CN1014951B - 智能化胸部x线自动摄片方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用电子计算机控制的智能化胸部X线自动摄片方法，其主要特点是：1、利用电子计算机动态跟踪和修正X线发生系统的一切内外部误差，使之成为一台精确标准的X线发生源；2、设计并使用了一种X线机管电流无级控制装置，在计算机的高分辨的DA转换器控制下，能实现X线管电流的无级、高精度控制，控制精确度达±1mA；3、采用双次曝光方法依靠计算机测定病人胸部对X线的实际衰减量，消除了胸片摄制中的人为误差。

Description

本发明属于一种医用智能化胸片X线自动摄片系统的设计方法。

随着电子计算机的发展和应用，在X光机的控制领域里掀起了一场改革，使X光机在操作上比以前更加方便，且对X光机的保护，显示等方面有了一些改进。此如：美国专利4158138其具体的机器型号有岛津800、1000和东芝BVL800、KXO-1250等等。但是现有的X线机系统均为非智能化控制，不能动态修正由于内外界条件变化引起的X光发射量的误差，同时也不能根据不同病人自动选择摄胸片条件，因而难以控制胸片质量。据国内几家单位统计，质量较高的胸片只占到30%左右。现有X线机系统的主要误差有：

1、在人体测厚中，存在同一胸厚的人体对X光的衰减量并不相同，同样胸厚的人，运动员与肥胖者因骨胳、肌肉、脂肪的分布不一样而对X光衰减量不一样，青年人与老年人因肺部充气程度不一样而对X线的衰减量也不一样。在病理条件下，胸水、气胸、胸膜增厚等，也会带来测量上的较大误差，这种误差靠经验是不可能完全解决的。

2、X光机身的误差，其中包括：

（1）灯丝电流控制的分档使管电流的调节也成为分挡次的，不能根据实际需要准确调节，从而在总体控制上出现了断点。

（2）灯丝电流A的稳定取决于交流稳压器的精度，但目前采用的多为磁饱和稳压器，对电源频率的要求很高，当电源频率偏差为±2HZ时，管电流误差可达30%。

（3）管电压KV的调整：X光机为一瞬时大容量的用电设备，它的电压降涉及外界电阻和内部电阻两个因素。X光机所用的电源可等效为一理想电源和一外界电阻串联，而由于X光机所处的地点不同，外界电阻亦不相同，工厂给出的技术条件中，要求外界电阻应＜0.4Ω，一般来讲，若外阻值有0.1Ω的变化时，X光机为100KV，200mA曝光，（若高压发生器变压比为1∶500），在380V电源下，X线管阳极有＞2.6KV误差，外界电阻与外界电源的变压设施、地点、温度的不同而有很大的变化，地点相同时，由于天气湿度，温度等变化外界电阻会有0.1Ω左右的变化。另外，X光机的内阻一般为一常量（严格讲与输出KV值有一定影响，但有较为严格的数学表达式），但由于温度的变化会使变压器，高压发生器的铜耗增大，而引起KV的降低。在实际的KV调整中，应该将所用KV加上曝光时的内外压降值作为KV预置值，这个内外压降值是由制造厂家在一特定的条件下求出的，当用户电源情况低于或高于这个条件时便带来了一定的误差。

由于以上误差，使得X光机系统不能按照操作者的要求条件摄片，从而带来X光发射量的误差，使得穿过人体到达胶片上的曝光量不同，带来了暗室冲洗不便，必须用人工去调节显影时间，工作强度大，技术要求高，但效果差，不利于自动冲片机的应用。

本发明的目的是设计一种用电子计算机控制的、能动态跟踪和修正X线发生系统内外部误差、能对人体胸部X线衰减量实际测定、能对X线发生系统的管电流mA、管电压KV和曝光时间S进行无级控制的智能化胸部X线自动摄片系统。

1、利用计算机动态跟踪和修正X线发生系统内外界误差的方法：

（1）根据X线管的中等功耗在计算机内设定一管电压KV和灯丝电流A的初始参数，机器开机后，将两个设定参数预置到X线发生系统内。

（2）用计算机测定曝光前外界环境温度T和电源电压V_曝前。

（3）在此条件下曝光，同时测定实际的管电压KV，管电流mV和曝光时的电源电压V_曝时，计算出电源电压降V_降＝V_曝前-V_曝时，（管电压KV可通过测量高压变压器的初级，然后换算出来）。

