DSA模体自动推动装置的研制

2015-12-02李奇何韵陈上文

计测技术 2015年1期

李奇，何韵，陈上文

(广东省计量科学研究院，广东广州510405)

0 引言

数字剪影血管造影(DSA)系统广泛应用于心脑血管造影、肿瘤治疗及外周血管疾病治疗诸多领域［1］。DSA系统通过数字化处理，把不需要的肌肉、骨骼等组织影像删掉，只保留血管影像，特点是图像清晰，分辨力高，对观察血管病变的诊断及介入治疗提供了真实的图像，为各种介入治疗提供了必备条件［2］。计量技术机构目前采用JJG 1067-2011《医用诊断数字剪影血管造影(DSA)系统X射线辐射源》国家计量检定规程［3］对DSA系统进行计量检定。

在用DSA性能模体对DSA系统的剪影性能进行检定时，需要检定人员在曝光状态下近台且用手推的方法进行操作，检定人员不可避免的会遭受辐射［4］，而且手动推模体由于速度不均，容易造成图像伪影［5］。针对上述问题，本文结合DSA系统的工作原理和实际检定过程，详细介绍了所研制了DSA模体的自动推动装置。

1 装置结构及原理

DSA模体自动推动装置的结构如图1所示，主要由电源系统、控制系统、步进电机和机械传动装置组成。电源系统用来给控制系统和步进电机供电，控制系统由51单片机来实现，通过控制步进电机［6］的转速和转动时间来控制自动推动装置的推动速度和推动距离，以达到检定DSA系统剪影性能的要求。同时，通过遥控控制即可实现检定人员的远台操作，避免不必要的辐射。

图1 DSA自动推动装置结构示意图

本装置的最大特点是结构简单、稳定性好。控制系统通过51单片机来实现，51单片机技术成熟，控制简单;运动系统由步进电机来实现，步进电机作为驱动装置，其转动的频率和步数只受驱动脉冲数的影响，且误差不会累计，所以控制精度高，稳定性好。控制系统通过遥控程序来控制步进电机的行进距离和推动速率，即可避免检定人员在近台操作时的辐射损伤，还可以最大可能的减轻整个系统的重量，非常有利于现场检定。

2 装置的软硬件设计

该装置的硬件包括:用于给控制系统和步进电机供电的电源、基于51单片机的控制系统、用于实现推动装置精确运动的步进电机、滚珠丝杆、滑台和推杆等组成，实物装置见图2所示。

控制系统主要由51单片机通过遥控程序来实现，检定过程中工作人员在机房外通过遥控器即可控制机械传动装置按照设定的程序运动，实现了检定人员的远程控制，避免了在近台操作时X射线辐射造成的损伤。DSA系统机房供电电源复杂，既有供X射线管的万伏脉冲高压，又有供各种其他辅助设备工作的电源，同时还要防止遥控器控制器信号对DSA系统的影响，因此考虑到机房屏蔽和现场复杂的电磁环境条件，控制系统还设置了简单的延迟程序，经过一定的延迟时间，推动装置才开始工作，这样操作人员可以远离近台，同时还避免遥控信号跟DSA系统之间的相互影响，确保装置在现场时能正常工作。

图2 DSA自动推动装置实物图

步进电机是整个装置机械部分的核心，步进电机可将电脉冲信号转变为角位移，在非超载情况下，步进电机的转速、停止位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，因为可通过控制系统输出的脉冲个数和脉冲频率来控制电机转动的角度和转速，从而达到控制推动装置运动的目的。滚珠丝杆和滑台是将步进电机的角位移转换成直线运动的部件，滚珠丝杆和滑台的组合可使推杆在长距离行程条件下平稳运动，丝杆的精密加工工艺可使推动装置侧向摆动小、重复性好、直线运动误差小，满足检定的要求。

为保证该装置的正常运行，本文用C51语言完成了装置的程序设计，具体来说包括以下步骤，如图3所示。

第一步:程序运行后，等待用户确定机械推杆是否处于起始位置，判断有效后，根据用户的输入调整推杆位置，为下面的检定工作做准备;

第二步:根据需求用户设置装置的推动参数，包括推动速度、推动距离和延迟时间，经过系统延时后步进电机启动，机械推杆推动DSA模体;

第三步:推杆回到起始位置，为下一检定项目做好准备。