CN114305481B - 一种航天用口腔x射线影像装置和系统 - Google Patents
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Abstract
一种航天用口腔X射线影像装置和系统，该装置包括手持单元、枪体与辐射屏蔽罩；其中，手持单元中包含供电单元；枪体中包含X射线生成器、X射线探测器、X射线准直器以及限束器；X射线生成器生成的X射线经过枪体中的X射线准直器以及限束器后离开装置；X射线探测器用以探测X射线光子并将成探测到的X射线光子数据通过蓝牙传输至终端进行成像处理；辐射屏蔽罩用于屏蔽枪体外X射线对枪体内部电路的辐射，该系统包括该装置、无线发射装置和地面终端，本发明携带方便且在操作时可针对口腔任意局部进行成像，更加高效快捷；适用于宇宙环境中口腔X射线影像装置成像质量相等的影像。
Description
技术领域
本发明属于医疗仪器领域，具体涉及一种航天用口腔X射线影像装置和系统。
背景技术
随着空间技术的发展，宇航员停留在宇宙空间中的时间增加。宇宙空间中的生活环境不同，容易罹患口腔疾病，影响执行宇航任务。自X射线被发现以来，X射线成像技术已被广泛应用于工业和医疗仪器应用之中。当高分辨率X射线成像设备用于医疗诊断目的时，业界对这些系统最重要的要求是尽可能快地获得图像以减少误差。通常情况下，这样的设备是昂贵且笨重的。
现有技术中用于口腔X射线影像装置大多存在同样的问题，不仅造价不菲且需要通过拍摄多张口腔的X射线影像来获取口腔整体情况，无法灵活地拍摄口腔全景，因此对于用于口腔X射线影像设备在轻便性方面的要求则更高。特别是宇航员工作的太空环境中，对设备的体积和重量敏感，现有口腔X射线影像装置难以在太空中使用。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种航天用口腔X射线影像装置和系统。
本发明采用如下的技术方案：
一种航天用口腔X射线影像装置包括手持单元1、枪体2与辐射屏蔽罩8；
手持单元1中包含供电单元3；枪体2中包含X射线生成器4、X射线探测器5、X射线准直器6以及限束器7；
X射线生成器4生成的X射线经过枪体中的X射线准直器6以及限束器7后离开装置；X射线探测器5用以探测X射线光子并将成探测到的X射线光子数据通过蓝牙传输至终端进行成像处理；辐射屏蔽罩8用于屏蔽枪体外X射线对枪体内部电路的辐射。
供电单元3包括一个脉冲宽度调制单元以及两个升压变压器；脉冲宽度调制单元连接第一升压变压器磁芯的一端，外接电源连接第二升压变压器磁芯的一端；第一升压变压器磁芯的另一端与第二升压变压器磁芯的另一端分别连接一个倍压整流电路；第一升压变压器磁芯的另一端连接的倍压整流电路由两组二极管组成，每组二极管由两个互为反向的二极管组成，每个二极管的负极上串联一个电容器；第二升压变压器磁芯的另一端连接的倍压整流电路也由两组二极管组成，每组二极管由两个互为反向的二极管组成，每个二极管的正极上串联一个电容器。
所述供电单元3中的电容器的参数为10V/10nF，二极管能承受的最大电流为10mA，最大电压为15kV。
所述X射线探测器5包括硅光电二极管B、电荷灵敏前置放大器、成形放大器以及蓝牙数据传输单元；
其中，硅光电二极管B连接电荷灵敏前置放大器的输入端，电荷灵敏前置放大器的输出端连接成形放大器的输入端，成形放大器的输出端连接蓝牙数据传输单元。
电荷灵敏前置放大器的输入端接入一个硅光电二极管B以及两个第二电阻E2，两个第二电阻E2分别与第三电容器F3并联；
电荷灵敏前置放大器包括一个NPN型硅场效应晶体管G1、第一至第四射频双极晶体管A1、A2、A3、A4；电荷灵敏前置放大器输入端在接入硅光电二极管B后连接第四电容器F4，之后连入NPN型硅场效应晶体管G1的基础端；NPN型硅场效应晶体管G1的采集端分别与第一射频双极晶体管A1的发射端与电压的正极相连，其发射端接地；