（4）计算机算出曝光时的电源电流：

A_o＝KV·mA/V_曝时

和外界电阻：

Ω_外＝V_降/A₀-Ω_内

（Ω_内一般为定值，在X线发生系统制造时已确定）

（5）由计算机求出实际管电流mA和管电压KV所反应在灯丝上的灯丝电流值：

A_计算＝a·KV²+b·mA²+c·KV+d·mA+e·KV·mA+f

其中a、b、c、d、e、f为系数。

用计算出的灯丝电流值减去实际给出的灯丝电流值得出灯丝电流误差：

A_δ＝A_计算-A

（6）输入一组摄片条件（管电压KV、管电流mA和曝光时间S，此组摄片条件可以由操作员通过计算机键盘输入也可以是自动摄片中由计算机根据人体情况确定的摄片条件自动输入。

（7）由计算机判别输入的摄片条件是否符合X线发生系统的工作范围，否则自动报警显示。

（8）由计算机求出此摄片条件下的灯丝电流：

A_计算＝a·KV²+b·mA²+c·KV+d·mA+e·KV·mA+f

用计算出的灯丝电流值减去灯丝电流的综合误差得出此组条件下准确的灯丝电流给定值：

A＝A_计算-A_δ

（9）由计算机算出包含了内外压降的管电压预置值KV_预置：

先求出曝光时的电源电流A_δ：

A₀＝KV·mA/V_曝时＝KV·mA/（V_曝前-Ω_外·A₀

解方程 Ω_外·A²-V_曝前·A₀+KV·mA＝0（取正值）

然后计算电源电压降：

V_降＝A₀·Ω_外

计算内部电压降：

V_内＝A₀·Ω_内（1+Ta）

（a为铜的电阻温度系数、Ω_内为0℃时的机器内阻，T为摄氏温度）

最终计算出预置管电压值：

KV_预置＝KV+V_降+V_内

注：kV为管电压换算为高压发生器的初级电压。

（10）由计算机判别外界电源条件是否满足目前预置的摄片条件，否则自动报警显示。

（11）计算机将X线发生系统的摄片条件自动调整到经跟踪修正后的实际灯丝电流值A和预置管电压值KV_预置以及曝光时间S。

（12）到此为止计算机完成了对X线生系统上次曝光所遗留的管电压和管电流误差在本次摄片条件下的修正，然后程序返回方法步骤2。此时的曝光的条件就是一个经过修正的较为准确的符合输入条件的值，同时在曝光时和前述一样，采集实际的KV、mA和电源电压降V_降，再进入前述的计算，又得出一个待修正的管灯丝电流误差A_δ和外阻Ω_外。（实际上Ω_外也包括了一切因素引起的KV误差）留作下次曝光时的修正使用。为了使系统控制的修正趋于一种软性平稳和避免振荡，除了机器开机时的测量计算出的Ω_外和A_δ外，以后工作中的修正系数均采用比 例、积分、微分的处理方法，使机器的整体修正更加准确平稳。

系统继续循环工作，整个系统实质上处在一个不断工作、不断修正的状态中。一切外部和内部的误差均在工作中得到不断修正，使得此套X光发生系统具有智能性的使用和准确的输出。不论外界的电源情况、温度情况等等一切的变化，系统始终能保持高精度输出所需要的一定质量的X线，外界条件满足不了所要求的工作条件时，系统便可报警，并拒绝执行下步程序。采用了此套控制方法后，X光系统实质上已成为一个较为精确标准的X光发生源。

在上述方法中需要解释的是，要获得在X线发生系统工作范围内的精确控制，必须建立X线管KV、mA、A的精确数学表达式，在建立数学式中，由于X光管为一阴极射线管，其有关特性曲线由厂家提供，但要获得高精度的数学模型，必须在实践中得出数据，由回归的方程得到。由于X光管在生产工艺中的差别，所以其特性曲线也有微小的差别，但它的回归方程的形式是一样的。

其形式为：A＝a·kV²+b·mA²+c·KV+d·mA+e·KV·mA+f

式中mA：管电流    KV：管电压    A：灯丝电流

a、b、c、d、e、f为系数。

2、采用双次曝光方法依靠计算测定病人胸部对X线的实际衰减量：

（1）采用双次曝光方法，在病人胸部对侧设一光电管阵，第一次曝光采用一束额定质量的X线对病人胸部进行穿透，由计算机采集每只光电管因被穿透的X线所形成的光电流逐个经AD转换后的数字量。

