蔡雅玲 黃向東 洪范宗* 田君鵬 陳 浩 王明昭

醫(yī)用X射線機是利用X射線透過人體形成各種影像，而對患者進行診斷的設(shè)備[1-2]。X射線機在為患者拍片時，操作者日積月累也或多或少受到輻射，為防止X射線對操作人員及患者的傷害，必須加強防護措施，盡量減少輻射[3-5]。

移動X射線機的現(xiàn)有曝光控制方法有2種：①紅外控制。無延時功能，必須在操作人員視野范圍之內(nèi)按下按鍵，遠距離對準(zhǔn)較難；②腳閘、手閘控制，有線連接，遠距離時需要延長腳閘、手閘控制線[6-9]。本研究設(shè)計的移動X射線機便攜無線延時曝光控制器將克服上述方法的缺點，以減少X射線對醫(yī)護人員以及患者的傷害，加強X射線防護，更安全、更人性化地實現(xiàn)X射線機的控制。

1 移動X射線機便攜無線延時曝光控制器系統(tǒng)設(shè)計

移動X射線機便攜無線延時曝光控制器設(shè)計可實現(xiàn)的功能有：X射線機延時曝光、延時時長可調(diào)、延時時長可記憶、可及時終止動作、電池供電、無需外接電源線、低壓報警以及遠程遙控等；9 V電池通過穩(wěn)壓電路向主控芯片供電；無線收發(fā)器實現(xiàn)裝置的遠程操作；按鍵操作實現(xiàn)系統(tǒng)延時設(shè)置，所設(shè)數(shù)據(jù)會由數(shù)碼管顯示，并被寫入EEPROM存儲；主控芯片讀取EEPROM所記錄的數(shù)據(jù)，并作對應(yīng)的繼電器延時控制；同時主控芯片全程進行低壓監(jiān)測，當(dāng)主控芯片的輸入電壓低于門限電壓時，裝置開啟低壓報警。此處兩個繼電器分別代替X射線機的兩個手閘控制，繼電器1與預(yù)熱手閘控制線相連接，繼電器2與曝光手閘控制線相連接，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 無線延時曝光控制器系統(tǒng)框圖

2 移動X射線機便攜無線延時曝光控制器硬件結(jié)構(gòu)

2.1 主控芯片

本設(shè)計選擇寬電壓、低功耗的STC15W404S作為主控芯片(簡稱STC芯片)。該芯片工作電壓為2.5～5.5 V，芯片內(nèi)部集成高精度R/C時鐘，無需外部晶振，還可對外輸出時鐘；芯片引腳數(shù)為28，有利于裝置后期功能擴展。

STC芯片有一組可靠的內(nèi)部低壓檢測門檻電壓，利用其實現(xiàn)裝置的低壓監(jiān)測，當(dāng)電池電量不足時，自動報警。設(shè)置允許芯片進入低壓檢測中斷，將低壓檢測允許位置于1，同時將低壓檢測標(biāo)志位置于0，當(dāng)芯片工作電壓Vcc低于低壓檢測門檻電壓后，低壓檢測中斷標(biāo)志位被硬件置于1，裝置進入低壓狀態(tài)，產(chǎn)生低壓檢測中斷，蜂鳴器報警。

2.2 無線收發(fā)模塊

無線收發(fā)模塊的發(fā)送端為遙控器，按鍵按下信號發(fā)出。無線收發(fā)模塊的接收端為解碼接收板，其采用LC振蕩電路，內(nèi)含放大整形，接收靈敏度為-98 dB，其工作電壓為3～5 Vdc，可見穩(wěn)壓電路輸出電壓可以滿足其工作需求。解碼接收板的VT引腳與STC芯片引腳P2.2連接，VT腳為無線遙控信號的輸出腳。當(dāng)控制器處于待機狀態(tài)時，STC芯片接收到VT腳高電平信號，表明接收到無線遙控信號，控制器進入工作狀態(tài)，定時器開啟，延時計時開始；控制器已經(jīng)開始進入工作狀態(tài)，但未進入曝光期時，STC芯片接收到遙控信號，控制器立即全面停止工作，回到待機狀態(tài)。無線收發(fā)模塊的運用，可達到信號穩(wěn)定且無冗余線路，安全可靠。

2.3 穩(wěn)壓電路

本設(shè)計選用9 V電池作為供電電源，無需外接電源，而STC芯片及其他主要裝置輸入電源均約為3.3 V，故此處選擇ASM1117-3.3穩(wěn)壓器，可將9 V穩(wěn)壓到3.3 V，滿足裝置電壓要求，其穩(wěn)壓電路如圖2所示。