第一射频双极晶体管A1的采集端与第二射频双极晶体管A2的采集端相连，同时与第三射频双极晶体管A3的基础端相连；其基础端与第三射频双极晶体管A3的发射端以及第四频双极晶体管A4的基础端相连；
第二射频双极晶体管A2的发射端以及基础端分别与NPN型硅场效应晶体管G1的基础端相连；
第三射频双极晶体管A3的基础端以及采集端分别与NPN型硅场效应晶体管G1的基础端相连；第三射频双极晶体管A3的发射端与第四射频双极晶体管A4的基础端相连；
第四射频双极晶体管A4的发射端接入电压的负极，采集端接入电压的正极；
电荷灵敏前置放大器的输出接入第四射频双极晶体管A4的发射端。
在所述NPN型硅场效应晶体管G1的采集端与电压的正极之间串联第四电阻E4与第五电阻E5。
第一射频双极晶体管A1的基础端通过第一电容器F1与第六电阻E6与第三射频双极晶体管A3的发射端以及第四频双极晶体管A4的基础端相连。
第二射频双极晶体管A2的发射端通过第十二电阻E12与NPN型硅场效应晶体管G1的基础端相连；其基础端与并联的第十一电阻E11与第五电容器F5串联后与NPN型硅场效应晶体管G1的基础端相连。
在第三射频双极晶体管A3的基础端与NPN型硅场效应晶体管G1的基础端间串联第二电容器F2；在第三射频双极晶体管A3的采集端与NPN型硅场效应晶体管G1的基础端间串联第十电阻E10。
在第四射频双极晶体管A4的发射端与电压的负极间串联第八电阻E8与第九电阻E9；第四射频双极晶体管A4的发射端与电压的正极间串联两个第一电阻E1。
成形放大器的输入端串联一个第十四电阻E14与第五电容器F5后串联三个第二运算放大器H2；每个第二运算放大器H2的正极接电压，负极与通过并联的第十三电阻E13与第六电容器F6与该运算放大器的输出相连；
最后一个第二运算放大器H2的输出端分别接入第一运算放大器H1的正极输入引脚与第三运算放大器H3的负极；
第一运算放大器H1的输出与第三运算放大器H3的输出汇聚后作为成形放大器的输出；第一运算放大器H1正侧电源引脚连接5V输入电压，负侧电源引脚接地，其负极输入引脚连接变阻器J；
第三运算放大器H3的正极接电压，负极通过第第十五电阻E15与第三运算放大器H3的输出端相连。
每个所述第二运算放大器H2的输出端与下一个第二运算放大器H2的负极相连，其输出端与下一个第二运算放大器H2的负极之间串联一个第十四电阻E14与第五电容器F5。
最后一个第二运算放大器H2的输出端与第三运算放大器的负极间串联一个第五电容器F5与第十五电阻E15。
变阻器J的最大电阻为10K，其一端接5V电压，一端接地。
第三运算放大器H3的输出端通过第九电容器F9与第一运算放大器H1的输出汇聚后作为成形前置放大器的输出。
第三运算放大器H3的正极接电压，负极通过第第十五电阻E15与第一运算放大器H1的输出端相连。
本发明还提供了一种航天用口腔X射线影像系统，包括如前所述的航天用口腔X射线影像装置、无线发射装置和地面终端；
所述无线发射装置与所述的航天用口腔X射线影像装置连接，用于将所述的航天用口腔X射线影像装置采集的X射线影像转化为无线电信号并发送至所述地面终端；
所述地面终端设置在地面上，用于接收所述无线发射装置发送的无线电信号，并将所述无线信号转化为X射线影像并显示。
本发明的有益效果在于：
1、属于手持式口腔X射线影像装置，携带方便且在操作时可针对口腔任意局部进行成像，更加高效快捷；
2、X射线影像装置的内部结构造价相对低廉，在不影响成像速度的情况下，能满足口腔X射线成像的质量要求，能够输出与现有技术中大多口腔X射线影像装置成像质量相等的影像；
