CN102599925A - 一种悬吊式x射线机的自动跟随控制装置 - Google Patents

一种悬吊式x射线机的自动跟随控制装置 Download PDF

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李劲生
张海胜
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Abstract

本发明公开了一种悬吊式X射线机的自动跟随控制装置，属于医疗器械技术领域，分为被跟随方(胸片夹机构)的运动控制装置和跟随方(球管)的运动控制装置。两部分运动控制装置都由电机控制电路、电机驱动电路、通信电路、保护电路和电机组成，其特征在于：自动跟随两方中的电机控制电路相互独立，并通过通信电路连接，两方的电机控制电路独立控制自身的电机运转，并经由通信电路实时交换信息，由电机控制电路中的软件处理后，做出跟随动作。其优点是：具有定位精确，自动化程度高等特点，可以显著提高医护人员的工作效率，可以直接应用于医用悬吊式X射线机的球管和胸片夹的运动控制，也可应用于其他领域设备的同步运动系统的控制。

Description

一种悬吊式X射线机的自动跟随控制装置
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域。
背景技术
X射线的本质是一种波长很短但能穿透人体的射线，应用在医学上就是医用X射线机，也是医学六大成像设备之一。医用X射线机是医院放射科和骨科的常规设备和必备设备。医用X射线成像技术发展至今，X射线机的品种和产量都有很大的增加，目前高频、数字化、多功能医用X射线机已经成为市场的主流。但是由于我国X射线成像技术起步较晚，目前中高端X射线机市场绝大部分被国外生产厂家占据。典型生产企业如美国GE医疗，荷兰皇家飞利浦医疗，美国柯达医疗和日本岛津医疗等等。
随着临床应用复杂程度的增加，医用X射线机集成的功能越来越多，自动化程度也在不断提升。全面支持立位、位卧、侧位水平、全自由角度及担架轮椅紧急摄影的医用X射线机也开始逐步投入市场，以满足医生在各种条件下的X射线摄影需求，悬吊式X射线机正是这样一款支持全自由角度的医用X射线摄影系统。其中球管和胸片夹机构的同步跟随运动是悬吊式X射线机运动系统中最为实用，也是最核心的功能。同步跟随运动是指球管随着胸片夹机构的上下运动而运动，无需人工干预，自动完成调节和定位。基本原理是被跟随方检测到运动控制指令后，开始作上升或者下降运动，随后跟随方能够检测到被跟随方在往某个方向运动，同时控制自身电机运转，也同步追踪到被跟随方定位的水平面上。
发明内容
本发明提出了一种实现悬吊式X射线机球管与胸片夹机构自动跟随运动的控制装置，球管和胸片夹机构各自拥有独立的运动控制电路，两者之间保持通信连接，共享两者的运动方向和位置信息，利用两个运动控制电路中的软件算法实现自动跟随功能。无需任何的传感器，实现简单，控制灵活。
本发明采用如下技术方案：
一种悬吊式X射线机的自动跟随控制装置，分为被跟随方(胸片夹机构)的运动控制装置和跟随方(球管)的运动控制装置。两部分运动控制装置都由电机控制电路、电机驱动电路、通信电路、保护电路和电机组成，其特征在于：自动跟随两方中的电机控制电路相互独立，并通过通信电路连接，两方的电机控制电路独立控制自身的电机运转，并经由通信电路实时交换信息，由电机控制电路中的软件处理后，做出跟随动作。
电机控制电路以高性能8位单片机Atmegal6为核心组成，被跟随方(胸片夹机构)的电机控制电路主要由以下几部分电路组成：外围接口单元，单片机处理单元，输出接口单元。外围接口单元主要检测用户控制面膜按键是否被按下，输出与单片机处理单元相连接，单片机接收到用户控制信号后，经过处理后发出控制信号给电机驱动电路，最后由电机驱动电路推动电机运转，同时把位置信息通过通信电路实时地传送给跟随方单片机处理电路。跟随方(球管)由单片机处理电路，通信电路，电机驱动电路，保护电路和电机组成。单片机处理电路接收被跟随方的位置信息后，依据软件算法判别是否做出跟随动作，如果是则发出控制命令给电机驱动电路，推动电机做出跟随运动，与此同时，跟随方也需把位置信息实时反馈给被跟随方，形成闭环控制。
电机驱动电路购买市场上成熟的全数字交流伺服系统，包括交流伺服驱动器和交流伺服电机两个部分。交流伺服驱动器可以以多种接口方式与电机控制电路保持连接，用于接收电机运转控制命令，同时与交流伺服电机保持全闭环连接，确保电机按照命令运行。本发明的电机控制电路通过普通I/O形式与交流伺服驱动器连接，以位置方式作为控制交流伺服驱动器的方法。
本发明具有的特点如下：
1、跟随双方具有各自独立的电机运动控制装置，可方便实现多种跟随方式。
2、跟随双方的电机驱动电路购买市场上技术成熟的全数字交流伺服系统，功能强大，性能优异。
3、跟随动作依靠单片机中的软件算法完成，灵活性强，调整方便。
附图说明
图1是本发明的原理框图。
图2是本发明被跟随方(胸片夹机构)的电路原理图。
图3是本发明跟随方(球管)的电路原理图。
图4是本发明被跟随方(胸片夹机构)运动控制装置的软件流程图。
图5是本发明跟随方(球管)运动控制装置的软件流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
