CN105303921A - 一种仿真x-ct实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿真X-CT实验装置，包括底座和所述底座上设置有CT床，所述底座上还设置有上位机和下位机，所述上位机包括登录模块、扫描模块、调用显示模块和下位机控制模块，所述下位机包括单片机控制模块、串口通信模块、步进电机模块、激光头控制模块、触摸液晶模块和MP3播放模块，上位机与下位机进行数据通信，并通过串口通信控制下位机的单片机控制模块，单片机控制模块控制下位机的操作，通过触摸液晶模块中的控件控制激光头控制模块、步进电机模块及CT床的移动。上述技术方案，结构设计合理、结构简单、操作方便、价格低廉、不存在辐射损伤、安全、实用性好。

Description

一种仿真X-CT实验装置

技术领域

本发明涉及CT装置技术领域，具体涉及一种仿真X-CT实验装置。

背景技术

随着医疗水平的提升，CT(ComputedTomography)技术在临床上应用于各种疾病的诊断，由于其扫描时间快、图像清晰等特点，医院势必需要大量引进先进的大型X-CT设备。与此同时，医院对操作人员的技术水平要求将会增高，对人员需求量也会增加，迫使医学院校要培养更多高素质操作人才。但由于目前X-CT设备价格昂贵、X射线存在一定辐射损伤，且对环境条件要求苛刻等一系列难题，使得一般医学院校不具备购买大量X-CT设备来满足现阶段教学的条件，所以设计一款成本低廉的仿真X-CT实验教学仪是很有必要的。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种结构设计合理、结构简单、操作方便、价格低廉、不存在辐射损伤、安全实用的仿真X-CT实验装置。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种仿真X-CT实验装置，包括底座和所述底座上设置有CT床，所述底座上还设置有上位机和下位机，所述上位机和下位机固定连接，所述上位机包括登录模块、扫描模块、调用显示模块和下位机控制模块，所述下位机包括单片机控制模块、串口通信模块、步进电机模块、激光头控制模块、触摸液晶模块和MP3播放模块，上位机与下位机进行数据通信，并通过串口通信控制下位机的单片机控制模块，单片机控制模块控制下位机的操作，通过触摸液晶模块中的控件控制激光头控制模块、步进电机模块及CT床的移动。

通过采用上述技术方案，通过上位机仿真CT界面，下位机使用激光头进行X射线仿真，不存在辐射损伤，因此能够让初学者在一般的环境下无辐射的学习X-CT机的常规操作流程。而仿真X-CT教学实验装置由于价格低廉、结构清晰、安全方便的特点，大大满足医学院校教学需求，并对医疗事业的推动具有重要意义。

本发明进一步设置：所述激光头控制模块由激光定位模块以及模拟X扫描模块组成，激光定位模块由一个9mm外径十字激光头和两个9mm外径一字激光头组成；模拟X扫描模块由8个6mm外径的红外激光头组成。通过本设置，激光头控制模块结构简单，制造方便，工作可靠。

本发明还进一步设置：所述底座为长方体结构，底座长50cm、宽30cm、高8cm，底座的一侧固定设置有一块固定板，所述固定板高40cm、宽30cm。通过本设置，结构设置更加合理，结构简单。

本发明还还进一步设置：所述固定板上固定设置有CT床移动装置，通过CT床移动装置实现上、下、前和后四个方向移动。通过本设置，CT床移动方便，工作可靠。

本发明还还进一步设置：所述底座和固定板均采用8mm厚的乳白色有机玻璃制造而成。通过本设置，制造方便，成本低。

本发明的优点是：与现有技术相比，本发明结构设置更加合理，通过上位机仿真CT界面，下位机使用激光头进行X射线仿真，不存在辐射损伤，因此能够让初学者在一般的环境下无辐射的学习X-CT机的常规操作流程。而仿真X-CT教学实验装置由于价格低廉、结构清晰、安全方便的特点，大大满足医学院校教学需求，并对医疗事业的推动具有重要意义。

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明实施例整体的模块框图；

图2为本发明实施例上位机的原理框图；

图3为本发明实施例下位机的原理框图；

图4为本发明实施例下位机的硬件模块框图。

具体实施方式

参见图1、图2、图3和图4，本发明公开的一种仿真X-CT实验装置，包括底座和所述底座上设置有CT床，所述底座上还设置有上位机和下位机，所述上位机和下位机固定连接，所述上位机包括登录模块、扫描模块、调用显示模块和下位机控制模块，所述下位机包括单片机控制模块、串口通信模块、步进电机模块、激光头控制模块、触摸液晶模块和MP3播放模块，上位机与下位机进行数据通信，并通过串口通信控制下位机的单片机控制模块，单片机控制模块控制下位机的操作，通过触摸液晶模块中的控件控制激光头控制模块、步进电机模块及CT床的移动。