3、无线蓝牙传输可以让X射线成像数据实时与终端同步，能够让医护人员第一时间查看成像结果；
4、本发明的电源模块采用脉冲宽度调制单元对外接电源进行调制，较之传统电源，具有更好的输入电压调整率和负载调整率，在满足航天所需的体积小形化的前提下又降低了损耗；
5、本发明提供的技术方案，通过电荷灵敏前置放大器和成形放大器实现了用小体积电路对硅光电二极管采集的信息进行处理，不仅可以灵活拍摄口腔全景，也减轻了航天用口腔X射线影装置的整体重量；
6、本发明提供的技术方案中的电荷灵敏前置放大器，采用NPN型硅场效应晶体管处理信号，具有输入电阻高、噪声低、功耗低、动态范围大、易于集成、无二次击穿、安全工作范围广等优点，以及有利于减小X射线影器械的体积，降低功耗，可便捷地应用于航天环境；
7、本发明提供的航天用口腔X射线影装置小巧轻便，便于在宇宙空间中使用，通过该装置采集X射线影像并传输至地面终端中显示，地面医护人员能在第一时间查看成像并进而诊断，宇航员能够根据地面的医护的诊断结果自行对口腔疾病进行紧急处置，为宇航员后续顺利执行空间任务提供了保证。
附图说明
图1为本发明提供的一种航天用口腔X射线影像装置的整体装置图；
图2为本发明提供的一种航天用口腔X射线影像装置的供电单元电路图；
图3为本发明提供的一种航天用口腔X射线影像装置的电荷灵敏前置放大器电路图；
图4为本发明提供的一种航天用口腔X射线影像装置的成形放大器电路图；
图5为本发明提供的一种航天用口腔X射线影像系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
一种航天用口腔X射线影像装置的结构如图1所示，包括手持单元1、枪体2与辐射屏蔽罩8；其中，手持单元1中包含供电单元3；枪体2中包含X射线生成器4、X射线探测器5、X射线准直器6以及限束器7；
X射线生成器4生成的X射线经过枪体中的X射线准直器6以及限束器7后离开装置；X射线探测器5用以探测X射线光子并将成探测到的X射线光子数据通过蓝牙传输至终端进行成像处理；辐射屏蔽罩8用于屏蔽枪体外X射线对枪体内部电路的辐射。
图2为本发明供电单元3的电路图；供电单元3包括一个脉冲宽度调制（PWM）单元以及两个升压变压器；脉冲宽度调制单元连接第一升压变压器磁芯的一端，外接电源连接第二升压变压器磁芯的一端；第一升压变压器磁芯的另一端与第二升压变压器磁芯的另一端分别连接一个倍压整流电路；第一升压变压器磁芯的另一端连接的倍压整流电路由两组二极管组成，每组二极管由两个互为反向的二极管组成，每个二极管的负极上串联一个电容器；第二升压变压器磁芯的另一端连接的倍压整流电路也由两组二极管组成，每组二极管由两个互为反向的二极管组成，每个二极管的正极上串联一个电容器；
优选地，供电单元3中的电容器的参数为10V/10nF，二极管能承受的最大电流为10mA，最大电压为15kV；
X射线探测器5包括硅光电二极管B、电荷灵敏前置放大器、成形放大器以及蓝牙数据传输单元；
其中，硅光电二极管B连接电荷灵敏前置放大器的输入端，电荷灵敏前置放大器的输出端连接成形放大器的输入端，成形放大器的输出端连接蓝牙数据传输单元；
图3为本发明电荷灵敏前置放大器的电路图；电荷灵敏前置放大器的输入端接入一个硅光电二极管B以及两个第二电阻E2，两个第二电阻E2分别与第三电容器F3并联；
优选地，第二电阻E2的阻值为100M欧姆，第三电容器F3的电容为100n；
电荷灵敏前置放大器包括一个NPN型硅场效应晶体管G1、第一至第四射频双极晶体管A1、A2、A3、A4；电荷灵敏前置放大器输入端在接入硅光电二极管B后连接第四电容器F4，之后连入NPN型硅场效应晶体管G1的基础端；NPN型硅场效应晶体管G1的采集端分别与第一射频双极晶体管A1的发射端与电压的正极相连，其发射端接地；
