CN203366135U - 医用x线机限束器控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种医用X线机限束器控制系统,在X线发射的光路上用两组可调节遮线铅板来限定焦点发射X射线的照射视野,其特征在于,包括PC机、单片机系统、摄像头、电机驱动电路、两个直流电机,摄像头安装在限束器出光口的外壳上,并使摄像头对准照射视野,摄像头接PC机,PC机输出指令通过RS232串口传送给单片机系统,单片机系统处理数据后,输出通过电机驱动电路控制限束器的纵向、横向两个直流电机正、反转,两个直流电机带动两组调节遮线铅板移动。使限束器的控制达到数字化,提高了控制精度,可以进行远距离操作以及可以简化医生的工作,提高工作效率;且电路体积较小,达到了节约的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种医用设备控制,特别涉及一种医用X线机限束器控制系统。
背景技术
限束器是医用X线机中安装在球管X射线出射口出(即管套窗口),用于遮挡X线散射线,减少X射线对病人的伤害,提高成像质量,把X射线的照射视野限制在所需的范围内的装置。又称束光器,是X射线诊断类机器必不可少的部分。常用于以下情况:(1)用在 X 射线治疗机中,当做对病变细胞照射治疗时,用以遮挡 X 射线,保护正常细胞不受射线的伤害;(2)在透视和摄影检查时,对非检查部位进行保护。在这两种情况下,都是通过限束器控制来调节 X 射线照射野的大小、形状和质量的。限束器控制照射视野(Field of View, FOV)模型如图1所示,焦点与铅板间的距离为A,焦点与成像面间的距离,即源像距(Focus Imaging Distance, FID)为B,遮线铅板的可调范围(横向或纵向长度)为a,射线经过遮线铅板的控制后,在成像面上照射出的范围(照射视野)b。这样就形成了两个相似的三角形,根据相似三角形的比例关系,满足: ,当A和B固定不变时,改a,就可以成比例地改变b。限束器的工作原理就是通过控制遮线铅板左右运动来改变a,从而间接地改变照射视野b。由于X射线不是可见光,不能直观地对病人受照射部位进行照射范围的确定。所以使用可见光代替X射线来确定照射视野。如图2所示,光源(可见光)模拟X射线(不可见光)照射野原理。根据镜面反射的原理,将反光镜放置在模拟光源与焦点的角平分线上。这样模拟光源照射出的可见光,经过反光镜反射后形成的照射视野,就是焦点发射X射线的照射视野。
传统X线机限束器的不足:(1)不能实时监控受检部位的情况。为减小医生的辐射剂量,医生给病人摆好体位后,要回到控制室进行曝光,因一些体位不适合长时间保持,如果病人的位置发生移动,而医生不能直观地看到直接进行拍摄,则拍摄的影像图片就会有伪影或者不在最佳拍片位置,导致医生对病灶的判断有困难;(2)手动旋转调整FOV时,机械误差大。医生在病床旁手动调整FOV时,有时用力大小不均,造成旋转时机械误差增加;(3)远程控制使用操控手柄,不能直接观察FOV大小,对受检者造成不必要的辐射,同时降低了医生工作效率,延长机器成本收回期。
发明内容
本实用新型是针对传统X线机限束器的不足问题,提出一种医用X线机限束器控制系统,可远距离操作,操作简便,控制精度高。
本实用新型的技术方案为:一种医用X线机限束器控制系统,在X线发射的光路上用两组可调节遮线铅板来限定焦点发射X射线的照射视野,包括PC机、单片机系统、摄像头、电机驱动电路、两个直流电机,摄像头安装在限束器出光口的外壳上,并使摄像头对准照射视野,摄像头接PC机,PC机输出指令通过RS232串口传送给单片机系统,单片机系统处理数据后,输出通过电机驱动电路控制限束器的纵向、横向两个直流电机正、反转,两个直流电机带动两组调节遮线铅板移动。
所述单片机系统与电机驱动电路之间有光电耦合开关进行隔离,光电耦合开关选MCT62。
