DSA模體自動推動裝置的研制

李奇，何韻，陳上文

(廣東省計量科學(xué)研究院，廣東廣州510405)

0 引言

數(shù)字剪影血管造影(DSA)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于心腦血管造影、腫瘤治療及外周血管疾病治療諸多領(lǐng)域［1］。DSA系統(tǒng)通過數(shù)字化處理，把不需要的肌肉、骨骼等組織影像刪掉，只保留血管影像，特點(diǎn)是圖像清晰，分辨力高，對觀察血管病變的診斷及介入治療提供了真實的圖像，為各種介入治療提供了必備條件［2］。計量技術(shù)機(jī)構(gòu)目前采用JJG 1067-2011《醫(yī)用診斷數(shù)字剪影血管造影(DSA)系統(tǒng)X射線輻射源》國家計量檢定規(guī)程［3］對DSA系統(tǒng)進(jìn)行計量檢定。

在用DSA性能模體對DSA系統(tǒng)的剪影性能進(jìn)行檢定時，需要檢定人員在曝光狀態(tài)下近臺且用手推的方法進(jìn)行操作，檢定人員不可避免的會遭受輻射［4］，而且手動推模體由于速度不均，容易造成圖像偽影［5］。針對上述問題，本文結(jié)合DSA系統(tǒng)的工作原理和實際檢定過程，詳細(xì)介紹了所研制了DSA模體的自動推動裝置。

1 裝置結(jié)構(gòu)及原理

DSA模體自動推動裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由電源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、步進(jìn)電機(jī)和機(jī)械傳動裝置組成。電源系統(tǒng)用來給控制系統(tǒng)和步進(jìn)電機(jī)供電，控制系統(tǒng)由51單片機(jī)來實現(xiàn)，通過控制步進(jìn)電機(jī)［6］的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動時間來控制自動推動裝置的推動速度和推動距離，以達(dá)到檢定DSA系統(tǒng)剪影性能的要求。同時，通過遙控控制即可實現(xiàn)檢定人員的遠(yuǎn)臺操作，避免不必要的輻射。

圖1 DSA自動推動裝置結(jié)構(gòu)示意圖

本裝置的最大特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好?？刂葡到y(tǒng)通過51單片機(jī)來實現(xiàn)，51單片機(jī)技術(shù)成熟，控制簡單;運(yùn)動系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)來實現(xiàn)，步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動裝置，其轉(zhuǎn)動的頻率和步數(shù)只受驅(qū)動脈沖數(shù)的影響，且誤差不會累計，所以控制精度高，穩(wěn)定性好?？刂葡到y(tǒng)通過遙控程序來控制步進(jìn)電機(jī)的行進(jìn)距離和推動速率，即可避免檢定人員在近臺操作時的輻射損傷，還可以最大可能的減輕整個系統(tǒng)的重量，非常有利于現(xiàn)場檢定。

2 裝置的軟硬件設(shè)計

該裝置的硬件包括:用于給控制系統(tǒng)和步進(jìn)電機(jī)供電的電源、基于51單片機(jī)的控制系統(tǒng)、用于實現(xiàn)推動裝置精確運(yùn)動的步進(jìn)電機(jī)、滾珠絲桿、滑臺和推桿等組成，實物裝置見圖2所示。

控制系統(tǒng)主要由51單片機(jī)通過遙控程序來實現(xiàn)，檢定過程中工作人員在機(jī)房外通過遙控器即可控制機(jī)械傳動裝置按照設(shè)定的程序運(yùn)動，實現(xiàn)了檢定人員的遠(yuǎn)程控制，避免了在近臺操作時X射線輻射造成的損傷。DSA系統(tǒng)機(jī)房供電電源復(fù)雜，既有供X射線管的萬伏脈沖高壓，又有供各種其他輔助設(shè)備工作的電源，同時還要防止遙控器控制器信號對DSA系統(tǒng)的影響，因此考慮到機(jī)房屏蔽和現(xiàn)場復(fù)雜的電磁環(huán)境條件，控制系統(tǒng)還設(shè)置了簡單的延遲程序，經(jīng)過一定的延遲時間，推動裝置才開始工作，這樣操作人員可以遠(yuǎn)離近臺，同時還避免遙控信號跟DSA系統(tǒng)之間的相互影響，確保裝置在現(xiàn)場時能正常工作。