优选地，在NPN型硅场效应晶体管G1的采集端与电压的正极之间串联第四电阻E4与第五电阻E5；
优选地，第四电阻E4的阻值为800欧姆，第五电阻E5的电阻值为50欧姆；
第一射频双极晶体管A1的采集端与第二射频双极晶体管A2的采集端相连，同时与第三射频双极晶体管A3的基础端相连；其基础端与第三射频双极晶体管A3的发射端以及第四频双极晶体管A4的基础端相连；
优选地，第一射频双极晶体管A1的基础端通过第一电容器F1与第六电阻E6与第三射频双极晶体管A3的发射端以及第四频双极晶体管A4的基础端相连；
优选地，第一射频双极晶体管A1为PNP晶体管，频率至少为600 MHz，额定功率为225mW；第一电容器F1的电容为10n，第六电阻E6的阻值为8K欧姆；
第二射频双极晶体管A2的发射端以及基础端分别与NPN型硅场效应晶体管G1的基础端相连；
优选地，第二射频双极晶体管A2的发射端通过第十二电阻E12与NPN型硅场效应晶体管G1的基础端相连；其基础端与并联的第十一电阻E11与第五电容器F5串联后与NPN型硅场效应晶体管G1的基础端相连；
优选地，第二射频双极晶体管A2为NPN晶体管，频率至少为600 MHz，额定电压为15V；第十二电阻E12的阻值为2K欧姆，第十一电阻E11的阻值为8K欧姆，第五电容器F5的电容为10n；
第三射频双极晶体管A3的基础端以及采集端分别与NPN型硅场效应晶体管G1的基础端相连；第三射频双极晶体管A3的发射端与第四射频双极晶体管A4的基础端相连；
优选地，在第三射频双极晶体管A3的基础端与NPN型硅场效应晶体管G1的基础端间串联第二电容器F2；在第三射频双极晶体管A3的采集端与NPN型硅场效应晶体管G1的基础端间串联第十电阻E10；
优选地，第三射频双极晶体管A3为PNP晶体管，频率至少为600 MHz，额定功率为225mW；第二电容器F2的电容为1pF，第十电阻E10的阻值为30欧姆；
第四射频双极晶体管A4的发射端接入电压的负极，采集端接入电压的正极；
优选地，第四射频双极晶体管A4的发射端与电压的负极间串联第八电阻E8与第九电阻E9；第四射频双极晶体管A4的发射端与电压的正极间串联两个第一电阻E1；
优选地，第四射频双极晶体管A4为NPN晶体管，频率至少为600 MHz，额定电压为15V；第八电阻E8的阻值为2.2K欧姆，第九电阻E9的阻值为10欧姆，第一电阻E1的阻值为30欧姆；
电荷灵敏前置放大器的输出接入第四射频双极晶体管A4的发射端；
优选地，电荷灵敏前置放大器的输出与第四射频双极晶体管A4的发射端间串联第七电阻E7；
优选地，第七电阻E7的阻值为50欧姆；
图4为本发明成形放大器的电路图；成形放大器的输入端串联一个第十四电阻E14与第五电容器F5后串联三个第二运算放大器H2；每个第二运算放大器H2的正极接电压，负极与通过并联的第十三电阻E13与第六电容器F6与该运算放大器的输出相连；
优选地，第十三电阻E13的阻值为10K欧姆，第六电容器F6的电容为10p；
优选地，每个第二运算放大器H2的输出端与下一个第二运算放大器H2的负极相连，其输出端与下一个第二运算放大器H2的负极之间串联一个第十四电阻E14与第五电容器F5；
优选地，第十四电阻E14的阻值为1K欧姆，第五电容器F5的电容为6.6n；
最后一个第二运算放大器H2的输出端分别接入第一运算放大器H1的正极输入引脚与第三运算放大器H3的负极；
优选地，最后一个第二运算放大器H2的输出端与第三运算放大器的负极间串联一个第五电容器F5与第十五电阻E15；
优选地，第二运算放大器H2与第三运算放大器H3为SOIC-14封装放大器；第十五电阻E15的阻值为15K欧姆；
第一运算放大器H1的输出与第三运算放大器H3的输出汇聚后作为成形放大器的输出；第一运算放大器H1正侧电源引脚连接5V输入电压，负侧电源引脚接地，其负极输入引脚连接变阻器J；
