platform) 與Stabilogram 均為量測(cè)、量化人體平衡度的標(biāo)準(zhǔn)。另根據(jù)時(shí)間概念而搜集壓力中心(COP)，以呈現(xiàn)姿勢(shì)控制的結(jié)果?；旧鲜且员砻嬷稳梭w中心，再垂直投射相關(guān)應(yīng)力。主機(jī)電腦將根據(jù)FSR 的訊號(hào)而執(zhí)行一系列的計(jì)算作業(yè)，以取得COP (如圖1)。

圖1. 負(fù)責(zé)計(jì)算人體足部擺動(dòng)的程式圖區(qū)塊
大多數(shù)的姿勢(shì)與平衡計(jì)量技術(shù)，均是主動(dòng)操作姿勢(shì)或平衡狀態(tài)，再計(jì)算出人體的反應(yīng)。在此系統(tǒng)中，我們是讓人體于不穩(wěn)定的支撐表面上保持平衡，達(dá)到自我反應(yīng)的效果。若讓人體站在可移動(dòng)的支撐表面上，亦可達(dá)到相同的變數(shù)。針對(duì)任何測(cè)試點(diǎn)，我們的平臺(tái)可達(dá)到不同方向的平衡紊亂(如圖2)。
在銜接儀器之后，此平臺(tái)可隨時(shí)追蹤人體COP 的移動(dòng)，再顯示各種狀態(tài)下的人體穩(wěn)定程度。此時(shí)如BOSU Balance Trainer 的動(dòng)態(tài)表面就極其重要，可完整補(bǔ)償姿勢(shì)控制器統(tǒng)，而模擬動(dòng)態(tài)條件。與僅能模擬靜態(tài)條件的靜態(tài)平臺(tái)相較，動(dòng)態(tài)表面更能呈現(xiàn)病理學(xué)方面的問(wèn)題。
儀器控制
此堅(jiān)固平臺(tái)的直徑為635 mm，非平面的圓頂直到動(dòng)態(tài)平臺(tái)之處均為柔軟材質(zhì)(如圖2)。另有薄薄一層FSR 排列為陣列，固定于平臺(tái)之上。我們另于平臺(tái)之上安裝感測(cè)器，以捕捉不同的站立姿勢(shì)，并達(dá)到更大的儀控面積(如圖2)。此系統(tǒng)好能盡量減少各種限制。

每次進(jìn)行EO 實(shí)驗(yàn)，COP 明顯均集中在同一區(qū)域。但若進(jìn)入EC 實(shí)驗(yàn)，受測(cè)人員的COP 分布就會(huì)產(chǎn)生的變化。結(jié)果顯示，所有受測(cè)人員若要在不平衡的表面上達(dá)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(xiàng)對(duì)EC 實(shí)驗(yàn)的有趣觀察指出，若受測(cè)人員對(duì)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(duì)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(cè)人員相較，較不積極的人其COP 分配范圍亦較大。
若受測(cè)人員已熟悉了Balance Trainer 動(dòng)態(tài)平臺(tái)，亦將更能控制COP 的分配范圍，亦能進(jìn)一步控制自己的本體感受器。在實(shí)際擷取資料之前，這些受測(cè)人員已經(jīng)實(shí)際使用動(dòng)態(tài)平臺(tái)達(dá)7 天。
結(jié)論
總的來(lái)說(shuō)，我們用LabVIEW 與DAQ 建構(gòu)動(dòng)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(dòng)態(tài)平臺(tái)顯示了下列特性：
? 測(cè)得受測(cè)人員的姿勢(shì)控制與擺動(dòng)情形若受測(cè)人員的COP分配范圍較大，也耗上更多力氣才能達(dá)到平衡
? 受測(cè)人員若對(duì)生活抱持積極的態(tài)度，也展現(xiàn)了較佳的姿勢(shì)控制能力
? 在切斷視覺之后，人體會(huì)立刻切換為本體感受器，通知身體是否在特定方向的擺動(dòng)幅度過(guò)大
? 受測(cè)人員在熟悉了平臺(tái)之后，亦將縮小其COP分配范圍綜合以上結(jié)論，受測(cè)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。