CN1009151B - X线投照呼吸控制自动曝光仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一个X线投照呼吸控制自动曝光仪，是医用X线机拍摄胸片(或腹片)的新型自动曝光装置，解决了X线照相中长期存在的不能自动曝光的难题。曝光仪可并联在X线机手控曝光开关上，使机器增加自动曝光的功能。本发明利用呼吸传感器获取呼吸信号，经特殊设计的电子网络处理后，控制X线机曝光，使照片必为典型吸气相(或呼气相)X线片，特别适用于不能听从操作员指挥的婴幼儿、聋哑人及昏迷的重病患者，由呼吸控制自动拍摄X线胸片。

Description

x线投照呼吸控制自动曝光仪属于医用x线机拍照曝光自动控制装置，可并联在x线机手控曝光开关上，对机器原有性能及功能均无影响。

并联此装置后，操作员可不必手动控制曝光起始时刻，而由此装置从被投照的病患者身上获取呼吸信号，经过本装置处理后，自动发出命令，从而实现在拍胸片时，选取由吸转呼的瞬间，在拍腹片时，选取由呼转吸的瞬间，令x线机立即曝光。这样拍成的x线片，必定为典型的吸气相或呼气相片子，比现在手控曝光拍照的x线片成功率高、典型性好。

据查新所知，至目前为止，尚未发现有关文献和专利报导此项技术。在实际调查中，得知北京各大、中、小医院所使用的从美、日以及西欧、东欧诸国进口的x线机（包括80年代最新进口机器）或国产x线机，均无这种自动曝光控制装置，一律为手控曝光。投照时要求被照病患者与操作员相配合，听从其吩咐：“吸一口气，憋住不动”。或者“呼出气，憋住不动。”操作员趁此时刻，立即按下曝光开关，完成拍照。

但对无法听从操作员指挥的病患者拍照，操作员只能透过铅玻璃窗口，观察数米以外被照患者的呼吸状态，凭工作经验选择最佳曝光时刻，通过手按开关进行曝光。显然这种凭工作经验的操作方式，难以准确掌握最佳曝光时刻，不可能每片都拍成典型的吸气相或呼气相。对于工作经验尚不丰富的新操作员，掌握最佳曝光时刻困难尤为突出。

本发明就是解决这个问题的自动控制装置。特别适用于婴幼儿、聋哑人及昏迷的重病患者，由呼吸控制自动拍摄x线照片。

使用本装置能避免重拍x线片造成的人力物力浪费，以及重拍贻误的诊断时间，亦使被照病患者免受又一次x线辐射的损害。

典型的吸气相或呼气相的x线照片，有利于对疾病的迅速准确诊断，同时对阅片医生医术水平的要求可相对降低。因此本自动控制装置对广大中小医院或工作经验尚不丰富的医生及x线投照操作员，有帮助提高医疗质量的作用。

本发明的基本结构简述如下。以压电材料作为接收呼吸信号的敏感元件，构成呼吸传感器。以结型场效应晶体管作成电压跟随器，进行阻抗变换，将高输出阻抗的压电呼吸传感器与运算放大器相连。运算放大器将呼吸信号进行放大，放大后的呼吸交变信号，通过一个独特网络，变换为与呼吸信号同频而相位相同或相反的矩形波信号，矩形波的前后沿正好对应呼吸的转折点。利用矩形波的前后沿进行计数，并触发双稳态电路，使与x线机手控曝光开关并联的继电器常开点吸合，推动x线机曝光，从而实现x线投照呼吸控制自动曝光。

以下将给出一个具体实施例，并结合附图对发明作进一步的详细说明。

本装置的电原理图如附图1所示，现参照该图分述如下：

1.获取呼吸信号的传感器是一片压电蜂呜器片（压电拾音器片亦可，实验表明压电蜂呜器片更适用）。拍照时，将压电传感器的金属电极面，以不接触的方式对准患者的鼻孔，呼吸时气流压力的变化，使传感器产生一个随呼吸变化的电压信号，送往后面的电子线路中。

2.实用装置上的压电蜂呜器片，安装在金属壳体支架上，接触 面要求平整紧密，利于热传导，以保证良好的散热。因为人呼出的气体带有一定热量，避免压电蜂呜器片受热变形，影响压电信号。