圖2 DSA自動推動裝置實物圖

步進(jìn)電機(jī)是整個裝置機(jī)械部分的核心，步進(jìn)電機(jī)可將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰疲诜浅d情況下，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，因為可通過控制系統(tǒng)輸出的脈沖個數(shù)和脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的角度和轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到控制推動裝置運(yùn)動的目的。滾珠絲桿和滑臺是將步進(jìn)電機(jī)的角位移轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動的部件，滾珠絲桿和滑臺的組合可使推桿在長距離行程條件下平穩(wěn)運(yùn)動，絲桿的精密加工工藝可使推動裝置側(cè)向擺動小、重復(fù)性好、直線運(yùn)動誤差小，滿足檢定的要求。

為保證該裝置的正常運(yùn)行，本文用C51語言完成了裝置的程序設(shè)計，具體來說包括以下步驟，如圖3所示。

第一步:程序運(yùn)行后，等待用戶確定機(jī)械推桿是否處于起始位置，判斷有效后，根據(jù)用戶的輸入調(diào)整推桿位置，為下面的檢定工作做準(zhǔn)備;

第二步:根據(jù)需求用戶設(shè)置裝置的推動參數(shù)，包括推動速度、推動距離和延遲時間，經(jīng)過系統(tǒng)延時后步進(jìn)電機(jī)啟動，機(jī)械推桿推動DSA模體;

第三步:推桿回到起始位置，為下一檢定項目做好準(zhǔn)備。

圖3 算法流程圖

3 裝置的主要技術(shù)指標(biāo)

1)時間延時:5～20 s，定時誤差:±0.1 s;

2)推動距離:0～20.0 cm，距離誤差:±0.1 cm;

3)推動速度:1～6 cm/s，速度誤差:±0.2 cm/s。

4 裝置的應(yīng)用及結(jié)果分析

用該裝置對惠州市第三人民醫(yī)院的數(shù)字剪影血管造影(DSA)系統(tǒng)進(jìn)行了檢定，裝置的延時設(shè)置為10 s，推動距離為16 cm，推動速度為4 cm/s。現(xiàn)場檢定時裝置和模體的擺放見圖4所示。檢定后得到的DSA系統(tǒng)剪影圖像如圖5所示。

圖4 檢定現(xiàn)場圖

圖5 DSA系統(tǒng)檢定結(jié)果

實驗結(jié)果表明，自動推動裝置可按照程序設(shè)定推動DSA性能模體，同時還可有效地避免由于手動推動時速度不均造成的圖像偽影，保證了檢定結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。

5 結(jié)束語

本文設(shè)計了一種簡便的DSA性能模體自動推動裝置，通過遙控控制和延時功能可避免檢定人員近臺操作造成的輻射損傷。實驗結(jié)果表明，該自動推動裝置可有效避免手動推動時由于速度不均造成的圖像偽影，滿足了實際檢定的需要。

［1］余建明.數(shù)字剪影血管造影技術(shù)［M］.北京:人民軍醫(yī)出版社.1999.

［2］張博書.基于平板成像器件的數(shù)字血管造影技術(shù)［D］.太原:中北大學(xué)，2008.

［3］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.JJG 1067-2011醫(yī)用診斷數(shù)字剪影血管造影(DSA)系統(tǒng)X射線輻射源計量檢定規(guī)程［S］.北京:中國計量出版社，2011.

［4］張琳.心血管介入診療中放射工作人員有效劑量的估算［D］.濟(jì)南:濟(jì)南大學(xué)，2011.

［5］顧宏清，曹少平，顧自李.DSA圖像中運(yùn)動偽影的消除方法［J］.上海生物醫(yī)學(xué)工程，2007，28(4):237-239.

［6］劉寶志.步進(jìn)電機(jī)的精確控制方法研究［D］.濟(jì)南:山東大學(xué)，2010.