圖2 無線延時曝光控制器穩(wěn)壓電路圖

2.4 調(diào)時按鍵

控制器需要有一個精準(zhǔn)的計時，才能保證控制器準(zhǔn)確實現(xiàn)既定的動作。其中，自遠程遙控按下到繼電器1吸合中間有一段延時時間，該延時的默認(rèn)時長為3 s，操作人員可以在這段時間內(nèi)遠離X射線機的操作環(huán)境。隨著移動X射線機操作環(huán)境的改變，操作人員需根據(jù)具體條件進行延時時長的調(diào)整。此處有兩個按鍵可對延時進行延長或縮短的調(diào)整，即調(diào)即存，待下次使用或控制器重啟，該數(shù)值保持上次調(diào)節(jié)值不變。

3 移動X射線機便攜無線延時曝光控制器軟件設(shè)計

裝置開啟并初始化，STC芯片讀取EEPROM中延時a的數(shù)值(默認(rèn)值為3 s)，醫(yī)護人員根據(jù)周圍環(huán)境條件及具體情況等延長或縮短延時a，a值經(jīng)修改之后覆蓋原值并重新寫入EEPROM存儲，裝置掉電重啟，設(shè)置值不變。STC芯片開始掃描無線遙控信號，當(dāng)遙控按鍵按下，STC芯片接受到高電平，定時器開始計時，延時a的數(shù)值，繼電器1吸合，X射線管開始預(yù)熱，預(yù)熱3 s之后，繼電器2吸合，開始曝光，曝光時長為1 s，1 s之后繼電器1、2關(guān)閉，系統(tǒng)再次進入掃描無線遙控狀態(tài)。此外，在遙控按下之后繼電器2吸合之前，醫(yī)護人員若發(fā)現(xiàn)患者位置發(fā)生偏差、需要調(diào)整的時候，可重新按下遙控按鍵，STC芯片接收到信號之后立即停止動作，待患者位置調(diào)整好之后，重新按下遙控按鍵，控制器重新進入工作狀態(tài)，其系統(tǒng)流程如圖3所示。

圖3 無線延時曝光控制器系統(tǒng)流程圖

4 實驗測試結(jié)果

基于Altium Designer平臺設(shè)計控制器電路及印刷電路板(printed circuit board，PCB)，樣板大小為50 mm×50 mm。測試實驗中用綠、紅發(fā)光二極管分別表示預(yù)熱、曝光功能，設(shè)置延時a值為3 s。無線遙控按鍵按下，蜂鳴器發(fā)聲2 s提示接收到信號，延時3 s之后，繼電器1吸合，綠色發(fā)光二極管亮起，表示開始預(yù)熱；預(yù)熱開始3 s之后繼電器2吸合，紅色發(fā)光二極管亮起，表示開始曝光；曝光1 s之后，預(yù)熱曝光結(jié)束，繼電器關(guān)閉，數(shù)碼管熄滅，蜂鳴器發(fā)聲5 s提示曝光結(jié)束，實物及其測試如圖4所示。

圖4 無線延時曝光控制器實物圖

遙控器按鍵按下，控制器進入工作狀態(tài)，無外界突發(fā)情況下，2個繼電器依照延時設(shè)定相繼吸合，完成一次曝光任務(wù)后，繼電器同時斷開，控制器回到待機狀態(tài)，工作時序如圖5所示。

圖5 無線延時曝光控制器曝光流程時序圖

遙控器按鍵按下，控制器進入工作狀態(tài)，開始延時倒計時，在繼電器2吸合之前，如果發(fā)生特殊情況，如患者偏離正確位置，或者是發(fā)現(xiàn)X射線機附近有其他人員等現(xiàn)象，此時可再次按下遙控器按鍵，裝置將立即停止所有工作，回到初始待機狀態(tài)，等再一次檢測到無線遙控信號，控制器重新開始動作流程，其時序如圖6所示。

圖6 無線延時曝光控制器中斷流程時序圖

設(shè)置STC芯片門限電壓為3.32 V，且允許低壓檢測中斷。利用電壓源微調(diào)輸入電壓，當(dāng)電壓小于門限電壓值時，控制器進入低壓檢測中斷，蜂鳴器持續(xù)報警，待電壓高于門限電壓，蜂鳴器停止報警，此時裝置可正常工作，故經(jīng)檢測該裝置低壓檢測報警功能準(zhǔn)確有效，其低壓設(shè)置如圖7所示。

圖7 無線延時曝光控制器低壓設(shè)置界面圖

5 結(jié)語

X射線機的安全使用和X射線的防護是一項長期的工作，不但要注意患者的防護，同時也要注重操作人員個體和集體的共同防護。本研究設(shè)計的便攜式X射線機遠程控制延時曝光裝置體積小、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、操作方便、性能可靠以及便于安裝，能有效實現(xiàn)操作者X射線防護，為醫(yī)護人員提供安全的操作環(huán)境，提高其安全感，也是提高醫(yī)療效果的重要因素之一。