所述激光头控制模块由激光定位模块以及模拟X扫描模块组成，激光定位模块由一个9mm外径十字激光头和两个9mm外径一字激光头组成；模拟X扫描模块由8个6mm外径的红外激光头组成。

作为优选的，本实施例所述底座为长方体结构，底座长50cm、宽30cm、高8cm，底座的一侧固定设置有一块固定板，所述固定板高40cm、宽30cm。所述MP3播放模块嵌入式设置在底座上；所述固定板上固定设置有CT床移动装置，通过CT床移动装置实现上、下、前和后四个方向移动。所述底座和固定板均采用8mm厚的乳白色有机玻璃制造而成。

本发明CT床移动装置用于实现CT床的上下及前后移动，主要有2个直线导轨构成。15cm长的直线导轨固定在固定板上用于上下方向移动，而20cm长的直线导轨用于前后移动，通过连接板固定在15cm直线导轨的滑台上，CT床安装在20cm直线导轨的滑台上。两个直线导轨的滑台均配置42型步进电机控制，通过触摸液晶模块的控件控制步进电机，从而实现CT床移动装置的运作。

触摸液晶模块采用3.2寸液晶屏，通过外接线外接到底座外侧，并用螺丝固定在底座右下角的位置，因此操作者可通过触摸液晶模块的不同控件对CT床移动装置进行不同的操作。

激光头的设计：CT头模型采用8mm乳白色有机玻璃。通过有机玻璃的粘合制作一个厚为5cm，尺寸为高38cm、宽28m的长方块，在离底边距离19.5cm处画出圆心，挖出一个直径为25cm的圆，整个正方形块中空。在粘合之前，把8个激光头均匀的放置在一个塑料泡沫模型中，塑料泡沫的模型与CT模型的中空部分一致，而十字激光头放置在最上方，两个一字激光头分别放置在左右正中，所有激光头的方向对准圆心，激光头放置完成并接入到电路中后，把塑料模型放入CT头中空模型中，最后，再把CT模型固定在整机模型的中央。

为使本发明工作原理更加清楚，下面对本发明下位机的各模块具体说明：

所述上位机(即PC机)利用现有的C#软件、SQL数据库等技术设计成仿真X-CT机操作界面。

所述下位机内的单片机控制模块包括32位的单片机STM32F103VET6，ARMCortex-M内核，内置64KRAM、512KFLASH、支持外设计数器、设有三种低功耗模式。

单片机控制模块：单片机是各个模块的控制中心，通过串口与上位机通讯，并根据接收的数据执行相应程序。可控制MP3的播放、CT床的运作以及X射线的仿真照射。采用STM32单片机，工作电压为3.3—5.5V，工作频率范围为0—72MHz，能很好地控制系统的各个部分。

步进电机控制模块：通过单片机控制步进电机驱动器驱动步进电机工作，从而控制CT床移动装置的上下、前后移动。本装置采用42H48型号的步进电机以及M542H型号的驱动器。该型号驱动器为专业的两相驱动器，通过正反转控制实现CT床的上下、前后移动。驱动电流为0.5A，步距角为1.8°，通过步进电机驱动器的细分来改变步距角从而改变扫描精度，本装置采用128细分。

触摸液晶模块：在CT拍摄前，当被检者躺上病床后，拍摄人员要对被检者的被检部位进行初步定位，因此设置一个触摸液晶来实现CT床的移动以及定位激光的控制。本实施例中触摸液晶模块由触摸屏、液晶屏以及LED三部分组成。

MP3模块：用于提醒病人憋气以及喘气。事先在SD卡中存入音频，程序运行到MP3播放步骤时，通过接收不同的命令播放SD卡中相应的文件，并通过VS1003芯片进行音频解码，通过2W小喇叭播放音频。

串口通信模块：通过串口实现上位机对下位机的命令控制以及接收下位机返回的数据。采用RS-232标准串口的全双工异步串行通讯，并通过MAX232芯片对电平进行转换，配置的波特率为115200b/s。

激光模块：由激光定位模块以及模拟X扫描模块组成。激光定位模块由一个9mm外径十字激光头和两个9mm外径一字激光头组成，用于人体扫描部位的初步定位。模拟X扫描模块由8个6mm外径的红外激光头组成，把8个激光头等距放在环形装置中，执行流水灯程序，模拟X射线扫描。

