數位化x光脊柱成像檢測儀的製作方法
2023-12-11 15:24:47
專利名稱：數位化x光脊柱成像檢測儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種醫療檢測裝置，具體來說是一種數位化X光脊柱成像檢測儀。
技術背景從地震、洪災、戰爭等大的災難性事件，到小的車禍、摔傷等突發事件，能夠看出現場的及時診斷和救治對患者的生命安全至關重要，一般在現場診斷時，都需要儘快進行脊柱檢查，判斷病情，作出正確的傷情處理，傳統X光脊柱拍片機來說工作步驟比較繁瑣，一般都需要兩次拍片，分別拍攝脊柱的上下兩部分來完成對全脊柱的拍片。對於重症患者來說，來回移動是非常不便的，因此不適應緊急情況和脊柱受損傷員的快速檢查。
實用新型內容本實用新型克服了上述缺點，提供一種操作簡便、能夠一次成像的數位化X光脊柱成像檢測儀。
本實用新型解決其技術問題所採取的技術方案是一種數位化X光脊柱成像檢測儀，包括電氣控制系統和掃描裝置，所述掃描裝置包括一個承載床和分別設置在所述承載床的床面上方和下方的X光射線管和探測器，一個電氣控制裝置和一個控制機櫃都分別於所述掃描裝置電氣連接，所述X光射線管和探測器相對固定，並通過一個驅動裝置帶動，沿所述所述床面平行移動。
所述X光射線管上可設置有狹縫束光器。
所述承載床可包括一個固定底座，X光射線管和探測器通過一個支柱連接固定，所述探測器設置在所述床面的底部，並通過一個連接塊與所述支柱固定連接，所述X光射線管與一個彎槓固定連接，並通過所述彎槓與支柱的頂端相固定，所述支柱的底部設置有一個滑輪，並能夠沿著固定在固定底座上的導軌滑動。
一個控制板與所述電氣控制裝置可電氣連接，並控制所述床面在承載平面上平行移動。
所述X光射線管上可設置有狹縫束光器。
所述驅動裝置可包括一個掃描電機、一條齒形帶、和一個與所述支柱固定連接並與所述齒形帶向嚙合的連接塊，所述掃描電機的輸出軸帶動所述齒形帶循環轉動。
所述承載床面的一個側邊上還可固定設置有一個手動控制板。
所述固定底座的底部可設置有至少四個減震器。
所述床面的掃描區域可設置有碳纖板。
本實用新型包括電氣控制系統和掃描裝置，所述掃描裝置包括一個承載床和分別設置在所述承載床的床面上方和下方的X光射線管和探測器，所述X光射線管和探測器相對固定，並通過一個驅動裝置帶動，沿所述所述床面平行移動。本實用新型通過所述X光射線管與探測器的同步移動對待檢患者進行掃描拍攝，並通過計算機控制裝置對拍攝的結果實現數字成像，操作簡便、掃描效率高，省時省力，而且掃描過程完全由微機控制，掃描圖像直接進入計算機，由計算機進行圖像生成並分析，真正實現了數位化診療，可利用通信網絡遠程傳送圖像，診斷醫師可遠程會診。而且，由於採用薄的扇形X光射線進行掃描拍攝，採用數位化線掃描直接成像技術，大大減小了拍片劑量，一般的拍片條件為40kV--150kV、8mA--160mA，受照劑量約為60uGy，而對旁邊固定扶持病患的工作人員所受散射線的輻射劑量更低，這樣，有效的保護了待檢患者和工作人員的身體安全。
圖1為本實用新型的結構示意圖圖2為本實用新型中探測器的結構示意圖圖3為本實用新型中X光球管與束光器結構示意圖具體實施方式
如圖1所示，本實用新型包括電氣控制系統和掃描裝置，所述電氣控制系統用於整體控制所述掃描裝置的工作，並對所述掃描裝置獲得的圖像進行處理，所述掃描裝置主要包括一個承載床、X光射線管、探測器和驅動裝置，所述承載床包括一個床面1和一個固定底座2，所述固定底座的底部四個頂角處通過四個減震器4與地面固定，所述床面1支撐在所述固定底座2的上方，並通過一個設置在所述床面1的一個側邊上的控制板3，控制所述床面1在承載平面上平行移動，工作人員可以通過控制板3調節掃描拍片的位置。所述床面採用碳纖維材料製成，有利於X射線穿過床面被探測器接收，碳纖維板床面的衰減當量約為0.9mmAl。
