朱東，路林吉

（1.上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院，上海 200240；2.蘇州智華汽車電子有限公司，江蘇 蘇州 215200）

X射線成像系統(tǒng)經(jīng)歷了膠片成像、計(jì)算機(jī)成像的發(fā)展過程，正在步入全面的數(shù)字化時(shí)代。目前市場上仍廣泛的應(yīng)用很多老舊的膠片成像系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)成像系統(tǒng)，如何低成本的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)升級具有滿足市場需求的重要意義。X射線成像系統(tǒng)的硬件主要構(gòu)成部分為X射線曝光單元及圖像采集單元，兩者基本各自占到系統(tǒng)硬件成本的50%。傳統(tǒng)的成像系統(tǒng)主要利用硬線接口實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)工作的交互，即通過控制臺對高壓發(fā)生器及影像增強(qiáng)器的控制，實(shí)現(xiàn)曝光及圖像采集的工作；另外傳統(tǒng)的成像系統(tǒng)主要通過網(wǎng)絡(luò)接口實(shí)現(xiàn)影像數(shù)據(jù)的傳輸。低成本的升級X射線成像系統(tǒng)需要滿足符合醫(yī)療法規(guī)的前提，所以必須做到不得對當(dāng)前的硬線接口進(jìn)行變更，通過將有線傳輸變?yōu)闊o線傳輸并將硬件同步變?yōu)樽詣佑|發(fā)的方式可以實(shí)現(xiàn)。

1 無線數(shù)據(jù)傳輸

傳統(tǒng)的X射線成像系統(tǒng)主要通過有線傳輸?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)圖像采集單元與控制臺的信號通信，并通過有線傳輸?shù)姆绞綄D像傳輸至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，但該過程中需要控制臺與圖像采集單元的物理連接。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，目前無線傳輸越來越廣泛的應(yīng)用于生活的方方面面，我們可以通過無線傳輸?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)圖像采集單元與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的圖像傳輸。在圖像傳輸過程中我們可以將平板探測器作為熱點(diǎn)，將計(jì)算機(jī)通過無線連接至平板探測器。其主要工作方式為計(jì)算機(jī)通過無線與平板探測器所建立的熱點(diǎn)進(jìn)行連接，然后通過計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)針對平板探測器的工作參數(shù)以及工作狀態(tài)的設(shè)定。

2 自同步觸發(fā)

傳統(tǒng)的X射線成像系統(tǒng)一般使用外部觸發(fā)的方式，但該曝光方式需要各個(gè)硬件功能單元的相互配合才能完成成像功能的實(shí)現(xiàn)，其功能示意圖如圖1所示。該工作模式需要通過手閘開關(guān)分別為曝光控制臺以及控制盒提供動作信號，鑒于醫(yī)療法規(guī)的要求，在產(chǎn)品功能升級時(shí)必須保持外部接口的一致性，故作為升級產(chǎn)品的平板探測器不允許有外部的硬線接口用于同步功能的實(shí)現(xiàn)，本文計(jì)劃用一種通過自同步觸發(fā)的探測器實(shí)現(xiàn)成像系統(tǒng)的低成本升級。

所謂的自同步觸發(fā)即為當(dāng)系統(tǒng)上電完成后，任一時(shí)刻對高壓發(fā)生器施加觸發(fā)指令，高壓發(fā)生器均允許曝光，而平板探測器無需接收來自控制盒的觸發(fā)工作指令，當(dāng)X射線達(dá)到探測器表面時(shí)，平板探測器自動感應(yīng)接收的X射線劑量，并執(zhí)行圖像采集動作，并將采集到的圖像傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)成像的功能。該模式下要求高壓發(fā)生器的二次曝光有一定的時(shí)間間隔，一般為1分鐘左右。

圖1 傳統(tǒng)成像系統(tǒng)的功能示意圖

實(shí)現(xiàn)自觸發(fā)功能的主要模塊我們將其定義為自同步單元。自同步單元主要包含有光電二極管、運(yùn)放處理單元、信號處理單元以及信號輸出單元。其功能示意圖如圖2所示。

圖2 自同步單元功能示意圖

光電二極管主要指的是能夠吸收可見光信號并將其電流信號的元件。本文選用的元器件為Vishay公司的TEMD5080X01，其能檢測到波長范圍為350至1100nm之間的光信號，探測角度為±65°，激發(fā)電流可以達(dá)到60μA。X射線透過探測器表面并經(jīng)過轉(zhuǎn)換介質(zhì)后，有一部分會轉(zhuǎn)化為可見光，一小部分仍以X射線的形式存在，光電二極管主要負(fù)責(zé)接收來自于各個(gè)角度方向的可見光信號并以電流信號的方式輸出。運(yùn)放處理單元主要包含有運(yùn)算放大器及其外圍電路。光電二極管輸出的信號為微弱信號，無法直接識別，需要通過運(yùn)放處理單元對信號進(jìn)行放大處理，并以模擬信號的方式輸出至信號處理單元。

本文選用的元器件為TI（Texas Instruments）公司生產(chǎn)的LMP7721，其具有較優(yōu)秀的性能參數(shù)以及廣泛的適用條件。自同步單元的運(yùn)放處理電路設(shè)計(jì)如下圖3所示。通過運(yùn)算放大器的工作原理可知Vout的輸出電壓為：

上式中表示的是光電二極管接收到光信號所激發(fā)的電流值的大小，R1、R2、R4分別表示電阻的阻值，VVCC表示的是運(yùn)放的供電電壓，本文所供電壓為3.3V。

信號處理單元主要包含有具有AD轉(zhuǎn)換功能的微處理器及其外圍電路。主要負(fù)責(zé)將接收的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并對數(shù)字信號進(jìn)行判定處理，即對圖3的輸出電壓Vout轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并進(jìn)行判定，濾除無效信號，并篩選出有效信號從而進(jìn)行相應(yīng)的處理后將判定結(jié)果通過信號輸出單元傳輸至平板探測器，通知其執(zhí)行圖像采集的相關(guān)動作。

圖3 自同步運(yùn)放處理電路設(shè)計(jì)

3 結(jié)語

通過無線傳輸以及自動觸發(fā)的方式可以實(shí)現(xiàn)DR成像系統(tǒng)的升級，且該方式大大節(jié)約了DR系統(tǒng)升級所需成本，有利于偏遠(yuǎn)以及落后醫(yī)療機(jī)構(gòu)的醫(yī)療水平的提高。

[1]https://baike.so.com/doc/6718054-6932100.html.

[2]http://www.vishay.com/docs/81643/temd5080.pdf.

[3]http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lmp7721.pdf.