專利名稱:X光拍照呼吸控制自動曝光儀的制作方法
x光拍照呼吸控制自動曝光儀屬于醫(yī)用x光機拍照曝光自動控制裝置，可并聯在x光機手控曝光開關上，對機器原有性能及功能均無影響。
并聯此裝置后，操作員可不必手動控制曝光起始時刻，而由此裝置從被拍照的病患者身上獲取呼吸信號，經過本裝置處理后，自動發(fā)出命令，從而實現在拍胸片時，選取由吸轉呼的瞬間，在拍腹片時，選取由呼轉吸的瞬間，令x光機立即曝光。這樣拍成的x光片，必定為典型的吸氣相或呼氣相片子，比現在手控曝光拍照的x光片成功率高、典型性好。
據查新所知，至目前為止，尚未發(fā)現有關文獻和專利報導此項技術。在實際調查中，得知北京各大、中、小醫(yī)院所使用的從美、日以及西歐、東歐諸國進口的x光機(包括80年代最新進口機器)或國產x光機，均無這種自動曝光控制裝置，一律為手控曝光。拍照時要求被照病患者與操作員相配合，聽從其吩咐“吸一口氣，憋住不動”?；蛘摺昂舫鰵?，憋住不動?！辈僮鲉T趁此時刻，立即按下曝光開關，完成拍照。
但對無法聽從操作員指揮的病患者拍照，操作員只能透過鉛玻璃窗口，觀察數米以外被照患者的呼吸狀態(tài)，憑工作經驗選擇最佳曝光時刻，通過手按開關進行曝光。顯然這種憑工作經驗的操作方式，難以準確掌握最佳曝光時刻，不可能每片都拍成典型的吸氣相或呼氣相。對于工作經驗尚不豐富的新操作員，掌握最佳曝光時刻困難尤為突出。本發(fā)明就是解決這個問題的自動控制裝置。特別適用于嬰幼兒、聾啞人及昏迷的重病患者，由呼吸控制自動拍攝x光照片。
使用本裝置能避免重拍x光片造成的人力物力浪費，以及重拍貽誤的診斷時間，亦使被照病患者免受又一次x光輻射的損害。
典型的吸氣相或呼氣相的x光照片，有利于對疾病的迅速準確診斷，同時對閱片醫(yī)生醫(yī)術水平的要求可相對降低。因此本自動控制裝置對廣大中小醫(yī)院或工作經驗尚不豐富的醫(yī)生及x光拍照操作員，有幫助提高醫(yī)療質量的作用。
本發(fā)明的基本結構簡述如下。以壓電材料作為接收呼吸信號的敏感元件，構成呼吸傳感器。以結型場效應晶體管作成電壓跟隨器，進行阻抗變換，將高輸出阻抗的壓電呼吸傳感器與運算放大器相連。運算放大器將呼吸信號進行放大，放大后的呼吸交變信號，通過一個獨特網絡，變換為與呼吸信號同頻而相位相同或相反的矩形波信號，矩形波的前后沿正好對應呼吸的轉折點。利用矩形波的前后沿進行計數，并觸發(fā)雙穩(wěn)態(tài)電路，使與x光機手控曝光開關并聯的繼電器常開點吸合，推動x光機曝光，從而實現x光拍照呼吸控制自動曝光。
以下將給出一個具體實施例，并結合附圖對發(fā)明作進一步的詳細說明。
本裝置的電原理圖如附圖所示，現參照該圖分述如下1.獲取呼吸信號的傳感器是一片壓電蜂嗚器片(壓電拾音器片亦可，實驗表明壓電蜂嗚器片更適用)。拍照時，將壓電傳感器的金屬電極面，以不接觸的方式對準患者的鼻孔，呼吸時氣流壓力的變化，使傳感器產生一個隨呼吸變化的電壓信號，送往后面的電子線路中。
2.實用裝置上的壓電蜂嗚器片，安裝在金屬殼體支架上，接觸面要求平整緊密，利于熱傳導，以保證良好的散熱。因為人呼出的氣體帶有一定熱量，避免壓電蜂嗚器片受熱變形，影響壓電信號。
3.壓電蜂嗚器片輸出阻抗高，用一級結型場效應管BG1作成跟隨器，與單端電源運算放大器324-1相連接。為了工作穩(wěn)定和適當進行增益自動控制，BG1設計在高深度電壓負反饋下工作，要求電阻R4≈(3-4)R5。各級靜態(tài)工作點在附圖中已標出。
4.人的呼吸頻率只有0.3～0.5赫芝，壓電蜂嗚器片的超低頻特性不太好，且有低頻電滯現象，在電路設計中，對R3這個電阻的阻值選擇一定要適度，一般取MΩ數量級。線路工作于超低頻，級間采取直接偶合。
5.經第一級阻抗變換后，信號從電阻R5上取出，送至單端電源運算放大器324-1進行放大。