（2）计算机将输入的数字量进行比较选出最大值和最小值。

（3）确定第二次曝光摄片条件：用实验的方法建立一系列对X线的最大穿透值（未被肋骨所遮盖的肺组织）和最小穿透值（纵膈）与最佳胸片摄片条件（KV、mA、S）之间的二维表格，由计算机根据该病人对X线的 衰减极值来查出适合该病人的最佳X线摄片条件，输入X线发生系统，这里的摄片条件输入即为上述计算机动态跟踪修正方法步骤（6）中的第二种输入方式，即：计算机根据人体情况确定的摄片条件自动输入。

（4）由供片系统将胶片置入病人的摄片位置，X线发生系统在此条件下进行摄片。

（5）下片，系统等待下一轮工作。

3、设计并使用一种X线管电流无级控制装置：

本发明还设计了一种X线管电流无级控制装置由比较积分放大电路，线性光电耦合电路、欠流和过流信号电路、脉冲调制电路、方波正弦波形变换电路、全波整流电路、电流调整电路、电流负反馈电路、脉冲发生与延迟电路以及电源供给电路构成。各电路的构成和原理如下所述：

（1）比较积分放大电路

其结构为一运算放大器I_ci构成的具有比较积分性质的运算放大电路，它有两个输入端，反相输入来自X线机计算机控制系统的DA转换器输出的模拟电压，同相输入端来自电流反馈电路，而来自电流反馈端的电压为一主频为2倍电源频率的直流脉动电压，为了在输出端获得平直的信号，避免整个电路在控制中产生振荡，故将C₁跨在运放的输出端和反相输入端，使此电路具有积分性质。

（2）线性光电耦合电路

通过本级电路将比较积分放电路的输出信号用光电耦合方法达到电路上绝缘且能将信号传输过去的目的。光电耦合电路的输出为-PNP管射极耦合电路，其流过发光二极管的电流I＝（V_i-0.7）/R₅（V_i为本级电路的输入电压），0.7为三极管基射电压降，二级管D₁和R₄将正电压 钳位至地电压。因为整个装置的精度和线性度取决于比较积分放大电路和电流负反馈电路的精度和线性度，对其他电路要求并不严格，故本级电路采用一普通的光电耦合器，在5～20mA范围内具有一定的线性耦合度。其耦合过去的电流在R₆上形成了一电压去下级电路，至此，前级电路与后级电路的信号耦合已告完成，使级间形成无电的联系，故实现了前后级的绝缘状态。避免了前级电路（一般与计算机硬件相连）与后级电路（与外界电源相连）互相干扰的情况发生。

（3）欠流和过流信号电路

欠流和过流信号电路由两个电压比较器I_c2、I_c3构成，由R₉、W₁、W₂组成其报警电压域值，当比较积分放大电路的输出端出现低于欠流值（一般情况下为X光灯丝供电机构发生断路，以及电流反馈机构发生故障）时，则欠流比较器的输出端输出一高电平去控制欠流报警装置;当上级电路的输出出现高于过流域值时（一般为电路后级的大功率调整管出现击穿短路以及其他电路故障），则过流比较器的输出端输出一高电平控制过流报警装置。

（4）方波正弦波波形变换电路

该级电路为一低通有源滤波器和一高通有源滤波器串联构成的带通滤波器，其带通频率f与电源频率相同。故当其输入端输入一频率＝f的方波信号时，在其输出端便可获得一失真度很小的、与方波频率一样的正弦波波形，但因带通滤波器相位上的超前或滞后，其输出的正弦波与输入的方波在相位上有一个固定的相位差。

（5）全波整流电路

本级电路为运算电路的基本形式之一“绝对值运算电路”，所不同的是其电路中第二级运放I_c7的反馈电阻R₂₁，不是跨接在I_c7的输出端 和反相输入端，而是跨接在其后级电流调整电路功率管T₄的发射极和I_c7的反相输入端间，当其输入端输入一正弦信号Vi时，其后级电流调整电路功率管T₄的发射极电阻R₂₄上，便出现一正弦波全波整流的电压波形信号，电路中要求R₁₆＝R₁₈＝R₂₀，R₁₉＝2R₂₀，且误差＜1‰。