3.压电蜂呜器片输出阻抗高，用一级结型场效应管BG₁作成跟随器，与单端电源运算放大器324-1相连接。为了工作稳定和适当进行增益自动控制，BG₁设计在高深度电压负反馈下工作，要求电阻R₄≈（3-4）R₅。各级静态工作点在附图中已标出。

4.人的呼吸频率只有0.3～0.5赫芝，压电蜂呜器片的超低频特性不太好，且有低频电滞现象，在电路设计中，对R₃这个电阻的阻值选择一定要适度，一般取MΩ数量级。线路工作于超低频，级间采取直接偶合。

5.经第一级阻抗变换后，信号从电阻R₅上取出，送至单端电源运算放大器324-1进行放大。

6.由单端电源运算放大器324-1、二极管D₁和D₂、电容器C₁、结型场效应对管BG₂、BG₃、电阻R₁₁、电位器W、双刀双掷开关SN以及电压比较器324-2组成一个独特的网络，这是本发明电子线路的核心。D₁和D₂选用2AK管，因二极管D上有压降，故设置电位器W，利用其中间抽头与BG₂的S极之间的电压，补偿掉二极管D上的压降。在调静态工作点时，将电位器W中间抽头的电位值，从高往低调整，逼近而略高于R₁₁上端的电位值。将这两点的电位差，经过双刀双掷开关SN，送至电压比较器324-2的十、一极输入端进行比较。使其输出处于高电平。同理，当双刀双掷开关SN转换到另一位置时，电压比较器324-2则处于低电平。当超低频交变呼吸信号输入这个网络时，就可变换成与呼吸信号同频同相或同频反相的矩形波信号输出。矩形波的前后沿正好对应呼吸信号中由呼 转吸或由吸转呼的转折点。以此矩形波的前后沿计数和触发双稳态电路，就可保证x线机启动曝光的瞬间，正是由吸转呼或由呼转吸的最佳曝光时刻。

这个网络中元器件较少，参数适当，避免了低频电路中，通常使用大容值大体积电容器等元器件。

7.拍摄的x线照片是典型的吸气相还是呼气相，由附图所示的双刀双掷开关SN两档转换来实现，也就是将随后所接的电压比较器324-2的十、一极倒换一下即可。

8.将电压比较器324-2输出的与呼吸信号变化同步、相位相同或相反的矩形波，送至通用的BCD十进制计数译码电路。投照时，按下附图所示的按钮AN₁，则一方面x线机开始预热（约需0.8～1秒）;另一方面计数电路由置零状态转为计数状态。当呼吸三次时（根据使用试验选三次较合适，也可选更多或更少的次数），BCD十进制计数译码电路第三输出端输出一个负脉冲，将R-S触发器触发翻转，输出高电平，三极管BG₄导通，小型快速直流继电器J与x线机手控曝光开关并联的那一组常开点吸合，x线机立即曝光。通过继电器使本装置内部的电子线路与x线机进行电隔离，当继电器吸合时能推动x线机曝光。

与曝光同时，继电器J的另一组常开点吸合，将电源接至用压电讯响器做成的曝光讯响器LB上，发出响声，告知操作员已经曝光。

9.因为这种拍照方式是在呼吸动态中进行的，曝光过程所用的时间不允许太长，一般不得长于0.2秒，所以储能滤波电容器C₃和C₄不宜选择太大，一般选470～1000μF。否则即使可控硅SCR已关断，干电池电源已停止供电，但整机电路仍可由C₃和C₄供电较 长时间，使曝光时间过长，这是动态（呼吸运动）拍照所不允许的。

10.本装置还设计了一个监视呼吸状态的辅助电路，如附图下部的电路图所示。其单端电源运算放大器324-3输出端接一支红色发光管LED，此发光管的闪烁是与被拍照患者的呼吸同步的。把这个红色发光管LED引到操作台前，操作人员不必透过防护铅玻璃窗口观察被照患者，只要就近观察发光管LED的闪烁，就可知道患者的呼吸状态。一旦曝光完毕，发光管LED亦熄灭。这个辅助电路虽不是自动控制电路的必须电路，但它的设置，改善了操作人员观察病患者呼吸的条件，是当前x线机使用条件的一大改善。