6.由單端電源運算放大器324-1、二極管D1和D2、電容器C1、結型場效應對管BG2、BG3、電阻R11、電位器W、雙刀雙擲開關SN以及電壓比較器324-2組成一個獨特的網絡，這是本發(fā)明電子線路的核心。D1和D2選用2AK管，因二極管D上有壓降，故設置電位器W，利用其中間抽頭與BG2的S極之間的電壓，補償掉二極管D上的壓降。在調靜態(tài)工作點時，將電位器W中間抽頭的電位值，從高往低調整，逼近而略高于R11上端的電位值。將這兩點的電位差，經過雙刀雙擲開關SN，送至電壓比較器324-2的十、一極輸入端進行比較。使其輸出處于高電平。同理，當雙刀雙擲開關SN轉換到另一位置時，電壓比較器324-2則處于低電平。當超低頻交變呼吸信號輸入這個網絡時，就可變換成與呼吸信號同頻同相或同頻反相的矩形波信號輸出。矩形波的前后沿正好對應呼吸信號中由呼轉吸或由吸轉呼的轉折點。以此矩形波的前后沿計數和觸發(fā)雙穩(wěn)態(tài)電路，就可保證x光機啟動曝光的瞬間，正是由吸轉呼或由呼轉吸的最佳曝光時刻。
這個網絡中元器件較少，參數適當，避免了低頻電路中，通常使用大容值大體積電容器等元器件。
7.拍攝的x光照片是典型性吸氣相還是呼氣相，由附圖所示的雙刀雙擲開關SN兩檔轉換來實現，也就是將隨后所接的電壓比較器324-2的十、一極倒換一下即可。
8.將電壓比較器324-2輸出的與呼吸信號變化同步、相位相同或相反的矩形波，送至通用的BCD十進制計數譯碼電路，拍照時，按下附圖所示的按鈕AN1，則一方面x光機開始預熱(約需0.8～1秒);另一方面計數電路由置零狀態(tài)轉為計數狀態(tài)。當呼吸三次時(根據使用試驗選三次較合適，也可選更多或更少的次數)，BCD十進制計數譯碼電路第三輸出端輸出一個負脈沖，將R-S觸發(fā)器觸發(fā)翻轉，輸出高電平，三極管BG4導通，小型快速直流繼電器J與x光機手控曝光開關并聯的那一組常開點吸合，x光機立即曝光。通過繼電器使本裝置內部的電子線路與x光機進行電隔離，當繼電器吸合時能推動x光機曝光。
與曝光同時，繼電器J的另一組常開點吸合，將電源接至用壓電訊響器做成的曝光訊響器LB上，發(fā)出響聲，告知操作員已經曝光。
9.因為這種拍照方式是在呼吸動態(tài)中進行的，曝光過程所用的時間不允許太長，一般不得長于0.1秒，所以儲能濾波電容器C3和C4不宜選擇太長，一般選470～1000μF。否則即使可控硅SCR已關斷，干電池電源已停止供電，但整機電路仍可由C3和C4供電較長時間，使曝光時間過長，這是動態(tài)(呼吸運動)拍照所不允許的。
10.本裝置還設計了一個監(jiān)視呼吸狀態(tài)的輔助電路，如附圖下部的電路圖所示。其單端電源運算放大器324-3輸出端接一支紅色發(fā)光管LED，此發(fā)光管的閃爍是與被拍照患者的呼吸同步的。把這個紅色發(fā)光管LED引到操作臺前，操作人員不必透過防護鉛玻璃窗口觀察被照患者，只要就近觀察發(fā)光管LED的閃爍，就可知道患者的呼吸狀態(tài)。一旦曝光完畢，發(fā)光管LED亦熄滅。這個輔助電路雖不是自動控制電路的必須電路，但它的設置，改善了操作人員觀察病患者呼吸的條件，是當前x光機使用條件的一大改善。
11.這個裝置中還設計了一個自動關機節(jié)電網絡，參見附圖右上部。它由單向可控硅SCR、電阻R16、按鈕AN2、儲能電容器C4及繼電器J的一組常閉點構成。9V干電池電源正端，通過繼電器J的常閉點接至可控硅SCR的陽極，當按一下按鈕AN2，可控硅SCR被觸發(fā)導通，整機上電。在曝光過程中，繼電器J的常閉點斷開，可控硅SCR由于電容器C4儲能，陰陽極反向偏置，由導通轉為關斷。曝光完畢后，繼電器J的常閉點又接通，但可控硅SCR已關斷，若不再一次觸發(fā)，則不會導通。因此每曝光一次之后，整機必斷電，使干電池用電十分節(jié)省。
12.本裝置用干電池作電源，不引用220V交流電，使操作員和被照患者絕無觸電危險，又因全機用電量很小，所以使用干電池安全、經濟、方便。
權利要求