（6）电流调整电路

本级电路为一大功率管的电流调整电路，当单管功率不够时，可将多个管并联，使多个管的基极与T₄的基极并接在一起，集电极与T₄的集电极并接在一起，发射极通过另加的均恒电阻与T₄的发射极电阻R24的热端并接在一起。此大功率T₄管通过全波整流电路与X线管灯丝变压器初极和电流互感器串联按到灯丝供电的交流电源中，其交流环路中电流的大小和波形与大功率管T₄所流过的电流大小和波形有关，且还受到外界交流电源波形的钳制。即大功率管中流过的电流大小及波形和外界电源的波形决定了环路的电流大小和波形，所以，当电流调整电路的输入电压波形与调整管T₄集电集的电压波形同形、同相时，则调整管T₄在此交流环路中就相于为一只纯电阻在前级电路的控制下来稳定此交流环路的电流。T₄与T₃为一复合的射极耦合电路，其环路电流I只取决于前级全波整流电路的输入电压Vi的绝对值，即I＝｜Vi/R24｜，故外界电源电压的变化（电压必须大于一给定值，即T₄上必须有20V的压降）对环路中电流的变化是无关的，从而体现了稳流的特性。在实际工作中，输入电压正是一组与T₄同频、同相的正弦波全波整流脉动电压，故这个电路具有对交流环路电流的稳定的控制，其交流电流的大小取决于Vi的高低，即I_交＝Vi/R₂₄。

由于X线管的灯丝上对地有50KV以上的电压，可以通过灯丝变压器的初级电感耦合到交流环路上，从而对电路中的调整管等元件造成击穿或损害，故在实际电路中，除了对T₄的BV_CEO要求＞1000V外，还必须加脉冲消除电路，C₆R₂₅组成的一阻容吸收电路、D₉与D₁₀为稳压值 500V左右的稳压管相反串联跨在环路上，当＞500V的脉冲到时，可将其钳位至500V，有了这两组保护电路后，即可以可靠地保护电路中的各元器件。

电流互感器将环路中的电流互感后反映到电流反馈电路中，对此电流互感器的要求是，互感比为100∶1，环路中电流为100～500mA时，互感器的次级短路电流为1～5mA，且对其线性度有一定的要求。

（7）电流负反馈电路

此电路的作用是将环路中的电流强弱变化为直流电压反馈给比较积分放大电路。电路的第一级为一电流电压变换器，为提高电路的共扼抑制性，采用对称输入故电路中R₂₆＝R₂₇时，其输出电压V₀＝-2I₀R₂₇。电路第二级为绝对值运算电路，当输入一交变电压时，输入为一全波整流电压。

此电路是整个电路中的反馈电路，其精度、线性及稳定性决定了整个电路的精度、线性和稳定性，故实际电路中，对此电路中的所有的运放均采用高精度，高稳定和低温漂的运放电路（如OP-07），所有电阻均采用高精度及低温漂的类型。

（8）脉冲发生与延迟电路

此电路的作用是取得一系列与电源同频的方波信号，且将其延迟后输给脉冲调制电路，以完成光电耦合信号的调制，其延迟作用在于补偿方波正弦波波形变换过程中的相位上的差异，使调整管的基级输入电压的波形与其集电极控制电压的波形同频、同相。

电路的第一级为一电源频率方波发生电路，实质上为电压比较器，输入一交变电压，从而在其输出端获得一与电源频率相同的方波。I_C11是末端为OC输出的电压比较器（如LM311），故在应用中十分方便，不需对输入电压进行整流，D₁₃与D₁₄的作用将输入电压钳位至0.7V，以保 护电压比较器的输入端。电路的第二级为全脉冲延迟电路，将由前级输入的方波进行高精度的全波延迟，电路由异或门I_C14、单稳态电路Ic12、和D触发器Ic13构成，延迟时间由W₄和C₇决定。

其原理是：单稳态电路触发端前所加的异或门可交替取出信号的上升沿和下降沿触发脉冲，电路将其脉冲延迟到W₄和C₇所规定的时间后发出，后接的D触发器每得到一个单稳脉冲就翻转1次，一方面使异或门能及时地交替完成同相和反相的功能，一方面输出一精确延迟的全方波电路，延迟时间可调节W₄改变。

（9）电源供给电路

此电路供给光电耦合器之后的各级以及与之相连的脉冲发生延迟电路±15V低压电源。而光电耦合器以前的比较积分放大电路和与之相连的电流负反馈电路则由X线机计算机控制系统电源供给，与此电源无关，从而实现电路上的绝缘。

此电路为一普通的交直流电源变换电路，包括整流二极管D₁₅、D₁₆、D₁₇、D₄、滤波电容C₈-C₁₃和稳压集成电路I_c15、I_c16所组成，采用固定的三端稳压集成电路使之简单可靠，其输出为两组共地电源，电压为±15V。