本实施例下位机由主程序、步进电机控制程序、定时程序、中断服务程序、触摸液晶程序、串口通信程序和激光头控制程序组成。系统主程序处于循环工作方式，主程序在系统初始化后进入循环，中断程序检测触摸屏控件是否按下，检测到定位完成控件按下时，进入中断，同时触摸屏锁定无法触摸。下位机锁定后向上位机发送数据，收到数据后上位机对扫描序列进行设置，完成后向下位机返回信息；这时，上位机等待粗扫完成信号，粗扫完成后上位机向下位机发送细扫信息；等待一段时间后粗扫未完成，则上位机向下位机再次发送粗扫信息；细扫完成后下位机回复信息给上位机，再次收到上位机完成信号后，下位机将进行新一轮扫描。

下面对本发明上位机的各模块具体说明：

登录模块：数据库建立、数据库连接、登录界面设计和序列选择窗体加载。首先，画出ER图，完成患者基本信息数据库的建立。利用C#软件和数据库连接，获取患者的各项基本信息。设计登录界面，利用C#软件自带的Button、TextBox、Label等控件编程，对患者扫描部位和扫描序列的先后进行选择。对于一些常规检查，也可通过点击相应的Button按键直接进行序列的选择。

扫描模块：扫描模块的界面包括：粗扫描参数设置界面、粗扫描操作界面、断层扫描参数设置界面和断层扫描操作界面。

首先在粗扫描参数设置界面中对粗扫描的各项扫描参数进行设置，参数包括：扫描间隔、扫描图片张数、起始位置和结束位置等。接着，进入粗扫描操作界面。点击现有的键盘上的A键向下位机发送数据，将下位机移动到扫描位置。当移动完成后，下位机进行十字定位。上位机接收到定位结束的信号，点击界面上的扫描键或者现有的键盘上的Q键，进行粗扫描操作，同时将这些粗扫描参数存储在数据库中。粗扫描结束后，上位机接收到扫描结束的信号并从该患者的图片文件夹中调用粗扫描图片，将图片显示在屏幕上。接着进入断层扫描参数设置界面，对粗扫描图片上的网格进行拉伸，来确定断层扫描的具体范围，同时对扫描的参数进行设置。之后，进入断层扫描操作界面，将扫描的起始位置发送给下位机，控制下位机移动到扫描起始位置。上位机接收到下位机移动完成的信号后，向下位机发送扫描的距离，下位机进行断层扫描。断层扫描结束后，上位机接收到信号，并从患者的图片文件夹中调用图片，并动态地显示在屏幕上。此外，通过点击现有的键盘上的“<”和“>”按键，可以查看这些上一张或下一张图片。

调用显示模块：患者的所有扫描图片均已存储在以该患者ID命名的文件夹中，且该文件夹与本系统存放在统一目录下。在仿真扫描过程中，C#软件可直接调用。

下位机控制模块：该模块将实现上位机和下位机的通信。利用C#软件中自带的SerialPort控件，实现向下位机发送数据和接收数据。首先，设置串口的名称、奇偶校验位和停止位，打开串口进行数据的接收和发送。最后，关闭串口。

本发明通过上位机仿真CT界面，下位机使用激光头进行X射线仿真，不存在辐射损伤，因此能够让初学者在一般的环境下无辐射的学习X-CT机的常规操作流程。而仿真X-CT教学实验装置由于价格低廉、结构清晰、安全方便的特点，大大满足医学院校教学需求，并对医疗事业的推动具有重要意义。

上述实施例对本发明的具体描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，本领域的技术工程师根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种仿真X-CT实验装置，包括底座和所述底座上设置有CT床，其特征在于：所述底座上还设置有上位机和下位机，所述上位机和下位机固定连接，所述上位机包括登录模块、扫描模块、调用显示模块和下位机控制模块，所述下位机包括单片机控制模块、串口通信模块、步进电机模块、激光头控制模块、触摸液晶模块和MP3播放模块，上位机与下位机进行数据通信，并通过串口通信控制下位机的单片机控制模块，单片机控制模块控制下位机的操作，通过触摸液晶模块中的控件控制激光头控制模块、步进电机模块及CT床的移动。

2.根据权利要求1所述的一种仿真X-CT实验装置，其特征在于：所述激光头控制模块由激光定位模块以及模拟X扫描模块组成，激光定位模块由一个9mm外径十字激光头和两个9mm外径一字激光头组成；模拟X扫描模块由8个6mm外径的红外激光头组成。

3.根据权利要求2所述的一种仿真X-CT实验装置，其特征在于：所述底座为长方体结构，底座长50cm、宽30cm、高8cm，底座的一侧固定设置有一块固定板，所述固定板高40cm、宽30cm。

4.根据权利要求3所述的一种仿真X-CT实验装置，其特征在于：所述固定板上固定设置有CT床移动装置，通过CT床移动装置实现上、下、前和后四个方向移动。

5.根据权利要求4所述的一种仿真X-CT实验装置，其特征在于：所述底座和固定板均采用8mm厚的乳白色有机玻璃制造而成。