丁洪斌

遼寧省醫(yī)療器械檢驗(yàn)所，沈陽(yáng)市，110179

0 引言

由于醫(yī)療X射線診斷機(jī)采用的是間歇加載連續(xù)工作模式，即X射線診斷機(jī)未加載時(shí)系統(tǒng)荷載部件處于非工作狀態(tài)。電磁兼容（EMC）要求在進(jìn)行EMC測(cè)試時(shí)X射線診斷機(jī)處在工作狀態(tài)?，F(xiàn)常用的方法是人工控制兩個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。由于電磁兼容（EMC）測(cè)試系統(tǒng)為自動(dòng)測(cè)試過(guò)程，人工控制的做法導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果重現(xiàn)的概率不到50%，且測(cè)試過(guò)程趨于復(fù)雜，增加了測(cè)試時(shí)間、測(cè)試人員的操作量、數(shù)據(jù)記錄量等，對(duì)用戶及檢測(cè)機(jī)構(gòu)均有不同程度損失。

1 同步控制技術(shù)

電磁兼容測(cè)試由測(cè)試系統(tǒng)和被測(cè)產(chǎn)品構(gòu)成。測(cè)試系統(tǒng)硬件由接收機(jī)、天線、轉(zhuǎn)臺(tái)和天線塔控制器等構(gòu)成，系統(tǒng)中的測(cè)試軟件是標(biāo)準(zhǔn)控制模型，測(cè)試時(shí)被測(cè)產(chǎn)品水平方向360o旋轉(zhuǎn)，測(cè)試天線在垂直位置(1～4) m移動(dòng)，整個(gè)測(cè)試是一個(gè)連續(xù)自動(dòng)的控制過(guò)程。

X射線診斷機(jī)要求在這種測(cè)試條件下工作，由人工控制“手閘”曝光完成全部測(cè)試。

目前各EMC系統(tǒng)軟件商對(duì)醫(yī)療行業(yè)的這種專業(yè)需求沒(méi)有適用產(chǎn)品，X射線診斷機(jī)這種專業(yè)的工作模式在產(chǎn)品類別中具有一定代表性，EMC系統(tǒng)軟件功能與X射線診斷機(jī)這種間歇加載連續(xù)工作方式極大的影響了產(chǎn)品測(cè)試，增加了測(cè)試結(jié)果重現(xiàn)的難度。

通過(guò)對(duì)兩個(gè)系統(tǒng)工作狀態(tài)分析，聚焦在如何將人工控制X射線診斷機(jī)曝光過(guò)程與電磁兼容測(cè)試系統(tǒng)結(jié)合在一起并實(shí)現(xiàn)同步控制上。

2 EMC測(cè)試同步控制設(shè)計(jì)

現(xiàn)行的EMC測(cè)試軟件不支持被測(cè)設(shè)備控制功能，在EMC測(cè)試軟件中增加相關(guān)聯(lián)動(dòng)控制設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)的核心之一?！笆珠l”控制裝置是控制X射線機(jī)工作的一個(gè)核心部件。

2.1 X射線機(jī)工作條件確定

X射線機(jī)按與網(wǎng)電源的連接方式分類有永久性安裝型：CT機(jī)、胃腸檢查X射線機(jī)、心血管檢查X射線機(jī)；非永久性安裝型：牙科診斷X射線機(jī)。按設(shè)備的固定方式分類有固定安裝式：懸吊式的X射線攝影設(shè)備；移動(dòng)式：床旁邊式X射線攝影設(shè)備。

EMC測(cè)試需要按產(chǎn)品類別選擇X射線機(jī)的基礎(chǔ)加載條件，按照X射線管組件的最大連續(xù)熱耗散值來(lái)進(jìn)行設(shè)定。按X射線球管工作特性曲線及球管組件工作特性曲線最大功率點(diǎn)設(shè)置曝光參數(shù)，確保曝光過(guò)程與EMC軟件同步工作。

球管組件工作條件設(shè)置依據(jù)：IEC60613-2010醫(yī)療診斷用X射線管組件的電氣和負(fù)載特性，如圖1所示。

考慮X射線是在曝光瞬間完成的特點(diǎn)，將X射線機(jī)選取3組典型設(shè)置，這樣在X射線曝光條件下可獲得EMC測(cè)試騷擾最大值。

2.2 同步控制軟件設(shè)計(jì)

在標(biāo)準(zhǔn)EMC測(cè)試系統(tǒng)軟件的控制程序及操作界面中增加如下設(shè)計(jì)：

圖1 150 kVA X射線球管工作特性曲線Fig.1 150 kVA X-ray tube operating characteristic curve

(1) X射線機(jī)曝光參數(shù)設(shè)置；

(2) X射線機(jī)曝光過(guò)程控制；

(3) X射線機(jī)曝光同步EMC測(cè)試；

(4) X射線機(jī)急停控制；

(5) 結(jié)束曝光控制返回測(cè)試通用模式。

X射線機(jī)曝光控制軟件程序及操作界面嵌入到EMC測(cè)試軟件程序后，EMC測(cè)試軟件按標(biāo)準(zhǔn)GB 4824-2004要求分別讀取：測(cè)試限值設(shè)置、軟件功能設(shè)置和X射線機(jī)曝光自動(dòng)“手閘”控制裝置設(shè)置，程序完成按X射線機(jī)要求的測(cè)試。

2.3 同步控制流程

EMC測(cè)試及X射線機(jī)曝光同步控制流程如圖2所示：

圖2 EMC測(cè)試及X射線機(jī)曝光同步控制流程圖Fig.2 EMC testing and X-ray machine exposure synchronization control flowchart

