CN102393599B

CN102393599B - 一种基于光圈自动控制的x射线机成像装置

Info

Publication number: CN102393599B
Application number: CN201110297692.7A
Authority: CN
Inventors: 金兆龙; 樊明山; 孙卫真
Original assignee: BEIJING DONGJIAN YUXING TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: BEIJING DONGJIAN YUXING TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2031-09-30
Also published as: CN102393599A

Abstract

本发明涉及一种基于光圈自动控制的X射线机成像装置，其特征在于，该装置包括：光圈驱动电机、高分辨率手动镜头、光圈定位尺、光圈驱动环和光圈移动控制单元；所述光圈移动控制单元包括主控制器、存储器、逻辑控制电路、圆周计数器、第一限位点、第二限位点和电机驱动电路；所述主控制器与所述存储器相连，所述逻辑控制电路均与所述主控制器、所述圆周计数器、所述第一限位点、所述第二限位点和所述电机驱动电路相连，所述电机驱动电路与所述光圈驱动电机相连；所述光圈驱动电机均与所述高分辨率手动镜头的光圈、所述光圈驱动环和所述光圈移动控制单元相连，所述光圈定位尺设置在所述高分辨率手动镜头，并与所述圆周计数器相连。

Description

一种基于光圈自动控制的X射线机成像装置

技术领域

本发明涉及成像装置，特别涉及一种基于光圈自动控制的X射线机成像装置。

背景技术

目前医用X射线机成像系统光圈采用的主要结构：

采用的主要结构以西门子和东芝所采用的为主，如图1所示，图1为镜头由一组镜片组成的X射线机成像装置结构示意图。图中虚线表示装置内部接线。其主要特点是：

1、光圈系统与镜头系统分离

所谓光圈系统与镜头系统分离是指镜头是由一组镜片组组成，光圈介于镜片组之间，镜片组在安装时需要调整，成像质量与安装关系较大。

2、光圈控制系统与主机以及镜头控制系统独立

光圈控制系统一般通过电机经过减速，驱动光路上的机械结构来控制进光量（进入摄像机的光能量大小）。而机械结构的位置决定了进光量的大小，所以，机械结构的位置很重要，一般通过一个反馈电位器来传感，再根据本次检查的需要，控制光圈的开度，从而控制进光量，保证成像质量。此时，摄像机、影像增强器以及主机条件与光圈无关，互相保持独立。

采用上述方法控制光圈有如下优点：

1）结构简单，光圈系统是独立的，随时增加或取消，不改变原有光路。

2）易于对现有设备进行改造，不改动原机的控制和联机方式。

其主要缺点是：

1）因镜片组分离，调试的工作量较大，对技术人员要求较高。

2）长期使用易偏离，造成成像质量劣化。

3）成本较高。

针对上述不足，现在的X射线机成像装置普遍采用商品化的一体式镜头。如图2所示，图2为镜头为商品化的一体式的X射线机成像装置结构示意图。图中虚线表示装置内部接线。其成像质量好，安装简单，调试集中，不易出现偏离。

期中，准直镜头换为近场镜头，原镜片组换成商品化一体镜头，光圈集成在其中，控制精度高，不易偏离。

采用这样的方案可以使得成像质量得到保证，但是光圈控制成为难题，因为目前在这个领域，还没有见到一款方便，精度高，成本低的控制方式，许多厂家因陋就简，采用磁铁，拨杆等方法凑合解决，不能完全满足使用要求。

发明内容

本发明的目的在于，为解决上述问题，本发明提出一种基于光圈自动控制的X射线机成像装置。该装置具有精度高、成本低并且方便使用的效果。

为实现上述发明目的，本发明提出一种基于光圈自动控制的X射线机成像装置，其特征在于，该装置包括：光圈驱动电机、高分辨率手动镜头、光圈定位尺、光圈驱动环和光圈移动控制单元；所述光圈移动控制单元包括主控制器、存储器、逻辑控制电路、圆周计数器、第一限位点、第二限位点和电机驱动电路；

所述主控制器与所述存储器相连，所述逻辑控制电路均与所述主控制器、所述圆周计数器、所述第一限位点、所述第二限位点和所述电机驱动电路相连，所述电机驱动电路与所述光圈驱动电机相连；所述光圈驱动电机均与所述高分辨率手动镜头的光圈、所述光圈驱动环和所述光圈移动控制单元相连，所述光圈定位尺设置在所述高分辨率手动镜头上，并与所述圆周计数器相连；