优选地，第一运算放大器H1型号为MAX987，变阻器J的最大电阻为10K，其一端接5V电压，一端接地；
优选地，第一运算放大器H1的输出通过第十六电阻E16与第三运算放大器H3的输出汇聚；
优选地，第十六电阻E16的阻值为1K欧姆；
第三运算放大器H3的正极接电压，负极通过第第十五电阻E15与第一运算放大器H1的输出端相连；
优选地，第三运算放大器H3的输出端通过第九电容器F9与第一运算放大器H1的输出汇聚后作为成形放大器的输出。
优选地，第九电容器F9的电容为10n。
本发明还提供了一种航天用口腔X射线影像系统，如图5所示，该系统包括航天用口腔X射线影像装置、无线发射装置和地面终端；
无线发射装置与航天用口腔X射线影像装置连接，用于获取航天用口腔X射线影像装置采集的X射线影像转化为无线电信号并发送至地面终端；
地面终端，用于接收无线发射装置发送的无线电信号，并将无线信号转化为X射线影像并显示。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种航天用口腔X射线影像装置，其特征在于，
所述航天用口腔X射线影像装置包括手持单元（1）、枪体（2）与辐射屏蔽罩（8）；
所述手持单元（1）中包含供电单元（3）；枪体（2）中包含X射线生成器（4）、X射线探测器（5）、X射线准直器（6）以及限束器（7）；
X射线生成器（4）生成的X射线经过枪体中的X射线准直器（6）以及限束器（7）后离开装置；X射线探测器（5）用以探测X射线光子并将成探测到的X射线光子数据通过蓝牙传输至终端进行成像处理；辐射屏蔽罩（8）用于屏蔽枪体外X射线对枪体内部电路的辐射；
所述X射线探测器（5）包括硅光电二极管（B）、电荷灵敏前置放大器、成形放大器以及蓝牙数据传输单元；
其中，硅光电二极管（B）连接电荷灵敏前置放大器的输入端，电荷灵敏前置放大器的输出端连接成形放大器的输入端，成形放大器的输出端连接蓝牙数据传输单元；
所述电荷灵敏前置放大器的输入端接入一个硅光电二极管（B）以及两个第二电阻（E2），两个第二电阻（E2）分别与第三电容器（F3）并联；
电荷灵敏前置放大器包括一个NPN型硅场效应晶体管（G1）、第一至第四射频双极晶体管（A1）、（A2）、（A3）、（A4）；电荷灵敏前置放大器输入端在接入硅光电二极管（B）后连接第四电容器（F4），之后连入NPN型硅场效应晶体管（G1）的基础端；NPN型硅场效应晶体管（G1）的采集端分别与第一射频双极晶体管（A1）的发射端与电压的正极相连，其发射端接地；
所述第一射频双极晶体管（A1）的采集端与第二射频双极晶体管（A2）的采集端相连，同时与第三射频双极晶体管（A3）的基础端相连；其基础端与第三射频双极晶体管（A3）的发射端以及第四射 频双极晶体管（A4）的基础端相连；
第二射频双极晶体管（A2）的发射端以及基础端分别与NPN型硅场效应晶体管（G1）的基础端相连；
第三射频双极晶体管（A3）的基础端以及采集端分别与NPN型硅场效应晶体管（G1）的基础端相连；第三射频双极晶体管（A3）的发射端与第四射频双极晶体管（A4）的基础端相连；
第四射频双极晶体管（A4）的发射端接入电压的负极，采集端接入电压的正极；
电荷灵敏前置放大器的输出接入第四射频双极晶体管（A4）的发射端；
所述第一射频双极晶体管（A1）的基础端通过第一电容器（F1）与第六电阻（E6）与第三射频双极晶体管（A3）的发射端以及第四射 频双极晶体管（A4）的基础端相连；
所述第二射频双极晶体管（A2）的发射端通过第十二电阻（E12）与NPN型硅场效应晶体管（G1）的基础端相连；其基础端与并联的第十一电阻（E11）与第五电容器（F5）串联后与NPN型硅场效应晶体管（G1）的基础端相连；