所述X光射線管7設置在所述床面1的上方，對應的探測器8設置在所述床面1的底部，所述X光射線管通過一個連接彎槓10固定在一個支柱9的頂端，所述探測器通過一個連接裝置11與所述支柱9固定，所述X光射線管7發出的薄的扇形X光射線穿過被檢患者和床面1照射在所述探測器8上，探測器和X光射線管共同做左右掃描運動，根據大多數人的身高，設置掃描行程不小於1900mm；掃描速度和距離可根據掃描位置的不同，由計算機軟體設定，通常掃描速度為100mm/s～200mm/s。X射線管焦點至探測器距離為1000mm。所述支柱9的底部設置有一個滑輪13，並能夠在所述固定底座2的邊緣設置的導軌12上滑動，使掃描運動平穩、均勻、無抖動，所以導軌的加工和安裝精度要求要比較高。掃描床的床面要具備移動靈活、固定穩固的能力，便於傷員或患者的上下床、拍片的移動對位和固定拍片，移動床面要能承受170公斤的力且變形(向下)小於5mm。
所述驅動裝置包括一個掃描電機14、一個齒形帶15和一個與所述支柱9向固定的連接塊16，所述掃描電機14與所述承載床相固定，輸出軸通過一個齒輪與所述齒形帶15相嚙合，使所述齒形帶15平行移動，所述連接塊16也與所述齒形帶15相嚙合，在所述齒形帶15平行移動的同時，通過所述連接塊16帶動支柱9平行移動。
一個電氣控制系統17位於移動底座的上面，緊鄰同步掃描傳動裝置，用於控制掃描裝置的工作，包括控制所述掃描電機14的運動，或通過連接一個腳踏開關18控制所述床面1的平行移動，控制機櫃19包括儲能高壓和電源，它們位於掃描床的旁邊，電氣控制系統，即影像採集及處理系統20位於控制機櫃19的上面，也可以放置於離承載床有一定距離的臨近位置或房間。
計算機系統是本裝置的控制中心，當需要對患者進行攝影檢查時，首先建立病歷信息，設備在計算機系統控制下，首先啟動高壓發生器向球管加電，當球管達到準備好曝光時，啟動掃描機械，使球管和探測器從上向下同步掃描運動；當機械掃描速度達到穩定時，開始曝光，在此期間X射線通過束光器形成薄的扇形光束，穿過患者的被檢部位，射入探測器的入射窗；探測器在計算機系統控制下，將X射線信號轉換為電信號，由數據採集器將採集的每一行電信號送至電子學部件變為數位訊號，數位訊號再傳送到計算機，當掃描過被檢部位待一幅圖像採集完成後，計算機系統進行數據重建處理，同時停止曝光和機械運動，處理後的圖像在計算機屏幕上顯示出來，並自動存檔，機械裝置同時將球管和探測器回退到掃描的起始位置，準備下一次圖像採集。
所述電氣控制系統，控制掃描機械的運動、探測器系統的圖像採集和X射線發生裝置的曝光三者的同步是線掃描成像方式的關鍵。當掃描運動迅速達到均勻平穩時，探測器立刻進行圖像採集，同時X射線發生裝置曝光；當探測器的圖像採集完成後，同時X射線發生裝置停止曝光，掃描運動此時必須儘快停止；當圖像採集系統對採集到的圖像數據進行重建處理時，掃描運動必須儘快進行運動回位，為下一次的拍片掃描做好準備。這些動作的協調進行主要是由計算機通過電氣控制系統來實現的。
當電氣控制系統接收到計算機圖像採集的命令後，採取相應的電氣動作，啟動拍片的掃描運動控制、啟動X射線發生裝置準備曝光，計算機接收到準備就緒信號後，發出探測器數據採集和曝光指令，進行掃描、曝光和數據採集，數據採集結束後，計算機發出停止掃描和停止曝光指令，電氣控制系統採取相應的電氣動作，使掃描運動立即停止，並使運動機構回退到初始位置，準備再次拍片。
另外，電氣控制系統還具備接收計算機發出的指令，實現移動床面下的探測器掃描運動的步進動作，完成系統的同步光路調準和拍片體位的對位控制；實現對移動床面的運動控制，通過腳踏開關控制電氣控制系統使床面可動和運動鎖定，方便傷員上下和固定位置拍片；電氣控制系統本身還具有運動的限位控制和掃描運動速度的控制。