11.这个装置中还设计了一个自动关机节电网络，参见附图右上部。它由单向可控硅SCR、电阻R₁₆、按钮AN₂、储能电容器C₄及继电器J的一组常闭点构成。9V干电池电源正端，通过继电器J的常闭点接至可控硅SCR的阳极，当按一下按钮AN₂，可控硅SCR被触发导通，整机上电。在曝光过程中，继电器J的常闭点断开，可控硅SCR由于电容器C₄储能，阴阳极反向偏置，由导通转为关断。曝光完毕后，继电器J的常闭点又接通，但可控硅SCR已关断，若不再一次触发，则不会导通。因此每曝光一次之后，整机必断电，使干电池用电十分节省。

12.本装置用干电池作电源，不引用220V交流电，使操作员和被照患者绝无触电危险，又因全机用电量很小，所以使用干电池安全、经济、方便。

Claims (6)

1、由呼吸传感器配合电子线路和继电器，组成的X线投照呼吸控制自动曝光仪，其特征是：

(a)传感器以压电材料作为感受呼吸信号的敏感元件；

(b)电子线路中有一个独特的网络，能将超低频交变呼吸信号，转换为同频同相或同频反相的矩形波信号，其前后沿与呼吸信号中由吸转呼或由呼转吸的转折点相对应；

此独特电子网络的构成如下：

(1)一个单端电源运算放大器，它的输出端接两支正负极性反向并联的二极管，再与一个电容器串联，电容器负端接地；

(2)反向并联的两支二极管两端，分别接至两支场效应晶体管的G极，对应运算放大器输出端和二极管共结点的那支场效应管。(BG₂)，D极接正电源，S极通过一个电位器接地，构成一个电压跟随器。对应二极管和电容器共结点的那支场效应管(BG₃)，D极接正电源，S极通过一个电阻接地，构成另一个电压跟随器；

(3)在调静态工作点时，前一个电压跟随器的场效应管(BG₂)的S极上接的电位器，其中间抽头的对地电压，调节到与后一个电压跟随器的场效应管(BG₃)的S极对地电压(即S极电阻上的电压)近似相等而略高；

(4)两个电压跟随器输出端，分别接至双刀双掷开关中点，可以左右倒换接至下一级单端电源电压比较器的十、一极输入端上。在电路动态工作时，电压比较器可输出一个矩形波，其相位随双刀双掷开关的左右倒换，可与输入的呼吸信号同相或反相，而频率不变。

(c)电子线路的输入级具有阻抗变换及深度电压负反馈功能；此输入级的构成如下：

(1)以一支场效应管(BG₁)作成跟随器，将高输出阻抗的压电元件与单端电源运算放大器相连接。G极电阻(R₃)取MΩ级阻值。

(2)场效应管(BG₁)设计在高深度电压负反馈下工作，取D极电阻(R₄)为S极电阻(R₅)的3至4倍阻值。

(d)本装置中采用继电器，将装置内部的电子线路与X线机进行电隔离，当继电器吸合时能推动X线机曝光；

(e)电子线路设计了监视呼吸状态的辅助电路；

(f)电子线路中有一个自动关机节电网络；

(g)电子线路以干电池供电，避免引用220V交流电源。

2、按权利要求1所述的X线投照呼吸控制自动曝光仪，其特征是传感器中的压电元件，安装在金属壳体支架上，接触面要求平整紧密，利于热传导。

3、按权利要求1所述的X线投照呼吸控制自动曝光仪，其特征是电子线路中设计了双稳态触发电路，由计数电路触发其翻转，推动小型快速直流继电器常开点吸合，使X线机曝光。

4、按权利要求1所述的X线投照呼吸控制自动曝光仪，其特征是监视呼吸状态的辅助电路，有一个接在单端电源运算放大器输出端的发光管，将呼吸信号送入这个运算放大器，则发光管与呼吸信号同步闪烁。

5、按权利要求1与权利要求4所述的X线投照呼吸控制自动曝光仪，其特征是发光管要引到X线机的操作台前，使就近能观察被照患者的呼吸状态。

6、按权利要求1所述的X线投照呼吸控制自动曝光仪，其特征是自动关机节电网络组成如下：在干电池供电回路中，干电池正端通过继电器的一组常闭点，接至一支单向可控硅阳极，可控硅的控制极通过一个限流电阻与按钮相连，再接至可控硅阳极，可控硅阴极便成为干电池电源正输出端，对整机供电，可控硅阴极还通过一个470-1000μF的储能滤波电容器（C₄）接地。

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