所述通过直流电动机输出轴与遮线铅板上的扇型齿轮咬合,控制两组遮线铅板的运动方向。
本实用新型的有益效果在于:本实用新型医用X线机限束器控制系统,使限束器的控制达到数字化,提高了控制精度,可以进行远距离操作以及可以简化医生的工作,提高工作效率;且电路体积较小,达到了节约的目的。
附图说明
图1为限束器控制照射视野模型图;
图2为使用可见光代替X射线来确定照射视野示意图;
图3为本实用新型X线机限束器控制系统结构示意图;
图4为本实用新型X线机限束器控制系统框架图;
图5为本实用新型X线机限束器控制系统中单片机与MCT62连接电路图。
具体实施方式
如图3所示X线机限束器控制系统结构示意图,X线机限束器控制系统总体方案。计算机使用VB编写控制软件,通过Mscomm控件控制指令发送的短暂或连续,timer控件控制发送指令频率,使用API函数:cap Create Capture Window创建和显示视频窗口;点击界面上不同按钮,按钮对应的相应指令通过RS232串口传送给单片机系统,当单片机系统收到指令后进行相应处理,输出通过MCT62光耦隔离后控制限束器的纵向、横向2个直流电动机正、反转。通过直流电动机输出轴与遮线铅板上的扇型齿轮咬合,来控制两组遮线铅板的运动方向,就可以改变射线出射口的大小,既达到控制FOV的目的。在限束器出光口的外壳上安装摄像头,并使摄像头对准照射视野,模拟光形成的模拟照射视野就可以通过摄像头进行监视,监视数据送入计算机,监视画面在计算机控制软件的视频窗口实时显示。放射技师可以在给病人摆好拍片体位后,回到控制室,从软件界面根据监视画面上对限束器控制照射视野(FOV)进行调节,并能实时监控FOV变化情况。
如图4所示X线机限束器控制系统框架图,PC 机通过单片机的串口与单片机系统进行通信,单片机系统主要包括单片机、串口通信电路、PC 机串口通信软件和单片机的外围电路。其中单片机是电路系统的核心,负责接收上位机相关指令,并控制电路的工作状态。PC 机串口通信软件用于向下位机发送控制命令,并接受下位机数据,进而测试系统性能。串口通信电路是连接下位机与 PC 机的桥梁,是二者进行串口通信的基础。外围电路包括了模拟灯开关、电子开关等电路。
单片机系统中串口通信电路基于 RS-232 接口标准,使用DB-9连接器,采用AVR 单片机的通用同步/异步串行接收/发射器 USART(Univer-sal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter)进行串口通信电路的设计。通过自制芯片形状、引脚、分装等,制作出了电路原理图和PCB板图,加工出的PCB板在经过多次改进后,达到了电路要求的各技术指标,即可以实现远程控制的目的。
MCT62是光电耦合开关。当内部二极管导通时,二极管有压降产生光耦,对应的三极管导通(三极管集电极须接保护电阻RL);内部二极管截止时,对应的三极管也截止。使用光耦控制三极管的导通截止,避免了开关直接接触,起到隔离作用和开关作用。由于电机的工作电压为24V,如果用单片机直接驱动电机,会产生较大的灌电流,损坏单片机,为确保单片机安全工作,根据MCT62的特性,单片机通过控制MCT62的通断,来控制电机的工作。单片机与MCT62连接电路如图5所示。
基于所设计的串口通信电路和串口通信测试软件,搭建实验平台,进行系统测试。先使用串口调试助手设置串口参数,并向下位机发送控制命令,通过串口调试助手可以实现的功能包括发送接受16进制数、字符串、传输文件、搜索出空闲串口等。
使用Visual Basic编写操作软件,可设计四个按钮分别控制照射视野FOV的长、短、宽、窄,其指令分别对应横向电机的正转、反转,纵向电机的正转、反转。按钮中间区域显示当前FOV的大小,右边的视频窗口用于显示摄像系统传回的视频信号,摄像系统安装在限束器的下部窗口边缘,用于监测模拟光投射到病人身上的范围。以便医生远程隔室对所需照射范围进行调节。