EMC測(cè)試軟件嵌入X射線機(jī)曝光控制功能后，EMC測(cè)試及X射線機(jī)曝光兩個(gè)獨(dú)立軟件流程得到同步控制，即：X射線機(jī)啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極曝光同時(shí)EMC系統(tǒng)完成測(cè)試并記錄。聯(lián)動(dòng)的測(cè)試過(guò)程沒(méi)有人工干涉，測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)了EMC記錄的任意復(fù)現(xiàn)。

2.4 EMC測(cè)試系統(tǒng)增加的硬件

硬件部分由“手閘”控制裝置及接口構(gòu)成。

2.4.1 “手閘”控制裝置設(shè)計(jì)

控制要求：模擬人工加載曝光控制過(guò)程；

(1) 功能及要求設(shè)計(jì)

行程范圍：0～30 mm；

模擬手指：帶壓力傳感器的行程觸頭，直徑15 mm；

異常保護(hù)：觸頭壓力大于18 N時(shí)行程控制自動(dòng)停止，并返回原點(diǎn)；

復(fù)位控制：返回原點(diǎn)；

運(yùn)行檢查：按“模擬運(yùn)行”驗(yàn)證運(yùn)行設(shè)置，測(cè)試保存的設(shè)置；

曝光：模擬人工加載曝光控制；

記憶功能：10組手閘型號(hào)

傳輸方式：GPIB或RS 232；

供電方式：電池（12 V DC）；

充電功能：220 V AC。

(2)“手閘”控制裝置流程

“手閘”控制裝置流程如圖3所示：

圖3 “手閘”裝置控制流程圖Fig.3 Handbrake device control flowchart

常用機(jī)型控制：按X射線機(jī)曝光要求在單片機(jī)寄存器內(nèi)存儲(chǔ)了10組固定設(shè)置，在“手閘”控制裝置的操做面板讀取這些設(shè)置，“手閘”控制裝置通過(guò)遠(yuǎn)程同步完成了X射線機(jī)曝光過(guò)程。

任意機(jī)型設(shè)置：在“手閘”控制裝置操作面板直接輸入新的曝光參數(shù)并保存。

“手閘”控制裝置的驗(yàn)證：在操作面板讀取任意程序，按“測(cè)試”鍵，可直接測(cè)試控制裝置的運(yùn)行情況。

“手閘”控制裝置內(nèi)的單片機(jī)及控制電路從芯片選擇到PCB設(shè)計(jì)充分考慮了電磁騷擾對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響，控制裝置整機(jī)測(cè)試結(jié)果30 MHz～1000 MHz范圍內(nèi)最大輻射騷擾值均低于標(biāo)準(zhǔn)GB 4824要求15 dBμV以上。

(3) 控制裝置的電路部分

STC90C51單片機(jī)及外圍電路、步進(jìn)電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、壓力傳感器、薄膜鍵盤(pán)及USB接口控制器等。

圖4 “手閘”執(zhí)行機(jī)構(gòu)流程圖Fig.4 Handbrakeexecutive flowchart

(4) 控制裝置的機(jī)械部分

“手閘”固定裝置、渦輪蝸桿傳動(dòng)裝置、壓力觸發(fā)裝置等。

“手閘”執(zhí)行機(jī)構(gòu)流程如圖4所示。

2.4.2 系統(tǒng)接口及信號(hào)傳輸

端口轉(zhuǎn)換器，端口轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)采用的是USB/RS485光纖轉(zhuǎn)換器，計(jì)算機(jī)側(cè)的信號(hào)經(jīng)USB接口轉(zhuǎn)接至光纖收發(fā)器，控制指令通過(guò)光纖傳輸至“手閘”控制裝置?！笆珠l”控制裝置用計(jì)算機(jī)的USB接口完成了高速RS-232/485端口的數(shù)據(jù)通訊。

通過(guò)光纖傳輸轉(zhuǎn)換器再還原的信號(hào)，“手閘”控制裝置按測(cè)試軟件發(fā)出的同步指令執(zhí)行相應(yīng)的曝光操作。

由于傳輸是光信號(hào)不存在導(dǎo)電性，光纖在電波暗室內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生額外的騷擾且有很強(qiáng)的抗騷擾能力。

3 總結(jié)

X射線診斷機(jī)在EMC測(cè)試中的同步控制在測(cè)試及控制全過(guò)程實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)臺(tái)、天線及被測(cè)設(shè)備的聯(lián)動(dòng)循環(huán)控制。EMC軟件在同步控制狀態(tài)下采集X射線機(jī)工作數(shù)據(jù)完成QP、AV測(cè)試，記錄匯集了全部的數(shù)據(jù)，任意點(diǎn)的結(jié)果經(jīng)重復(fù)標(biāo)定數(shù)據(jù)即可復(fù)現(xiàn)。

過(guò)程設(shè)計(jì)特點(diǎn)是EMC整個(gè)測(cè)試過(guò)程聯(lián)動(dòng)了X射線機(jī)。測(cè)試控制過(guò)程不改變產(chǎn)品出廠原始狀態(tài)，測(cè)試的每一個(gè)過(guò)程均包括X射線管的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極預(yù)熱、X射線機(jī)曝光的全過(guò)程。一次相對(duì)位置確定后直接進(jìn)行QP、AV測(cè)試，測(cè)試結(jié)束后數(shù)據(jù)自動(dòng)處理成符合要求的記錄，極大地保持了數(shù)據(jù)的完整性和數(shù)據(jù)的可重復(fù)性，減少了操作人員的繁瑣控制，提高了測(cè)試質(zhì)量和效率。

兩個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了同步自動(dòng)控制，避免了X射線機(jī)測(cè)試時(shí)需要有人要在電波暗室中操作的過(guò)程，使測(cè)試更安全。