在所述第三射频双极晶体管（A3）的基础端与NPN型硅场效应晶体管（G1）的基础端间串联第二电容器（F2）；在第三射频双极晶体管（A3）的采集端与NPN型硅场效应晶体管（G1）的基础端间串联第十电阻（E10）；
在所述第四射频双极晶体管（A4）的发射端与电压的负极间串联第八电阻（E8）与第九电阻（E9）；第四射频双极晶体管（A4）的发射端与电压的正极间串联两个第一电阻（E1）；
所述成形放大器的输入端串联一个第十四电阻（E14）与第五电容器（F5）后串联三个第二运算放大器（H2）；每个第二运算放大器（H2）的正极接电压，负极与通过并联的第十三电阻（E13）与第六电容器（F6）与该运算放大器的输出相连；
最后一个第二运算放大器（H2）的输出端分别接入第一运算放大器（H1）的正极输入引脚与第三运算放大器（H3）的负极；
第一运算放大器（H1）的输出与第三运算放大器（H3）的输出汇聚后作为成形放大器的输出；第一运算放大器（H1）正侧电源引脚连接5V输入电压，负侧电源引脚接地，其负极输入引脚连接变阻器（J）；
第三运算放大器（H3）的正极接电压，负极通过第十五电阻（E15）与第三运算放大器（H3）的输出端相连。
2.根据权利要求1所述的航天用口腔X射线影像装置，其特征在于，
所述供电单元（3）包括一个脉冲宽度调制单元以及两个升压变压器；脉冲宽度调制单元连接第一升压变压器磁芯的一端，外接电源连接第二升压变压器磁芯的一端；第一升压变压器磁芯的另一端与第二升压变压器磁芯的另一端分别连接一个倍压整流电路；第一升压变压器磁芯的另一端连接的倍压整流电路由两组二极管组成，每组二极管由两个互为反向的二极管组成，每个二极管的负极上串联一个电容器；第二升压变压器磁芯的另一端连接的倍压整流电路也由两组二极管组成，每组二极管由两个互为反向的二极管组成，每个二极管的正极上串联一个电容器。
3.根据权利要求1所述的航天用口腔X射线影像装置，其特征在于，
在所述NPN型硅场效应晶体管（G1）的采集端与电压的正极之间串联第四电阻（E4）与第五电阻（E5）。
4.根据权利要求1所述的航天用口腔X射线影像装置，其特征在于，
每个所述第二运算放大器（H2）的输出端与下一个第二运算放大器（H2）的负极相连，其输出端与下一个第二运算放大器（H2）的负极之间串联一个第十四电阻（E14）与第五电容器（F5）。
5.根据权利要求1所述的航天用口腔X射线影像装置，其特征在于，
所述最后一个第二运算放大器（H2）的输出端与第三运算放大器的负极间串联一个第五电容器（F5）与第十五电阻（E15）。
6.根据权利要求1所述的航天用口腔X射线影像装置，其特征在于，
所述变阻器（J）的最大电阻为10K，其一端接5V电压，一端接地。
7.根据权利要求1所述的航天用口腔X射线影像装置，其特征在于，
所述第三运算放大器（H3）的输出端通过第九电容器（F9）与第一运算放大器（H1）的输出汇聚后作为成形放大器的输出。
8.根据权利要求1所述的航天用口腔X射线影像装置，其特征在于，
所述第三运算放大器（H3）的正极接电压，负极通过第十五电阻（E15）与第一运算放大器（H1）的输出端相连。
9.一种航天用口腔X射线影像系统，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的航天用口腔X射线影像装置、无线发射装置和地面终端；
所述无线发射装置与所述的航天用口腔X射线影像装置连接，用于获取所述的航天用口腔X射线影像装置采集的X射线影像转化为无线电信号并发送至所述地面终端；
所述地面终端，用于接收所述无线发射装置发送的无线电信号，并将所述无线信号转化为X射线影像并显示。
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