CN102934999A - 医用c形臂三维成像同步控制装置 - Google Patents

Abstract

医用C形臂三维成像同步控制装置，属于医疗器械技术领域。它包括单片机、曝光开关接口电路、运动控制单元接口电路、射线控制单元接口电路、图像采集单元接口电路。是一种医用C型臂三维成像同步控制装置。其技术要点是：以单片机为核心制成一块控制电路板，同时控制曝光开关、运动控制单元、射线控制单元、图像采集单元协调工作。电路设计采用高速单片机和高速光耦，功能强大、接口简单、系统响应速度快，保证装置安全稳定运行。

Description

医用C形臂三维成像同步控制装置

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域。

背景技术

目前，在电子医疗领域的C形臂设备中，来实现C形臂设备的三维成像图像采集基本上没有，因为三维成像大都集中在CT中或国外个别的O型臂中。国内电子医疗领域的C形臂设备还处在一个相对发展的状态下，主要都是手动的C臂运动。这两年随着电机控制在C形臂设备中的大量应用，逐渐出现的电动C臂，但要想实现C臂运动与X射线同步控制暂时还没有。而且随着计算机处理能力的进一步加强，图像处理技术的不断发展，促成了以C形臂为基本的三维成像设备孕育而生。要想实现医用C形臂三维成像，要有以下几个需要克服的设计难点：首先，运动控制单元能够准确的检测运动位置信息并产生到达信号；第二，射线控制部分能够在极短的时间产生图像采集所需的X射线；第三，图像采集单元能够在产生X射线的时间内采集完规定位置的图像。而要将上述三个内容全部集成到一起，就要需要一个响应能力极强的同步控制装置来实时控制，相互协调，最终准确无误的完成所有图像的采集工作。

从目前的电子技术发展来看，已经完全可以设计出符合上述要求的同步控制装置了。首先，就是单片机技术的高速发展，现在单片机的响应速度已经可以控制在微秒以内，而且有各种中断和大量的I/O资源可以使用，完全可以充当同步控制装置的核心。其次，就是高速光耦的大量应用，其传输速度可以大大超过单片机的响应速度，再加上良好的隔离作用，对单片机更是一种很好的保护。只要将这两种核心器件配备相应的辅助器件，就可以设计出满足C形臂三维成像图像采集所需的同步控制装置了。

发明内容

设计目的：综合背景技术中提到的同步控制装置，使用高速单片机及高速光耦，制作电路板，设计合理的曝光开关接口电路、运动控制单元接口电路、射线控制单元接口电路、图像采集单元接口电路，满足C形臂三维成像图像采集的同步控制需要。

设计方案：为了实现上述设计目的。本装置采用了高速的AVR系列的MEGA128做为核心控制的单片机，它的最高工作频率是16MIPS，最快响应时间是可以控制在微秒级别，完全满足C形臂三维成像图像采集的同步控制要求。各接口电路均采用高速的TLP113光耦进行隔离，既能够满足高速的信号传输，也能防止外界的电磁干扰影响单片机的正常工作，对单片机起到了良好的保护作用。

单片机接收曝光开关信号同步控制各接口电路实现医用C形臂三维成像的图像采集是本装置的主要技术特征。装置共由以下几部分组成：①单片机：单片机是本装置的核心部分，VCC供电电压为5V，配置16M晶振及上电复位电路。它可以检测曝光开关信号和运动控制单元发送的位置到达信号，输出运动控制单元使能信号、曝光使能信号及图像采集使能信号。②曝光开关接口电路：主要使用高速TLP113光耦与单片机的switch_in脚相连，来做为医用C形臂三维成像图像采集命令接口。③运动控制单元接口电路：主要使用高速TLP113光耦与单片机的move_in和move_out脚相连，move_out是运动控制单元工作的使能信号，move_in是运动控制单元工作的位置到达信号，单片机以此信号来控制曝光控制单元和图像采集单元工作。④射线控制单元接口电路：主要使用高速TLP113光耦与单片机的exp_out脚相连，当单片机接收到move_in的信号时来通知射线控制单元产生X射线。⑤图像采集单元接口电路：主要使用高速TLP113光耦与单片机的camera_out脚相连，当单片机接收到move_in的信号时来通知图像采集单元进行图像采集。

附图说明

图1医用C形臂三维成像控制构成框图。

图2医用C形臂三维成像同步控制装置的设计框图。

图3医用C形臂三维成像同步控制装置单片机电路原理图。

图4医用C形臂三维成像同步控制装置各接口电路原理图。

图5医用C形臂三维成像同步控制装置中断图像采集的控制时序图。

图6医用C形臂三维成像同步控制装置图像采集结束的控制时序图。

具体实施方式

参照附图1。医用C形臂三维成像控制构成框图，本装置主要服务于医用C形臂三维成像控制。如附图2所示，医用C形臂三维成像同步控制装置，包括：单片机、曝光开关接口电路、运动控制单元接口电路、射线控制单元接口电路、图像采集单元接口电路。具体说，如图3和图4所示，单片机的数据接口switch_in连接曝光开关接口电路，move_in和move_out连接运动控制单元接口电路，exp_out连接射线控制单元接口电路，camera_out连接图像采集单元接口电路。其中switch_in、move_in做为输入口，move_out、exp_out、camera_out为输出口。这里特别指出的是，由于整个装置运行过程中，move_in做为运动位置信息到达信号，最终获得图像位置的均匀度只由该信号决定，所以实施过程中，要将move_in信号连接到单片机的INT0口，利用单片机的中断功能加强控制电路的实时响应能力。整个装置的设计电路已经在图3和图4完全指示。

医用C形臂三维成像同步控制装置运行时有以下两种控制时序。如图5所示，单片机首先检测曝光开关信号switch_in，当出现高电平时，立刻在move_out发送高电平给运动控制单元，此时，运动控制单元控制C形臂滑动，到达指定位置时会在move_in脚产生高电平。单片机利用中断功能实时响应move_in的高电平信号，在中断程序中输出exp_out为高电平，使曝光控制单元产生X射线，并同时输出camera_out为高电平，使图像采集单元进行图像采集。move_in信号产生的脉冲时间为20ms，数量由用户决定，并平均分配到C形臂的滑动范围内。图5所示的完整时序图指出的是，用户在装置运行过程中可以随时中断运行，此时仍然可以得到一定数量的图像。但图6所示的时序图指出的是，用户在装置运行过程中没有中断运行，而是等到C形臂所有的滑行运动结束后，已经得到了与设置相符的图像数量时序图，此时用户可以松开曝光开关完成操作。

以上具体实施方式、电路及时序仅用于说明装置，而非用于限定本装置。

Claims (2)

1.医用C形臂三维成像同步控制装置，它包括单片机、曝光开关接口电路、运动控制单元接口电路、射线控制单元接口电路、图像采集单元接口电路；其特征是：曝光开关连接同步控制装置，按下曝光开关同步控制装置启动，松开停止；当同步控制装置工作时，首先向运动控制单元发送运动启动命令，运动控制单元执行C形臂滑动操作，同时检测运动反馈的位置信息，到达指定位置时向同步控制单元发送命令，此时，同步控制装置同步控制射线控制单元实现X射线曝光和图像采集单元实现图像采集，直至最终完成三维成像的所需的全部图像。

2.根据权利要求1所述的医用C形臂三维成像同步控制装置，其特征在于同步控制单元可以接收曝光开关命令启动运动控制单元，根据运动控制单元反馈信息实现射线控制单元及图像采集单元同步控制的工作时序。

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