部分的主要工作就是電氣控制系統的控制程序的設計、控制電路的設計與製造。使電氣控制系統具有接收和反饋計算機的控制命令，進行電源控制、掃描運動控制、曝光控制等功能。
整個採集過程的掃描速度是恆定的，拍片的大小決定著掃描時間的長短，例如對一位身高1.8米的傷員做脊柱拍片，以160mm/s的速度掃描，大約僅需要6秒的時間來獲得一幅患者全脊柱的X射線數字影像。
所述X射線的發生裝置包括所述X光射線管7和設置在所述X射線發生裝置19中的高壓發生器，還包括束光器和球管叉。
高壓發生器是用來產生恆定直流高壓並經過高壓電纜供給X射線管組件的裝置，它是X射線發生裝置的重要部件，為了保證X射線的質量和平穩性，採用高頻高壓發生器，高壓範圍為20KV～90KV，最高電流為64mA。高壓發生器的合參數由計算機軟體設置。可靠性比較高。高壓發生器主要包括微處理器、高壓油箱、AC/DC、高頻逆變器、穩壓穩流電路、高壓插座、充放電板、接線板及接地線等。
所述X光射線管7與束光器21的安裝示意如圖3中所示，束光器21由束光板、準直縫22和束光器罩組成，並通過固定連接塊23固定安裝在X光球管7的出光口上，準直縫22由鉛板製成，束光器21的筒形結構保證形成扇形窄光束，束光器21的外殼包有鉛板防護，以保證射線向其它方向無洩漏。X射線經過束光器，形成有效薄扇形X射線束，外包有鉛板防護，以保證射線向其它方向的洩漏低於我國關於X射線設備洩漏的環保標準。束光器的前端準直縫的狹縫尺寸為100mm×1.0mm，準直縫的位置可以調節，以使經過束光器的X射線準確地照射到探測器8的入射窗上，且兩者的中心重合。束光器21上對準直縫22的調整對採集的圖像影響較大，X射線準直的好壞將直接影響圖像的計數數值和圖像質量。
束光器罩是由玻璃鋼製成的筒形結構，分為前後兩段，由於球管放置於束光器罩內，為了解決使用過程中球管的散熱，在束光器罩內球管的後部安裝有軸流風扇，在束光器罩的前部側壁上開有散熱孔，用於形成散熱的風路。這部分的主要工作是束光器的內部結構的設計和輻射防護的屏蔽設計，最後要能在使用中切實做到束光器即能減小散射線又無漏射線、束光器罩要能保證球管散熱良好。還有一個球管叉，圖中未標示，所述球管叉的後部裝有三個軸流風扇，用於保護X射線組件和提供強制散熱。球管叉分為前後兩段，它將球管固定在中間，後端與彎槓相連。
實際使用中，建議高壓範圍為20KV～80KV，最高電流為60mA。
高壓發生器有一個專用調試軟體，系統中的高壓控制是由計算機通過串行接口傳送命令實現的。高壓發生器內的運行程序保證在每單次攝影時，技術條件的選擇不會超過X射線管的額定容量。
X射線管也叫球管，X射線管由管殼和管芯組成，管芯是一種構造精密、易碎的高真空玻璃器件，它放置在充滿油的防護管殼內，管芯的作用是將電能轉換成X線。X射線機採用的是雙焦點固定陽極X射線管。X射線管管芯的陽極是一個錸—鎢合金盤，因此被電子撞擊的位置就固定在靶面的局部面積上，而不是均勻分布在整個靶面上。球管與高壓發生器之間有兩根電纜線相連，陰極和陽極高壓電纜線各一根。新的球管被裝入時，由於球管參數的不一致，要進行高壓發生器的參數校正。由於球管為貴重部件，運用時必須有保護措施。球管由於長時間的連續使用熟量很大，其熱容量下降到20％以下時會出現報警。使用和設置不當都會報警，此時必須查清原因才以能繼續使用。
本實施例中X射線管的焦點為2.0mm，對球管較特殊的要求是最大電流要小於64mA，在極限條件下能持續工作達3秒，並保持射線穩定性和重複性。
X射線管組件的濾過不小於1.5mmAl當量。
X射線設備的總濾過不小於2.5mmAl當量。
所述探測器8在結構上由以下部件組成①X射線探頭；②信號採集電路；③低壓電源組合；④數據採集器。其中X射線探頭和信號採集電路一起被封裝在一個長方體的鋁合金盒內，被稱為探測器；而低壓電源組合則單獨被封裝在一個具有良好散熱功能的金屬方盒中；數據採集器是一數據卡置於計算機中，來接收探測器來的圖像數據。
探測器8包括密封鋁膜、晶體陣列、信號採集電路三部份。探測器的結構如圖2所示。探測器是一個封閉的鋁合金腔室，前面板是具有屏蔽作用的鉛銻合金材料，其偏上部是一鉛準直器A，準直器後端有密封鋁膜B，鋁膜下面為晶體陣列C，它的引出線連接信號採集電路D，後面還有A/D轉換電路、緩存器、通信接口。
X射線透過被檢患者投照到探頭上，經準直器準直後，穿過密封鋁膜，到達晶體陣列，晶體將X射線轉換為電信號，由其後端的信號採集電路採集，經A/D轉換為數位訊號，存入緩存器，由通信接口電路把緩存器中的數字圖像數據發送給計算機。
探測器8的主要部件就是由晶體單元組成的一條陣列，每個晶體單元的信號，作為圖像的一個像素，用14個字節表示，每個晶體單元的靈敏面積基本上是相同的，所以，探測器的整個測量區域中的空間解析度是一致的。信號採集電路緊挨著探頭固定，它由以下功能組件組成控制器，適配器和電源系統。
控制器包括信號模擬處理電路，16位模/數變換器和可編程邏輯控制電路。
模擬處理電路用來在可編程邏輯電路指令的控制下讀出信號和積分信號。
模/數變換器用來把模擬信號轉換為數字代碼，以便寫入適配器的動態存儲器DRAM中。
可編程邏輯電路可以完成以下功能①使探頭多路線陣同步工作；②可將數字信息寫入適配器的DRAM中；③將接收的信號經適配器送到微機上；④檢測電源；⑤測試探頭電路；⑥測試適配器DRAM。
另外還設有容量為16位的控制器狀態寄存器和幀長寫入用的行計數器等。
在採集系統上設有插頭，以便與外部裝置相接可以連接連接供電電源；數據傳輸線-與計算機的數據採集器相連；必要時，連接外部傳感器(RS485)。
控制機櫃19中包括整機的配電、電氣控制和高壓發生器部件構成控制機櫃。
機櫃左後側為電氣配電部分，裝有接線端子、空氣開關和接觸器等；經配電分配後送往高壓發生器和掃描主機。本機供電為單相220V，功率為10KVA，開關設在機柜上方。機櫃下部安裝有高頻高壓發生器。電氣控制部件安裝在機櫃的上部隔板上。其功能是①根據來自技術工作站的信號，控制掃描運動；②向計算機上報各開關狀態的檢測信號；③實現手動按鍵控制電機；④必要時使運動部分斷電。
還可以在球管罩正前面設置手動控制按鈕，可由操作員控制升降柱的上下運動，以便於醫生對患者對位，控制探測器的左右掃描運動。遙控掃描時，由計算機經串行口「com1」控制。
所述電氣控制系統包括由計算機及應用軟體組成的技術工作站、手控盒以及用戶所選的輸出設備。
技術工作站在計算機控制下完成數據採集、圖像重建和數字圖像處理。如掃描啟動、停止，接通高壓、旋轉陽極轉動、控制曝光等。此外還用於工作狀態的在線檢測和故障報警、在掃描完成後，完成數據處理，並顯示圖像等。技術工作站可提供病歷建檔、查詢，掃描條件選擇，掃描控制，圖像顯示，診斷報告編寫、列印及診斷時所需的基本功能。
所述手控盒也稱高壓發生器控制盒，是在控制臺上開啟和關閉高壓發生器的裝置。手控盒有兩個按鍵。高壓發生器控制盒引出的電纜分別與高壓發生器，控制機櫃和計算機相連。球管的曝光控制及高壓發生器kV與mA設定均由計算機通過軟體完成。
在手控盒上還設有對講裝置，音箱安裝在診斷室中。當需要對患者講話時要踩下腳踏開關，否則操作間內的工作人員不能聽見。
本實用新型能夠直接採用數字成像的方法對患者進行醫療檢查，它克服了傳統X光拍片設備工作效率低的缺點，並具有以下的特點1.操作簡便、省時省力直接數位化拍片，只需輕輕按幾下滑鼠和鍵盤按鍵，實現了廉價的無膠片化的拍片，操作人員無須去裝卸膠片；無須去裝卸片盒；更不需要去衝洗膠片，從拍片到屏幕出片只需幾秒至幾分鐘時間，將操作人員徹底從繁瑣的工作程序中解脫出來，減輕了工作人員的負擔，提高了勞動效率。另外，無膠片化的拍片省去了衝洗膠片的設備和廢液，實現了環保型的拍片。
2.數位化X線機的線掃描拍片完全由微機控制，掃描圖像直接進入計算機，由計算機進行圖像生成並分析。
3.低劑量；採用數位化線掃描直接成像技術，大大減小了拍片劑量，一般的拍片條件為20kV--80kV、1mA--60mA、2.5S，患者的受照劑量約為20uGy，而對旁邊的工作人員所受散射線的輻射劑量更低，這樣，有效的保護了工作人員的身體安全。
4.數位化、可遠程會診直接數位化的圖像可利用通信網絡遠程傳送圖像，診斷醫師可遠程會診。
以上對本實用新型所提供的數位化X光脊柱成像檢測儀進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本實用新型的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本實用新型的思想，在具體實施方式
及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本實用新型的限制。
權利要求1.一種數位化X光脊柱成像檢測儀，包括電氣控制系統和掃描裝置，所述掃描裝置包括一個承載床和分別設置在所述承載床的床面上方和下方的X光射線管和探測器，一個電氣控制裝置和一個控制機櫃都分別於所述掃描裝置電氣連接，其特徵在於所述X光射線管和探測器相對固定，並通過一個驅動裝置帶動，沿所述所述床面平行移動。
2.根據權利要求1所述的數位化X光脊柱成像檢測儀，其特徵在於所述X光射線管上設置有狹縫束光器。
3.根據權利要求1或2所述的數位化全身X光成像檢測儀，其特徵在於所述驅動裝置包括一個掃描電機、一條齒形帶、和一個與所述支柱固定連接並與所述齒形帶向嚙合的連接塊，所述掃描電機的輸出軸帶動所述齒形帶循環轉動。
4.根據權利要求1或2所述的數位化X光脊柱成像檢測儀，其特徵在於所述承載床包括一個固定底座，X光射線管和探測器通過一個支柱連接固定，所述探測器設置在所述床面的底部，並通過一個連接塊與所述支柱固定連接，所述X光射線管與一個彎槓固定連接，並通過所述彎槓與支柱的頂端相固定，所述支柱的底部設置有一個滑輪，並能夠沿著固定在固定底座上的導軌滑動。
5.根據權利要求1或2所述的數位化X光脊柱成像檢測儀，其特徵在於一個控制板與所述電氣控制裝置電氣連接，並控制所述床面在承載平面上平行移動。
6.根據權利要求1或2所述的數位化X光脊柱成像檢測儀，其特徵在於所述承載床面的一個側邊上還固定設置有一個手動控制板。
7.根據權利要求4所述的數位化X光脊柱成像檢測儀，其特徵在於所述固定底座的底部設置有至少四個減震器。
8.根據權利要求1或2所述的數位化X光脊柱成像檢測儀，其特徵在於所述床面的掃描區域設置有碳纖板。
專利摘要本實用新型涉及一種醫療檢測裝置，具體來說是一種數位化X光脊柱成像檢測儀。本實用新型通過所述X光射線管與探測器的同步移動對待檢患者的脊柱進行掃描拍攝，並通過計算機控制裝置對拍攝的結果實現數字成像，操作簡便、掃描效率高，省時省力，而且掃描過程完全由微機控制，掃描圖像直接進入計算機，由計算機進行圖像生成並分析，真正實現了數位化診療，可利用通信網絡遠程傳送圖像，診斷醫師可遠程會診。而且，由於採用薄的扇形X光射線進行掃描拍攝，大大減小了拍片過程中X射線照射劑量，有效的保護了待檢患者和工作人員的身體安全。
文檔編號A61B6/00GK2879976SQ200620002290
公開日2007年3月21日 申請日期2006年2月24日 優先權日2006年2月24日
發明者於紅林, 王龍海, 馬濤 申請人:於紅林, 王龍海, 馬濤