程序设计思路为,运用点击Command 控件,通过MSComm控件发送信号。当MouseDown事件发生时,产生一条指令,程序把对应指令发送给单片机;当MouseUp事件发生时结束指令的发送。发送指令频率由程序中的timer控件控制,timer控件随着MouseDown和MouseUp事件启动和停止。它控制信号时间能精确到ms,因此能准确控制照射野范围。
MSComm控件还用于接收单片机的反馈信号,限束器的开合状态通过电位器测量后,经单片机转换成数字信号,再传回计算机,由MSComm控件接收。对接收的数据进行相应处理,使其对应某一确定整数值,再将此数值在软件界面中实时显示。
设定MouseUp和MouseDown事件发送信号就可以通过点击Mscomm控件的长短来控制发送短暂或长时间连续的信号。发送指令频率由程序中的timer控件控制,能将控制信号时间精确到ms。
单片机收到指令进行相应处理后,控制限束器的纵向、横向2个直流电机正、反转,2个电机分别带动与其相咬合的大齿轮旋转,大齿轮与遮线铅板通过支架连接,这样大齿轮旋转就可以带动两个遮线铅板同时张开或闭合。分别控制两组遮线铅板的运动方向,就可以改变射线出射口的大小,从而达到控制射线照射范围的目的。
参数设置为:波特率:19200;数据位:8;停止位:1;使用16进制发送串口数据,串口为检查串口线所连接到计算机COM口,在发送窗口输入00/01/10/11等控制指令并发送。下位机开始工作,上位机周期性发送数据给下位机也周期性接收来自下位机的数据。通过测试,系统工作稳定,即PC 机与单片机之间能够进行正常的串口通信。在团队自己设计的控制软件上进行测试,控制软件界面的4个按钮分别控制照射野的窄,宽,长,短。操作者通过点击这4个按钮给单片机发送不同指令,如点击“narrow”,则通过串口发送“0x00”给单片机,单片机接收到此信号后,控制纵向电机的正转,如前所述。以此达到控制的照射野的目的。
本实用新型能使限束器的控制达到数字化,提高了控制精度,可以进行远距离操作以及可以简化医生的工作,提高工作效率;且电路体积较小,达到了节约的目的。实现了基于AVR单片机进行PC机与下位机之间的串口通讯,达到了通过RS-232串口接收PC机发送的指令并进行相应处理,去控制相应的外围电路工作,控制限束器工作的目的;通过使用Protel 99SE软件制作电路图和PCB板,经过多次改进制板,对电路功能和各技术指标的测试,以及系统调试等,描述了在VB界面中嵌入摄影技术并且利用串口通信与下位机实现通讯,达到了上位机远程操控的效果。最后实现在自制软件上点击不同按钮则对应的电机旋转的技术指标,达到了预期目的。可供临床实际应用,亦可作为教学仪器使用。通过对设计的不断更新,有望实现语音控制、X线机片规精确定位、自动识别源像距以及人机交换智能控制等功能。
Claims (3)
1.一种医用X线机限束器控制系统,在X线发射的光路上用两组可调节遮线铅板来限定焦点发射X射线的照射视野,其特征在于,包括PC机、单片机系统、摄像头、电机驱动电路、两个直流电机,摄像头安装在限束器出光口的外壳上,并使摄像头对准照射视野,摄像头接PC机,PC机输出指令通过RS232串口传送给单片机系统,单片机系统处理数据后,输出通过电机驱动电路控制限束器的纵向、横向两个直流电机正、反转,两个直流电机带动两组调节遮线铅板移动。
2.根据权利要求1所述医用X线机限束器控制系统,其特征在于,所述单片机系统与电机驱动电路之间有光电耦合开关进行隔离,光电耦合开关选MCT62。
3.根据权利要求1所述医用X线机限束器控制系统,其特征在于,所述通过直流电动机输出轴与遮线铅板上的扇型齿轮咬合,控制两组遮线铅板的运动方向。
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