所述主控制器对串口码进行解码，并根据串口码信息控制所述逻辑控制电路，所述逻辑控制电路根据主控制器的命令开启光圈驱动电机，启动所述电机驱动电路来驱动所述光圈驱动电机，移动光圈，当光圈到达所述第一限位点或第二限位点后，所述主控制器发出到位信号给所述逻辑控制电路，所述逻辑控制电路开启所述电机驱动电路使所述光圈驱动电机反方向驱动光圈，所述光圈定位尺开始测量光圈转动的角度，同时，所述圆周计数器开始计数，当所述光圈定位尺测到的角度与设定的角度相同时，所述圆周计数器到达预设数值，所述光圈驱动电机停止工作，保持光圈位置不变实现光圈自动控制使X射线机成像。

更优选地，该装置还包括至于所述光圈驱动环与所述光圈驱动电机之间的柔性连接器。

更优选地，所述光圈移动控制单元还包括用于将远程设备预设的光圈位置信息传输至所述主控制器的串口收发器。

本发明的优点在于，本发明中的装置可以将主机或其它控制设备传来的控制信号转换为驱动力，驱动商品化高分辨率镜头的光圈运动，从而达到调节光圈开度大小的目的，以适应在X射线成像过程中对摄像机进光量的控制。因此，本装置具有机械驱动商品化镜头的光圈，并且在驱动过程中保持平稳，线性良好；驱动力与镜头的光路正交，即驱动圆心与光路并轴。驱动位置精确，不会有累积误差。驱动速度快，小于X射线机高压发生器和旋转阳极启动时间。经久耐用，维护简便，成本低廉。

附图说明

图1为镜头由一组镜片组成的X射线机成像装置结构示意图；

图2为镜头为商品化的一体式的X射线机成像装置结构示意图；

图3为本发明提出的一种基于光圈自动控制的X射线机成像装置侧视图；

图4为本发明提出的一种基于光圈自动控制的X射线机成像装置中光圈移动控制单元框图。

附图标识：

1、光圈定位尺，2、驱动电路，3、减光片驱动马达，4、第一光圈限位点，5、第二光圈限位点，6、光圈驱动电机，7、滚动轴承，8、柔性联接器，9、光圈驱动环，10、高分辨率手动镜头，11、圆周计数器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案进行进一步详细的说明。

如图3所示，图3为本发明提出的一种基于光圈自动控制的X射线机成像装置侧视图。从图3可知，该装置包括光圈定位尺1、驱动电路2、减光片驱动马达3、第一光圈限位点4、第二光圈限位点5、光圈驱动电机6、滚动轴承7、柔性联接器8，光圈驱动环9、高分辨率手动镜头10和圆周计数器11。

光圈驱动系统与高分辨率手动镜头10在装配中保持同轴是保证系统顺利运行的关键，现行系统的装配误差不能满足镜头长期工作使用，因此，在光圈驱动电机6与光圈驱动环9之间通过柔性联接器8柔性联接，并使得系统在工作时自动弥合转动期间的误差，保证了驱动电机与光圈之间的动力传递，有效地避免了装配偏心误差损坏光圈和驱动电机。

光圈在变换期间，由于长期工作使用和磨损，会使得定位误差加大，偏离预设位置。本装置设计在光圈每次移动到新位置时，先回到第一光圈限位点4或第二光圈限位点5，再移动到预设位置，转动的角度由光圈定位尺1检测并由电路控制计算，保证定位到预设点的精度，长期使用不会累积误差，使得预设位置始终保持准确，无误差。

本装置通过驱动电路2，可以远程对预设位置进行配置，适合遥控设备的使用，远程配置通过软件实现，简化了安装，减轻了技术人员工作强度。在实际使用中，光圈的预设位置可以在1.5秒内远程控制驱动到达。

光圈是由一组薄金属或塑料片组成的光阑片，用于在光路上阻挡光线进入摄像机，由这些光阑片移动从而形成不同大小的孔阑，使得经过孔阑的光线的能量得到控制。用于移动光阑片的机械结构即为光圈控制机构。光圈控制机构一般分为手动或电动，手动光圈以手拨动外环即可调节光圈大小，电动光圈是由电动机驱动光阑片来调节。一般，电动光圈调节是与进光量联动的，根据进光量的多少由电路控制电动机来调节光圈开度。这种情况适用于普通摄影，对连续的图像进行拍摄并控制。但是，X射线摄影是瞬间成像，不能根据实时进光量自动调节，必须预先设置好光圈的大小。由于摄像用的镜头不能事先设定大小（而是动态控制的），所以，市场上现有的商品化的镜头不能用于X射线摄影。