X线发生系统的管电压kV可采用碳轮调压器经AD转换，计算机控制伺服电机构成一闭环系统来实现无级控制，也可用计算机根据外界电压来切换变压器绕组来实现。曝光时间S由计算机内CTC完成。

本发明提出的智能化胸片X线自动摄片方法的主要优点是：

1、具有所有摄片条件的无级调节，实现了全部调节范围的连续性。

2、采用动态跟踪修正的方式使X光机的输出剂量十分精确。

3、对外界的环境变化具有自适应性和调整性，不论在任何条件 下均能高精度的正常工作、因而对外界要求低，若外界条件不能满足X光机的要术时，还可自动报警，进入保护程序。

4、对不同人体的胸厚有精确的测“厚”功能，在以上X光发生源的配合下能使X光片得到精确的感光。

5、在整个胸片摄制中不靠人为的经验，从而消除了胸片摄制中人为的误差，且对操作者的专业素质要求低。

6、由于胶片感光量的一致性好，可直接对胶片定时定温冲洗、利于采用自动冲片系统、减轻劳动强度。

本系统的雏形样机已经研制成功，自动摄片二千余张，收到极好的控制效果。其主要性能如下：

一、管电压50-100kV

全部为整数无极调节

平均误差为±1kV

二、管电流30-200mA

为整数无极调节

平均误差为±1mA

三、曝光时间0.04～9.99秒

以0.01为档次任意调节

四、总体对胶片密度控制（保证冲片的定时定温精度）±0.2D。

图1胸部X线智能化自动摄片系统方框图

图2计算机X线控制系统方框图

图3双次曝光自动摄片系统

图4X光胶片感光效应与黑化度的特性曲线

图5X线机管电流无级控制装置电路图

下面结合附图对本发明做进一步的描述：

本发明设计的胸片X线机管电流无级控制装置、电源电压传感器、环境温度传感器、高分辨DA转换器供片系统、光电二极管阵、片标志打印系统、人体提升系统、PIO、SIO组成，如图1、图3、图5所示。

采用计算机智能化控制，实现动态跟踪修正的具体方法步骤是：

1、根据X线管的中等功耗在计算机内设定一管电压kV和灯丝电流A的初始参数，机器开机后，将两个设定参数预置到X线发生系统内。

2、用计算机测定曝光前外界环境温度T和电源电压V_曝前。

3、在此条件下曝光，同时测定实际的管电压kV，管电流mA和曝光时的电源电压V_曝光，计算出电源电压降V_降＝V_曝前-V_曝时，（管电压kV可测量高变压器的初级，然后换算出来）。

4、计算机计算出曝光时的电源电流：

A_o＝kV·mA/V_曝时

和外电界阻：

Ω_外＝V_降/A_o-Ω_内

（Ω_内一般为定值，在X线发生系统制造时已确定）

5、由计算机求出实际管电流mA和管电压kV所反应灯丝上的灯丝电流值：

A_计算＝a·KV₂+b·mA²+c·kV+d·mA+e·kV·mA+f

其中a、b、c、d、e、f为系数。

用计算出的灯丝电流值减去实际给出的灯丝电流值得出灯丝电流误差：

A_δ＝A_计算-A

6、输入一组摄片条件（管电压kV、管电流mA和曝光时S，此组摄片条件可以由操作员通过计算机键盘输入，也可以是在自动摄片中由计 算机根据人体情况确定的摄片条件自动输入。

7、由计算机判别输入的摄片条件是否符合X线发生系统的工作范围，否则自动报警显示。

8、由计算机求出在摄片条件下的灯丝电流：

A_计算＝a·kV²+b·mA²+c·kV+d·mA+ekV·mA+f

用计算出的灯丝电流值减去灯丝电流的综合误差得出此组条件下准确的灯丝电流给定值：

A＝A_计算-A_δ

9、由计算机计算出包含了内外压降的管电压预置值kV_预置：

先求出曝光时的电流A_o：

A_o＝KV·mA/V_曝时＝KV·mA（V_曝前-Ω_外·A_o）

解方程Ω_外·A² _o-V_曝前·A_o+KV·mA＝0（取正值）

然后计算电源压降：

V_降＝A_o·Ω_外

计算内部电压降：

V_内＝A_o·Ω_内（1+Tα）（α为铜的温度系统数，Ω_内是0℃时的机器内阻，T为摄氏温度）

最终计算出预置管电压值：

kV_预置＝kV+V_降+V_内

注：kV为管电压换算为高压发生器的初级电压。

10、由计算机判别外界电源条件是否满足目前预置的摄片条件，否则自动报警显示。

11、计算机将X线发生系统的摄片条件自动调整到经跟踪修正后的实际灯丝电流值A和预置管电压值kV_预置，以及曝光时间S。

12、到此为止计算机完成了对X线发生系统上次曝光所遗留的管电压和管电流误差在本次摄片条件下的修正，然后程序返回方法步骤2循环工作，系统实质上处在一个不断工作，不断修正的状态中。