1.由呼吸傳感器配合電子線路和繼電器，組成的X光拍照呼吸控制自動曝光儀，其特征是(a)傳感器以壓電材料作為感受呼吸信號的敏感元件；(b)電子線路中有一個獨特的網絡，能將超低頻交變呼吸信號，轉換為同頻同相或同頻反相的矩形波信號，其前后沿與呼吸信號中由吸轉呼或由呼轉吸的轉折點相對應；(c)電子線路的輸入級具有阻抗變換及深度電壓負反饋功能；(d)本裝置中采用繼電器，將裝置內部的電子線路與X光機進行電隔離，當繼電器吸合時能推動X光機曝光；(e)電子線路設計了監(jiān)視呼吸狀態(tài)的輔助電路；(f)電子線路中有一個自動關機節(jié)電網絡；(g)電子線路以干電池供電，避免引用220V交流電源。
2.按權利要求
1所述的裝置，其特征是傳感器中的壓電元件，安裝在金屬殼體支架上，接觸面要求平整緊密，利于熱傳導。
3.按權利要求
1所述的裝置，其特征是有一個獨特電子網絡，構成如下(a)一個單端電源運算放大器，它的輸出端接兩支正負極性反向并聯的二極管，再與一個電容器串聯，電容器負端接地;(b)反向并聯的兩支二極管兩端，分別接至兩支場效應晶體管的G極，對應運算放大器輸出端和二極管共結點的那支場效應管(BG2)，D極接正電源，S極通過一個電位器接地，構成一個電壓跟隨器。對應二極管和電容器共結點的那支場效應管(BG3)，D極接正電源，S極通過一個電阻接地，構成另一個電壓跟隨器;(c)在調靜態(tài)工作點時，前一個電壓跟隨器的場效應管(BG2)的S極上接的電位器，其中間抽頭的對地電壓，調節(jié)到與后一個電壓跟隨器的場效應管(BG3)的S極對地電壓(即S極電阻上的電壓)近似相等而略高;(d)兩個電壓跟隨器輸出端，分別接至雙刀雙擲開關中點，可以左右倒換接至下一級單端電源電壓比較器的十、一極輸入端上。在電路動態(tài)工作時，電壓比較器可輸出一個矩形波，其相位隨雙刀雙擲開關的左右倒換，可與輸入的呼吸信號同相或反相，而頻率不變。
4.按權利要求
1所述的裝置，其特征是電子線路的輸入級，以一支場效應管(BG1)作成跟隨器，將高輸出阻抗的壓電元件與單端電源運算放大器相連接。G極電阻(R3)取MΩ級阻值。
5.按權利要求
1和權利要求
4所述的裝置，其特征是輸入級場效應管(BG1)設計在高深度電壓負反饋下工作，取D極電阻(R4)為S極電阻(R5)的3至4倍阻值。
6.按權利要求
1所述的裝置，其特征是電子線路中設計了雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，由計數電路觸發(fā)其翻轉，推動小型快速直流繼電器常開點吸合，使x光機曝光。
7.按權利要求
1所述的裝置，其特征是監(jiān)視呼吸狀態(tài)的輔助電路，有一個接在單端電源運算放大器輸出端的發(fā)光管，將呼吸信號送入這個運算放大器，則發(fā)光管與呼吸信號同步閃爍。
8.按權利要求
1與權利要求
7所述的裝置，其特征是發(fā)光管要引到x光機的操作臺前，使就近能觀察被照患者的呼吸狀態(tài)。
9.按權利要求
1所述的裝置，其特征是自動關機節(jié)電網絡組成如下在干電池供電回路中，干電池正端通過繼電器的一組常閉點，接至一支單向可控硅陽極，可控硅的控制極通過一個限流電阻與按鈕相連，再接至可控硅陽極，可控硅陰極便成為干電池電源正輸出端，對整機供電，可控硅陰極還通過一個470～1000μF的儲能濾波電容器(C4)接地。
專利摘要
本發(fā)明提供一個X光拍照呼吸控制自動曝光儀，是醫(yī)用X光機拍攝胸片(或腹片)的新型自動曝光裝置，解決了X光照相中長期存在的不能自動曝光的難題。曝光儀可并聯在X光機手控曝光開關上，使機器增加自動曝光的功能。本發(fā)明利用呼吸傳感器獲取呼吸信號，經特殊設計的電子網絡處理后，控制X光機曝光，使照片必為典型吸氣相(或呼氣相)X光片。特別適用于不能聽從操作員指揮的嬰幼兒、聾啞人及昏迷的重病患者，由呼吸控制自動拍攝X光胸片。
文檔編號H05G1/00GK87103173SQ87103173
公開日1988年11月23日 申請日期1987年5月3日
發(fā)明者汪少文, 霍苑 申請人:汪少文, 霍苑導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan