大型X線機手閘控制自動播放語音指令系統的設計

喬國慶，李敏，劉盼麗，麥秋儀

廣州軍區廣州總醫院 a.放射科；b.工程科，廣東 廣州 510010

引言

進行X線檢查時，設置好曝光條件后，需要按下曝光手閘，手閘接通設備內的控制電路，自行控制X線機完成曝光[1]。X線檢查中，肢體移動或呼吸等會造成運動偽影，影響診斷。胸部攝影時，為了保證影像質量，都要求病人吸氣后屏氣曝光[2-3]。常規X線機，都是沒有語音指令系統的[4]，個別品牌X線機（胃腸機），配有對講系統，實際應用中，需要患者呼吸配合時，按下對講按鈕，或踩下對講腳閘，口述指令。無對講系統的機型，都是由操作技師口頭喊話指揮患者吸氣并屏氣。口述指令，在批量檢查中非常不便，給操作技師帶來很大困擾。特別是體檢工作中，多為胸部X光檢查，每天操作技師要重復幾百遍指令，成為極大的工作負擔；而且，有的技師發音不準，不利于患者配合，易導致檢查質量下降；經過統計，約35%的醫生指令未能精準的執行[5]。為此，本人設計了一種自動播放語音的控制電路，由曝光手閘控制，在X線檢查時，能夠自動播放語音指令指揮患者配合呼吸，該智能化設計可簡化檢查流程，提高檢查效率和質量。

1 材料與方法

1.1 功能及結構設計

利用語音模塊、繼電器、船型開關等電子配件，設計并組裝成自動語音指令系統，可通過曝光手閘控制，并和X線機的陽極啟動電路、曝光電路控制端連接，在按下手閘時能夠同時啟動X線機的相應模塊，并接通語音指令模塊，從而實現檢查的同時自動播放語音，達到簡化流程、節省人力的目的。添加模塊前后結構示意圖，見圖1。

圖1 X線機添加語音模塊前后結構示意圖

1.2 主要硬件

（1）曝光手閘。使用兩檔曝光手閘（同原X線機），手閘有兩個檔、4個觸點，僅相當于開關，不需要供電。按下第一檔時，接通1檔所屬電路；按下第二檔時，接通1檔的同時，接通2檔所屬電路。手閘外形及觸點示意圖，見圖2。

圖2 兩檔曝光手閘及觸點示意圖

（2）語音模塊。采用7路隔離語音控制器，12 V直流電源供電，具有7路開關信號輸入接口、喇叭接口、標準3.5 mm音頻插孔、USB-485音頻下載接口，及GND、VCC供電端，（繼電器端口閑置）。開關信號輸入端某端口接通公共端口in8即觸發該路語音，斷開后繼續播放直至停止。語音模塊各端口，見圖3。

圖3 語音模塊及其端口

（3）按鈕開關。使用船型3檔6腳按鈕開關，開關為6腳設計，中間兩腳為公共腳，兩邊4腳分別對應I、II。本文設計為：按鈕在I狀態時，接通部分電路，播放“普通話”指令；按鈕在II狀態時，接通另外部分電路，播放“方言”指令。按鈕外形及觸點連接方式，見圖4。

圖4 船型3檔6腳開關及觸點連接圖

（4）喇叭。8 Ω、3 W喇叭。語音模塊內部已經集成小型功放電路，可直接驅動一只小功率喇叭，用于操作間，供工作人員確認指令播放情況。

（5）小型有源音箱。為具有音頻輸入端口和音頻放大功能的有源小音箱，置于檢查室內，由音頻線連接至語音模塊3.5 mm音頻插孔。在語音模塊輸出聲音時，小音箱即可在檢查室播放語音指令，供受檢者收聽。

（6）繼電器。繼電器1和繼電器2為一個輸入端控制兩路輸出端。由曝光手閘控制，啟動不同的電路；延時模塊（或稱延時繼電器）1個，用于設置陽極啟動延時，因語音播放時間長，通過設置延時，來保證播放完語音時剛好陽極啟動而完成曝光準備。延時時間10 s內可調，保證曝光時陽極完全啟動又不至于啟動過久，可保護X線球管，延長設備壽命。

（7）交流轉直流電源。輸入為220 V交流電，輸出為12 V直流電。本電路綜合各模塊功耗，選擇12 V，3 A電源。

（8）另外需要觸發開關3個、導線若干、絕緣膠布、電烙鐵、刀具、螺絲刀等工具。

1.3 硬件連接方法

所用語音模塊有一對12 V電源接口和7路信號輸入端，有電源輸入時，模塊工作。信號輸入口1～4均通過繼電器輸出口常開觸點連接公共端口in8，繼電器被觸發時，即輸出常開觸點閉合，觸發播放該路語音，繼電器停止觸發，語音繼續播放，直到該段語音結束。本設計采用曝光手閘控制，按下曝光手閘一檔時，繼電器1工作，觸發in1路或in3路“憋氣”指令，并啟動旋轉陽極和曝光準備電路；按下曝光手閘二擋時，繼電器2工作，立即完成曝光，并觸發in2路或in4路“呼氣”指令。語音模塊由六腳船型開關切換，I檔為K1，II檔為K2，K1閉合時，in1和in2為可工作狀態， in1為普通話“憋氣”指令， in2為普通話“呼氣”指令；同理，K2閉合時，in3和in4方言指令工作。播放語音時驅動喇叭和有源音箱同時出聲，工作間和檢查室能同時聽到語音指令。

另外，信號輸入端口in5、in6、in7均通過觸發開關K3、K4、K5直連至公共端口in8，可實現按下對應的開關，播放相應的語音。語音模塊接線方式，見圖5。

圖5 大型X線機自動語音曝光控制器電路圖

1.4 音頻錄制及控制方法

使用軟件將文字合成為語音，具有無雜音，指令清晰，可編輯等特點，使用效果非常好，現實中的應用也非常廣泛[6]。語音內容為兩段：“請吸氣…憋住氣，不要動”、“可以呼吸”（具體內容用戶可自定）。第一條為“憋氣”指令，在曝光前指揮患者憋住氣等待曝光； 第二條為“呼氣”指令，曝光后指揮患者正常呼吸。利用模塊附帶的聲音處理軟件，將聲音更改為所需要的格式類型（*.wav格式），音質選擇：IMA ADPCM 11.025 kHz 4位單聲道（其它格式不能識別）。另外注意總文件不大于8 M，本語音模塊利用中，聲音較短，符合要求。

在電腦裝入USB-485接口驅動，使用485接口線連接電腦USB接口和模塊的485通信口，使用語音模塊附帶的軟件，將語音燒錄到語音模塊。

in1路或in3路存入的是“憋氣”指令，in1路為普通話， in3路為方言， 由手閘1檔通過繼電器1控制。“請吸氣”后約有2 s停頓，為患者吸氣反應時間，“不要動”指令播放完畢即完成陽極啟動和所有曝光前準備，即可按下曝光手閘2檔，完成曝光。曝光完成后，會立即播放in2路或in4路的“呼氣”指令。in1路或in3路、in2路或in4路，經船型開關切換，當船型開關位于I檔時，in1路和in2路工作，自動播放普通話指令；當船型開關位于II檔時，in3路和in4路工作，自動播放方言指令；如果不需要播放指令，就將船型開關置于“o”位。這樣，在檢查時，操作曝光手閘即可，實現了檢查前自動播放“憋氣”指令，檢查后自動播放“呼氣”指令。

in5路存入的是“憋氣+呼氣”指令，即將in1+in2路的語音連接起來，具體內容為“請吸氣…憋住氣，不要動……可以呼吸。”“不要動”后有約3 s停頓，代表患者憋氣時間。該路語音可用于對不熟悉檢查過程的老年人進行呼吸訓練。例如，可按下按鈕K3，播放in5路語音后，再用手閘進行自動語音指令播放并檢查，患者可更好的配合屏氣，達到更好檢查效果。

同理，in6路存入的是in3+in4路的語音連接指令，即方言版的“憋氣+呼吸”指令，作用同in5路相同，通過按鈕K4播放。in7路存入的是“大約1小時后到登記處取結果。”用于對患者告知，通過按鈕K5播放。針對于in5、in6、in7的3路語音，可根據實際所需任意改變，達到減輕檢查技師口述表達的負擔，并收到更好的效果。