本发明的自动摄片条件选择采用了双次曝光方法测定病人胸部对X线的实际衰减量，从而确定出适合该病人的摄片条件。如图3所示，在病人胸部对侧设置一光电二极管阵，通过A/D转换器将第一次透射产生的光电流信号输入计算机，计算机将输入的信号进行比较，选出最大值和最小值，然后计算机根据用实验的方法已建立的一系列X线衰减量的最大和最小值与最佳胸片摄制条件（kV、mA、S）之间的二维表中查出适合病人的最佳X线胸片摄制条件。从计算机动态跟踪修正的控制程序步骤6中按第二种方式输入。即计算机根据人体情况确定的摄片条件自动输入，计算机对X线发生系统预置了摄片条件后，由供片系统将胶片置入病人的摄片位置，X线发生系统在此条件下进行摄片，同时进行标誌打印，即完成了第二次曝光，然后下片，等待下一轮工作。

本发明提出的X线机管电流无级控制装置的电路图如图5所示，其电路构成及连接关系如下：

1、X线机管电流无级控制装置由比较积分放大电路、欠流过流信号电路线性光电耦合电路、方波正弦波波形变换电路、全波整流电路、电流调整电路电流负反馈电路、脉冲发生与延迟电路以及电源供给电路构成。

2、比较积分放大电路由运算放大器I_c1、积分电容C₁、反馈电阻R₃和输入电阻R₁、R₂构成，I_c1的同相输入端通过R₂连接电流反馈电路的输出端，I_c1反相输入端通过R₁连接X线机计算机控制系统的DA转换器输出的电压。

3、线性光电耦合电路由PNP管T₁、发光二极管一光敏三极管光电耦合器G、电阻R₄、R₅、R₆、二极管D₁、构成，其输入端T₁的基极通过R₄与比较积分放大电路的输出端相连接，光电耦合器内的发光二极管的阳极接T₁的集电极，阴极接X线机计算机控制系统的低压负电源，光电耦合器的光敏三极管的集电极接本装置的正电源;发射极通过R₆接本装置电源地端。

4、欠流和过流信号电路由电压比较器I_c2、I_c3、电阻R₇、R₈、R₉、电位器W₁、W₂、构成，其欠流电压比较器I_c2的同相输入端和过流电压比较器的反相输入端分别通过输入电阻R₇、R₈与比较积分放大电路的输出端相接，R₉、W₁、W₂组成一分压器跨接在X线机计算机控制系统的电源地端和负电源之间，且R₉与W₁的相接端接I_c2的反相端，W₁与W₂的相接端接I_c3的同相端。

5、脉冲调制电路由三极管T₂电阻R₁₀、R₁₁组成，其发射极接本装置电源的地端，而集电极通过R₁₀与光电耦合电路的光敏三极管的发射极相接，基极通过R₁₁与脉冲延迟电路D触发器I_c13的Q输出端相接;

6、方波正弦波波形变换电路为一带通滤波器，其带通频率与交流电源频率相同，由运放I_c4、I_c5、电容C₂、C₃、C₄、C₅、电阻R₁₂、R₁₃、R₁₄、R₁₅构成，其输入端接脉冲调制电路T₂的集电极。

7、全波正流电路为由I_c6、I_c7、开关二极管D₂、D₃、电阻R₁₆、R₁₇、R₁₈、R₁₉、R₂₀、R₂₁、R₂₂构成的一种绝对值运算电路，所不同的是反馈电阻R₂₁应接I_c7输出端的一端接在了电流调整电路T₄的发射极上，其输入端接方波正弦波波形变换电路的输入端。