我们采用市场上现有的商品化的高分辨率手动镜头，那么对镜头光圈的调节是手动的。由于X射线摄影机安装在密封的成像系统中，所以，手动调节是难以实现并使用的。我们设计了上述自动控制系统，主要控制过程如下：

在商品化的高分辨率手动镜头外制作了一套机械装置，将商品化的高分辨率手动镜头固定，并设计了电动装置来拨动手动光圈的外环。由于机械装置的旋转圆心与商品化的高分辨率手动镜头的圆心不可能完全同轴，所以在机械装置带动商品化的高分辨率手动镜头外环进行光圈调节的时候会产生额外的力量，若不处理这些额外的力量将会损坏镜头。所以，我们在机械装置和商品化的高分辨率手动镜头外环之间设计了柔性驱动系统，也就是机械装置与镜头外环之间是宽松的联接，镜头外环的圆心和机械装置的圆心可以在径向滑动，这样就有效地避免了产生额外的力量，避免损坏镜头和驱动装置。

在使用时，因为集成在X射线机的成像系统中，不能直接近距离调节光圈大小，所以必须远程进行调节，远程调节的问题是难以确定光圈的具体位置（看不到），即光圈开度的大小。我们设计的装置在调节光圈的机械结构中加入了测量系统，并将光圈开度最大和最小的位置进行记录。每次需要调节光圈大小时，驱动电路首先将光圈开到最大或最小，这个位置对光圈来说是确定的，然后，驱动电路带动商品化的高分辨率手动镜头外环转动，同时，光圈定位尺1记录转动的角度，当光圈定位尺1测到的角度与设定的角度相同的时候，电动机停止转动，光圈到达预定位置，可以进行曝光。因为每次都将光圈开到最大或最小，所以机械的误差不会被积累，长时间使用可以保证精度。

本设计的光圈控制系统可以远程通过计算机设置开度的大小，可以预设8档光圈，并可以接收光圈动作信号，一旦接到该信号，光圈启动，运动到预设位置。具体过程如下：

首先，通过串口联接计算机和光圈自动控制装置的控制电路，通过配套软件将预设的8个位置数据下载到光圈自动控制装置中，光圈自动控制装置会将这些数据保存在非易失的存储器中。

然后，断开计算机与光圈自动控制装置的链接，将X射线主机数字控制板通过串口连接到光圈自动控制装置上。将X射线主机的信号线联接到X射线主机数字控制板，X射线主机数字控制板会解码主机状态和信号，然后通过串口去控制光圈自动控制装置。

如图4所示，图4为本发明提出的一种基于光圈自动控制的X射线机成像装置中光圈移动控制单元框图。光圈移动控制单元即位驱动电路2，包括：主控制器、存储器、逻辑控制电路、圆周计数器11、第一限位点4、第二限位点5、柔性连接器8和电机驱动电路。主控制器与存储器相连，逻辑控制电路均与主控制器、圆周计数器11、第一限位点、第二限位点和电机驱动电路相连，电机驱动电路与光圈驱动电机相连。串口收发器用于将远程设备预设的光圈位置信息传输至主控制器。

串口收发器具有双功能，一是通过它可以对光圈控制装置进行预置位置的配置，二是可以通过它可以控制光圈的开闭即移动到预设位置。

主控制器解码串口码并控制电机的运动，保存预设位置数据到非易失存储器中。

逻辑控制电路受控于主控制器，当主控制器命令到达，启动电路，逻辑控制电路根据主控制器的命令开启电机，移动光圈，当光圈到达第一限位点4或第二限位点5时，逻辑控制电路接到到位信号，停止电机运动，开启计数器电路，再驱动电机反方向运行，同时，与光圈安装在一起的圆周计数器开始计数，将脉冲信号输入到逻辑控制电路，逻辑控制电路开始计数，当计数器到达预设数值时，停止电机，保持光圈位置不变，此时便可以进行曝光。

通过上述电路和机械运动装置的结合，完成前面所述的光圈控制过程。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种基于光圈自动控制的X射线机成像装置，其特征在于，该装置包括：光圈驱动电机、高分辨率手动镜头、光圈定位尺、光圈驱动环和光圈移动控制单元；所述光圈移动控制单元包括主控制器、存储器、逻辑控制电路、圆周计数器、第一限位点、第二限位点和电机驱动电路；

2.根据权利要求1所述的一种基于光圈自动控制的X射线机成像装置，其特征在于，该装置还包括用于所述光圈驱动环与所述光圈驱动电机柔性相连的柔性连接器。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于光圈自动控制的X射线机成像装置，其特征在于，所述光圈移动控制单元还包括用于将远程设备预设的光圈位置信息传输至所述主控制器的串口收发器。