如图1所示，一种悬吊式X射线机的自动跟随控制装置，分为被跟随方(胸片夹机构)的运动控制装置1和跟随方(球管)的运动控制装置2。其中运动控制装置1具体包括以下5个单元电路：电机控制电路101，电机驱动电路102，通信电路103，保护电路104和电机105组成，运动控制装置2具体包括以下5个单元电路：电机控制电路201，电机驱动电路202，通信电路203，保护电路204和电机205组成。运动控制装置1与2之间保持通信连接，互相共享彼此的具体位置信息，形成闭环控制，根据用户的指令做出跟随动作。
本发明的被跟随方为胸片夹机构，该机构的主要作用是把经过患者人体后的X射线(由球管发出)转化为可被数字处理系统识别的一系列数字信号，以便供数字影像系统处理最终得出反应人体内部结构的X光片。当医护人员根据患者情况调整胸片夹机构时，此时如果需要做出跟随动作，则需把跟随面膜按键置于使能状态，此时控制胸片夹机构作上升或者下降运动时，球管会自动追踪胸片夹机构的运动状态而作上升或者下降运动。医护人员调整胸片夹机构的动作结束时，球管随即也会停在胸片夹机构停止的水平面上，完成跟随动作，这样就节省了医护人员的时间，提高了拍片效率。
当被跟随方(胸片夹机构)的运动控制装置1中的电机控制电路101检测到跟随面膜按键处于使能状态时，则会立即通知内部的单片机处理单元，此时单片机处理单元通过通信电路103和通信电路203与跟随方(球管)的运动控制装置2中的电机控制电路201取得联系，并告知跟随方(球管)作好跟随准备。当电机控制电路101检测到用户按下上升或者下降运动面膜按键开关时，其内部的单片机处理单元立即给电机驱动电路102发送控制脉冲，并同步把自身的位置信息通过通信电路103和203告诉跟随方(球管)。当跟随方(球管)的电机控制电路201接收到被跟随方(胸片夹机构)的位置信息后会立即和自身的位置信息进行对比，如果不相等，则立即发送控制脉冲给电机驱动电路202，以驱动电机205作出追踪动作。当用户松开上升或者下降运动面膜按键开关时，电机控制电路101就会认为此时用户的胸片夹机构定位完成，电机驱动电路102定位完成后会给电机控制电路101反馈回一个定位完成信号，当电机控制电路101接收到此信号后，就可判定胸片夹机构的定位已经真正实现，此时会给电机控制电路201发送胸片夹机构运动停止信号。该停止信号送入电机控制电路201后，跟随方(球管)已获知被跟随方(胸片夹机构)的定位完成，此时电机控制电路201会比较自身和被跟随方发送的位置信息，如果在一个平面，则停止向电机驱动电路202发送控制脉冲，如果不在则继续通过电机驱动电路202控制电机205运转，直至两方的位置信息相等，即完成跟随动作。其中被跟随方的运动控制装置1的软件处理流程图详见图4所示，跟随方的运动控制装置2的软件处理流程详见图5所示。
如图2为本发明的被跟随方(胸片夹机构)的运动控制装置1的电路原理图。用户控制面膜按键信号通过由1个电感L和2个电容C组成的π型滤波器后打通各自的光耦，D1至D5为绿色指示灯，方便观察和调试。光耦TLP521GB_1的作用是使单片机处理单元与外部接口单元实现电气隔离，更加安全和可靠。Control1和Control2信号为胸片夹机构上升和下降运动控制按键，Control3信号为跟随使能控制按键，Control4和Control5信号为跟随模式选择按键。当用户按下相应面膜控制按键时会使对应单片机IO口的电平状态由高变为低，此时单片机获知用户的操作意图。单片机为8位高性能单片机ATmegal6，复位电路由R16和C11组成的阻容电路完成，由有源晶振X1提供时钟信号。通信电路103以单片机自带的标准串口组成，辅以串口通信芯片MAX232。电机驱动电路102和电机105购买市场上成熟的全数字式交流伺服系统。
如图3为本发明的跟随方(球管)的运动控制装置2的电路原理图。该运动控制装置无外围接口单元，主要依据被跟随方(胸片夹机构)的通信电路103传送过来的指令来控制电机驱动电路202。单片机也为8位高性能单片机ATmegal6，复位电路由R1和C1组成的阻容电路完成，由有源晶振X1提供时钟信号。通信电路203以单片机自带的标准串口组成，辅以串口通信芯片MAX232。电机驱动电路202和电机205购买市场上成熟的全数字式交流伺服系统。

Claims (4)

1.一种悬吊式X射线机的自动跟随控制装置，包括被跟随方(胸片夹机构)的运动控制装置和跟随方(球管)的运动控制装置。两部分运动控制装置都由电机控制电路、电机驱动电路、通信电路、保护电路和电机组成。其特征在于：自动跟随两方中的电机控制电路相互独立，并通过通信电路连接，两方的电机控制电路独立控制自身的电机运转，并经由通信电路实时交换信息，由电机控制电路中的软件处理后，做出跟随动作。
2.如权利要求1所述的悬吊式X射线机的自动跟随控制装置，其特征在于：自动跟随的两方具有自己独立的运动控制装置。
3.如权利要求1所述的悬吊式X射线机的自动跟随控制装置，其特征在于：自动跟随只能发生在上升和下降两个运动方向上。
4.如权利要求1所述的悬吊式X射线机的自动跟随控制装置，其特征在于：电机使用交流伺服电机，驱动为交流伺服驱动器。
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