8、电流调整电路由NPN三极管T₃、T₄、整流二极管D₅、D₆、D₇、D₈、稳压二极管D₉、D₁₀、电阻R₂₃、R₂₄、R₂₅、电容C₆、电流互感器B₂、X线机灯丝变压器B₁的初级构成，T₃的集电极接本装置的正电源，发射极通 过R₂₃与本装置电源的地端相接，并与T₄的基极相接，T₃的基极与全波整流电路的输出端相接，T₄的发射极通过R₂₁与I_c7的反相输入端相接，且还通过R₂₄与本装置的电源地端相接，D₅、D₆、D₇、D₈组成的全波整流电路;其一交流输入端与电流互感器B₂的初级和灯丝变压器B₁的初级串联接交流电源的一端;其另一交流输入端直接接交流电源的另一端。两交流输入端之间串联接入C₆和R₂₅，以及串入一对负极相对的D₉、D₁₀，其全波整流电路的正极输出端接T₄的集电极;其负极输出端与本装置电源的地端相接。

9、电流负反馈电路由电流电压变换器和全波整流电路组成，其电流电压变换器为典型的平衡输入的互电阻电路，由I_c8的两个输入端接电流互感器次级绕组的两端，全波整流电路为典型的绝对值运算电路，由运放I_c9、I_c10、电阻R₂₈、R₂₉、R₃₀、R₃₁、R₃₂、R₃₃、电位器W₃、开关二极管D₁₁、D₁₂构成，其输入端接电流电压变换器的输出端;其输出端通过R₂与比较积分放大电路的同相输入端相接。

10、脉冲发生与延迟电路：此电路由方波发生器和全脉冲延迟电路组成，方波发生器由电压比较器I_c11、电阻R₃₄、R₃₅、R₃₆、整流二极管D₁₃、D₁₄所构成。其中I_c11的反相输入端通过R₃₄接电源变压器B₃的次级绕组的一端;同相输入端通过R₃₅与本装置的地端相接（本装置地电位与电源变压器B₃次级的中心抽头相接），I_c11的同、反相输入端之间并联接入正、反向两个二极管D₁₃、D₁₄，I_c11的输出端为电压比较器内部三极管的开路集电极，且通过R₃₆与本装置电源正极相联，其内部三极管的发射极与本装置电源的地端相接。全脉冲延迟电路由异或门I_c14、单稳态电路I_c12、D触发器I_c13以及延迟时间调节电阻W₄、电容C₇组成，其异或门的输出端接单稳态电路的触发端-TR，其一输入端与方波发生器的输出端和I_c13的D端相接;异或门的另一输入端接I_c13的 Q， I_c12的 Q接I_c13的CP端，I_c12的触发端TR接本装置的电源地端，I_c12的T₁、T₂端之间接C₇，而T₁端接本装置电源地端，T₂端通过W₄接本装置正电源，I_c13的R、S端接本装置电源地端，I_c13的Q端通过R₁₁与T₂的基极相接。

本装置整个电路的制作要点：

1、在示波器的监视下，调节脉冲延迟电路中的W₄，使灯丝变压器初级B₁两端的电压波形失真最小。

2、根据所用的X光管灯丝变压器的初级最大电流，调节W₃使计算机DA的模拟电压（0～10V）能够复盖X光管的整个灯丝电流工作范围且稍大一此。即使DA的模拟值最大时，其环路电流可达到X光管灯丝变压器初级最大电流的110%，以便留有一些调节余量。

3、调节W₁和W₂分别使欠流和过流电压域值调到所需的范围，以获得当电流小于欠流值时发出欠流信号，当电流大于过流值时出过流信号。

利用X线衰减量的最大值和最小值带入数学模型进行计算或用查找专用表格的方法求kV.mA和S的最佳值的理论依据是：

1、在一定的冲片工艺保证下，X光胶片产生了一条特性曲线，如图4所示，其中横标为胶片的感光效应P，纵标表示胶片密度D，而胶片感光效应P与X光质量kV·mA、S和被穿物体厚度δ的关系为：

P＝C·kV²·mA·S·（1-e^δ）

注：当靶片距为一常数时、一定的胶片增感效应、kV在50～150之间。

其中kV为管电压、mA为管电流、S为曝光时间、P为胶片感光效应、δ为被穿物体的厚度、C为比例常数、e为自然对数的底。

2、在胸片的摄制中，一般要求胸片中无肋骨遮盖的肺组织密度定为1.6左右，而这一点恰好是胸部对X光衰减量最小的一点，在穿透 采样中，此点信号最大。另外要求胸部纵膈处密度为0.25左右，而这一点为胸部对X光衰减量最大的一点，即穿透采样信号的最小点。

3、实际上每个人胸部采样中的最大最小点是不一样的，因此，为了能得到在密度上能符合上述标准（肺密度1.6、纵膈密度0.25），所以必须通过改变X线的质量（kV、mA、S值）来达到合适的胶片感光效应。据以上数学表达式可列出一方程组：

