磁共振室內外特定字符收發器的設計與制作

湯和明

南充市中心醫院 設備科，四川 南充637000

磁共振室內外特定字符收發器的設計與制作

湯和明

南充市中心醫院 設備科，四川 南充637000

本文以圖文并茂的形式闡述了專用于磁共振室內外特定字符收發器設計制作的思路和方法，用物美價廉的材料制作出達到國內外的一流水平的產品，滿足了科研和臨床工作的要求。

磁共振；經顱磁刺激成像；激光；字符收發器

0 前言

以經顱磁刺激成像（TMS）為主的腦功能成像與臨床應用技術是近幾年才開展的國際前沿科研項目，評價經顱磁刺激療效的依據是測試刺激前后大腦的認知能力，屬于大腦行為學測試。其方法之一就是要求患者通過專用反光鏡觀看投射到屏幕上的隨機字符，經記憶判斷并及時回答Yes或No，由計算機專用軟件來進行分析比較磁刺激前后大腦認知能力的變化。

由于磁共振室屏蔽防護的特殊性和觀察窗使用雙層防莫爾紋金屬網的鉛玻璃，導致向操作室計算機傳遞信息受阻的問題，對信息的發射和接收也提出了特殊的要求。

1 設計思路與實驗

除去機械、氣動方法顯然太過原始不考慮外，信號傳輸只分有線、無線兩種方式，各自利弊分析如下：

有線方式：電路簡單，只須兩只按鍵開關將信號通過電纜引到操作室再做處理即可。若機房原預留電纜接口無法利用，則必須重新在墻面上穿孔，破壞整體結構，處理不好將破壞屏蔽影響成像效果，無法易地交流中使用，經實測普通屏蔽多芯電纜長度超過50m時信號干擾極大。由于我院磁共振室電纜溝距離超過50m，信息無法正確傳遞，故不作考慮。

無線方式：不破壞原屏蔽結構，攜帶方便，異地工作時可即插即用，但設計制作比較復雜。因房間磁屏蔽只能選擇無線方式中的光傳輸方法。

光傳輸又分可見光、紅外光等。

紅外光：如常見的遙控器，因難以聚焦或定位困難且不能穿過觀察窗帶雙層防莫爾紋金屬網的鉛玻璃而放棄。

可見光：優點是有無發射肉眼可見，缺點是抗干擾能力較差，經實驗紅色激光效果最好。

接收器比較簡單的方法是使用USB鍵盤的電路部分，利用USB鍵盤專用電路的高度集成化和PC機可多鍵盤多鼠標即插即用的特點，能省去設計制作中的許多麻煩。最終決定以USB鍵盤電路為核心，在磁共振室內用激光照射操作室的光敏管控制電子開關來代替人手按壓鍵盤，以達到表達患者意愿的目的。電路圖，見圖1、圖2。

圖1 發射裝置電路圖

圖2 接收裝置電路圖

2 元件選擇及制作方法

光敏電阻：可從光控路燈中拆取，主要對可見光敏感，實測暗阻500kΩ以上，亮阻能做到10kΩ以下，但響應速度慢，最終決定放棄。

光敏晶體管：拆自機械鼠標，環境亮度100kΩ以上，紅外線照射時導通電阻在30kΩ以下，響應速度快。

紅色可見光與紅外光敏管，拆自廢棄的氧飽和度探頭，在自然光環境下電阻500kΩ以上，在紅光或紅外光下能做到30kΩ以下，響應速度快，是制作時的首選。

電子開關：使用CD4066四雙向開關中的任意兩組即可。實測USB鍵盤的導電橡膠接觸電阻為40Ω左右。CD4066四雙向開關導通電阻為30～40Ω，其控制端為高電平導通，將光敏管正端接5V高電平，負端接控制端（CNTL）并對地接一220kΩ下拉電阻，實測控制端暗阻時電壓接近0V，激光照射時電壓≥4.4V，完全符合CD4066的開關要求。

激光管：發射管采用帶聚焦透鏡的紅光二極管，可取自放療室常用的激光定位燈，其特點是體積較大，全銅結構無磁性，聚光良好調整方便，但成本高；也可用玩具“激光教鞭”改制，其內部雖有少量金屬彈簧但對使用無影響，只是雙燈定位比較困難且容易漂移，優點是體積小巧且價廉，只取頭部2cm即可，實踐證明完全能滿足需要。

兩只按鍵開關利用病房床頭呼叫系統的手控盒，去掉內部的MIC。如果開關是導電橡膠觸點，則可直接使用，如果是金屬觸點的，則須串一只10Ω電阻限流以保護激光發射管。連接發射盒的電纜屏蔽層要良好接地防止產生電磁感應，與手控盒連接用RJ11（4P4C）水晶頭插接。兩節7號電池盡量選用非磁性外殼。收發器實物圖，見圖3。

圖3 收發器實物圖

接收器光敏管要采取適當的避光措施，防止外界強光及交互干擾，本人是利用PC機上65mm×65mm小風扇的黑色塑料外框改制。兩只發射與接收管要求相互平行并在軸線上，做到在較遠距離時兩束激光都能準確的打在各自的接收管上。

對于要輸入電腦的每個字符，拆開USB鍵盤在薄膜軟印刷電纜上沿對應按鍵交叉點找到電路板的兩個炭精觸點，處理后用柔性多股線與CD4066按圖焊接，同時把USB鍵盤黑膏軟封裝電路板上的3只發光二極管拆下，這樣做既降低了能耗，又杜絕了光污染。由于電路比較簡單，發射及接收電路元件分別固定在兩個DV錄像磁帶的透明塑料盒內，非光學部分作噴黑處理，調試時收發電路拉開3m以上距離，調整兩只激光發射管的位置及角度，使兩個光點都能準確地打在各自的接收管上，用膠水初步固定，在膠水完全固化前再進行微調，以防光點打偏。聯機檢查非常簡單，插入USB接口完成聯機后，隨便建一個空白文檔，分別按兩只發射鍵，對應字符正確上屏即告成功。

實際使用時收、發器分別用雙面膠固定在磁共振室觀察窗內外兩側，因相距較近，所以運行1年，工作十分穩定。

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On the Design and Making of Character Transceiver Specifically Adopted inside and outside of Magnetic Resonance Room

TANG He-ming
Medical Equipment Department,Nanchong Central Hospital, Sichuan Nanchong 637000, China

By means of graphics and text, this article elaborates the concept and method of the design and making of a kind of character transceiver specifically adopted inside and outside of magnetic resonance room. Cheap and available materials can be used to produce the character transceiver which has reached the first level in China and in the world and this product meets the demands in the research and clinical areas.

fMRl; transcranial magnetic stimulation imaging; laser; character transceiver

TP399

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.12.037

1674-1633(2011)12-0106-02

2011-04-27

2011-08-29

作者郵箱：thm_nc@163.com