2 結果

（1）語音模塊使用前：進行胸部X線檢查時，檢查技師在按下手閘1檔前，呼叫患者“憋氣”，然后，按下手閘1檔，啟動陽極電路，延時約2 s，按下手閘2檔，啟動曝光電路，檢查結束，再呼叫患者“呼氣”，完成檢查。

（2）語音模塊使用后：進行胸部X線檢查時，檢查技師只需按下手閘1檔，模塊自動播放“憋氣”語音指令，并啟動陽極電路，播放語音結束剛好完成陽極啟動，按下手閘2檔，模塊啟動曝光電路并播放“呼氣”語音指令，完成檢查。

可見，使用該語音模塊簡化了檢查流程，并且，實現由原來的人工喊話指令升級為自動播放指令。

3 討論

大型X線機均未配有語音指令系統，個別型號配有麥克風對講，但均需通過人工喊話指揮患者配合。我院為三甲醫院，每天體檢患者少則100人次以上，多者達到300人次以上。通常，操作技師需要喊話要求患者“憋氣”、“呼氣”，每天喊話次數可多達數百次，工作負擔很重。模塊使用后，可代替操作技師的人工喊話，而且，語音指令與曝光手閘聯動，在進行檢查操作時自動播放，且語音清晰，易于配合，可極大降低工作負擔[7]。

科室十幾位技師來自不同地域，口音不統一，患者經常疑惑操作技師喊話內容，有的技師干脆不讓患者屏氣，使檢查質量下降。使用該語音系統，音量可調，語音清晰、洪亮，而且可播放普通話或方言，患者更容易聽懂，患者流通量也提高，檢查質量也有了保障。我院位于廣州，很多患者不熟悉普通話，該種語音配有方言指令，對于該地患者，使用效果非常好。

該語音系統使用了7路語音隔離控制器，能夠存儲7條語音指令，通過in1～in7控制，自動播放所需的指令。而且，可以根據需要，對指令內容進行修改，修改后重新下載入語音模塊即可，臨床使用非常便利，可以滿足不同用戶的需求。7路的語音設計，能夠解決常用的語音指令需求。

該語音系統主要使用繼電器進行控制，繼電器輸出端口觸點的工作特點跟手閘的觸點工作特點相同，所以，該系統只是增加了自動語音指令功能，而不會對設備有任何影響[8]。而且，原理簡單、元件便宜、容易購買，能夠為多數工作人員安裝。該類系統也可以采用單片機系統進行擴展，但是，單片機系統需要編程，還需要進行外圍電路擴展，非專業人員難以安裝實現。

目前所有的X線檢查設備均未配備隔室呼叫傳送裝置，致使進行胸部、腹部X線攝片檢查時，受檢者經常聽不清工作人員下達的屏氣指令，曝光時仍然自由呼吸。呼吸運動造成照片影像模糊，影響診斷，從而不得不重新檢查，再次接受X線的曝射[9]。X線機因為沒有自動語音指令系統，每天幾百遍重復口述指令給操作技師帶來很大的工作負擔。自動語音控制系統在現代科技中已經廣泛應用[10-11]，“醫護送藥提醒裝置”[12]，“人聲語音定時提醒”系統[13]，“智能盲人拐杖”[14]，“貨場管理系統”[15]等自動語音提醒系統已研發乃至投入使用，有效提高了工作效率，減輕工作負擔。本人根據臨床需求，設計的語音自動播放模塊，利用簡單、低廉的電路元件解決了X線檢查中操作技師重復喊話的難題。播放的語音清晰、洪亮、標準，還可以錄制方言，更易取得患者的配合[16]；手閘控制設計，使操作技師只需按照平時習慣操作設備即可，在需要語音指令時會自動播放，避免了操作技師的重復口述，降低了工作負擔。特別是該系統使用繼電器進行控制，繼電器僅作為開關[17-18]，不會對設備產生任何不利影響；所用電路原理簡單、元件便宜、容易購買，有電路基礎的工作人員都可以學習安裝，具有較高的實用價值和社會價值。

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