P_肺＝C·kV²·mA·S·（1-e^肺δ）

P_隔＝C·KV²·mA·S·（1-e^膈δ）

注：式中P_肺等于胶片密度1.6时的感光效应、P_隔等于胶片密度

为0.25时的感效应、肺δ和膈δ分别表肺和纵膈的厚度，它们分别由穿透采样的各自信号计算而来。

解此联立方程即可求出kV、mA、S值。此值即为该人胸部胶片密度上获得指定密度时的X光条件。

Claims (1)

1、一种胸部X线智能化自动摄片方法，其特征在于：

(1)利用计算机对外界条件进行动态跟踪和修正，确定出应对X线发生系统预置的灯丝电流A和管电压KV预置值，方法如下：

①根据X线管的中等功耗在计算机内设定一管电压KV和灯丝电流A的初始参数，机器开机后，将两个设定参数预置到X线发生系统内；

②用计算机测定曝光前外界环境温度T和电源电压V_曝前；

③在此条件下曝光，同时测定实际的管电压KV，管电流mV和曝光时的电源电压V_曝时，计算出电源电压降V_降=V_曝前-V_曝时，管电压KV可通过测量高压变压器的初级，然后换算出来；

④计算机算出曝光时的电源电流：

A_o=KV·mA/V_曝时

和外界电阻：

Ω_外=V_降/A_o-Ω_内

Ω_内一般为定值，在X线发生系统制造时已确定

⑤由计算机求出实际管电流mA和管电压KV所反应在灯丝上的灯丝电流值：

A_计算=a·KV²+b·mA²+c·KV+d·mA+e·KV·mA+f

其中a、b、c、d、e、f为系数，

用计算出的灯丝电流值减去实际给出的灯丝电流值得出灯丝电流误差：

A_δ=A_计算-A

⑥输入一组摄片条件管电压KV、管电流mA和曝光时间，此组摄片条件可以由操作员通过计算机键盘输入，也可以是自动摄片中由计算机根据人体情况确定的摄片条件自动输入；

⑦由计算机判别输入的摄片条件是否符合X线发生系统的工作范围，

否则自动报警显示；

⑧由计算机求出此摄片条件下的灯丝电流：

A_计算=a·KV²+b·mA²+c·KV+d·mA+e·KV·mA+f

用计算出的灯丝电流值减去灯丝电流的综合误差得出此组条件下准确的灯丝电流给定值：

A=A_计算-A_δ

⑨由计算机算出包含了内外压降的管电压预置值KV_预置：

先求出曝光时的电源电流A_δ：

A_o=KV·mA/V_爆时=KV·mA/(V_曝前-Ω_外·A_o)

解方程 Ω_外·A²-V_曝前·A_o+KV·mA=O取正值

然后计算电源电压降：

V_降=A_o·Ω_外

计算内部电压降：

V_内=A_o·Ω_内(1+Ta)

a为铜的电阻温度系数、Ω_内为O℃时的机器内阻，T为摄氏温度最终计算出预置管电压值：

KV_预置=KV+V_降+V_内

注：KV为管电压换算为高压发生器的初级电压；

⑩由计算机判别外界电源条件是否满足目前预置的摄片条件，否则自动报警显示；

计算机将X线发生系统的摄片条件自动调整到经跟踪修正后的实际灯丝电流值A和预置管电压值KV_预置以及曝光时间S；

程序返回去步骤②，循环工作、整个系统处于动态跟踪和修正的工作状态；

(2)采用双次曝光原理测定病人胸部对X线的实际衰减量：

具体方法如下：

①采用双次曝光方法，在病人胸部对侧设一光电管阵，第一次曝光采用一束额定质量的X线对病人胸部进行穿透，由计算机采集每只光电管因被穿透的X线所形成的光电流逐个经AD转换后的数字量；

②计算机将输入的数字量进行比较选出最大值和最小值；

③确定第二次曝光摄片条件：用实验的方法建立一系列对X线的最大穿透值和最小穿透值与最佳胸片摄片条件KV、mA、S之间的二维表格，由计算机根据该病人对X线的穿透极值来查出适合该病人的最佳X线摄片条件，输入X线发生系统，这里的摄片条件输入即为上述计算机动态跟踪修正方法步骤⑥中的第二种输入方式，即：计算机根据人体情况确定的摄片条件自动输入；

④由供片系统将胶片置入病人的摄片位置，X线发生系统在此条件下进行摄片；

⑤下片，系统等待下一轮工作。

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