无线遥控开关与移动DR的结合应用

黄泽波，吴建粱

1.福建省立金山医院 设备处，福建 福州 350028；2.宁德市闽东医院 工程部，福建 福安 355000

引言

移动摄影X射线机（Digital Radiography，DR）是一款灵活方便的X线设备，以其小巧、可移动、对电源要求不高等特点，在临床上得到了广泛应用[1]。移动DR主要解决一些长期卧床、不便于移动的患者的拍片难题，为患者提供主动方便式的医疗服务，它可以在曝光几秒钟后快速获取摄影图像并确认，省去了传统洗片和IP板信息读取等繁杂程序，图像可现场处理，实现网络传输打印，更加高效快捷。移动DR逐步成为临床诊断中不可或缺的设备[2]。

目前，市面上多数移动DR配套的都是传统手闸线曝光开关。传统的手闸开关线长度偏短，或者采用红外无线装置曝光开关，要求操作员近距离操作曝光，无法满足临床操作的实际需求。以我院西门子Mobilett Mira DR为例，该DR有手闸开关和红外无线遥控开关两种曝光开关方式。但原装的手闸线开关采用圈型弹簧线缆，在拉直情况下，只有3 m的距离，在实际使用中，操作员经常因曝光距离太短，担心过多吸收辐射，而经常用力拉扯手闸线，导致手闸线出现故障。为此，我们曾采用延长曝光手闸线的方式来加长曝光距离，然而延长后的手闸线的线路交错繁琐，且因拉扯和改造后信号效果差，导致故障率升高，维护成本也增加，在临床应用中并不适用。另一种是原装的红外线遥控开关装置，利用红外线技术传播电信号，但其不能穿透障碍物，且要求发射器必须对准接收器，中间不能有阻挡物及干扰源，所以导致它曝光距离短，有效率低，使用过程中具有一定的局限性，实用性差，因此通常被临床技术员弃用。

目前，遥控开关装置种类很多，大多以无线电、红外、超声以及光控、声控等方式[3]，其中无线电遥控装置使用最为广泛，生活中常见的如电动门遥控控制、防盗报警器、工业控制以及无线智能家居等。无线电遥控技术应用在需要远距离穿透或者无方向性的控制领域，使用无线电遥控器实现控制较为有效[4]，而且技术已相当成熟，可应用于移动DR的曝光开关得设计。本文中，我们制作一种无线电遥控开关装置，解决手闸线缆的缺陷，满足临床的需求。

1 无线电遥控原理

无线电遥控是利用无线电信号对远方的各种机构进行控制的遥控技术。这些信号被远方的接收设备接收后，可以指令或驱动其他各种相应的机械或者电子设备，去完成各种操作[5]。它的遥控原理，即通过调制将编码信息加载于高频载波信号之上，生成调制波并发射，当无线电波通过空气传播到接收端，电波引起的电磁场变化又会在导体中产生电流，通过解码将信息从变化的电流中提取，达到信息传递的目的。解码后的电信号直接驱动继电器、电子开关等器件实现预定功能，遥控者按下不同的按键，生成不同的0和1交替的编码信号，进而去调制高频载波，最后得到调制波。调制波实际上是编码信号和载波信号相“与”的结果[6]。将它应用在移动DR中，从理论上来看具有可行性，与红外线遥控技术相比较，无线电遥控技术具有无方向性，可以不“面对面”控制；可远距离操作，可达数十米，甚至数百米外，遥控作业；可调节性，可采用天线发射（或接收）无线电遥控信号，但需要对发射频率仔细调试。虽然它易受电磁波干扰，但是在一定的空间、距离范围内，稳定性良好。无线电遥控原理如图1所示。

图1 发射接收原理图以及控制逻辑

2 无线遥控的电路设计与逻辑控制方案

移动DR的原装手闸开关通常有2档，第1档为球管旋转阳极转动及灯丝预热，第二档是产生X线曝光[7]。拆开手闸开关，我们发现手闸开关主要是控制2档路线的通断：内部有三条线芯，分别标为A、B、C三线；当按下手闸第一档时，A和B两线路端接通，当按下第二档时，A、B和C三线路端同时接通，手闸开关原理图如图2所示。因此，无线装置要能代替手闸开关功能，至少具备两档开关控制的功能。

图2 手闸开关原理图

明确遥控装置功能后开始设计方案，与生活中常用的无线遥控装置类似，主要分为电源模块、遥控模块、单片机控制模块和驱动模块。

（1）电源模块。电源是电子产品的一个重要组成部分，为了使电子产品性能稳定，往往需要高性能的电源[8]。出于设备安全考虑，不给增加多余的负载，所以无线遥控装置不从DR的内部引用电源，采用自带USB外置移动电源，外置移动电源将不干涉设备电路，只提供手闸线路端的通断作用，由于使用时间短，耗能低，所以手机移动电源即可做电源模块。

（2）遥控模块。作为遥控装置的核心部件，系统主要由发送端和接收端两部分组成[9]，其主要是利用无线电信号的传输，整个系统以EV1527单片机为控制核心。无线发送模块采用A/D转换芯片EV1527进行模拟信号的采集，将采集的模拟信号转化成为数字信号,并对其进行格雷码编码，通过SP多用途无线数据发送模块进行ASK调制，然后通过天线发送出去。接收模块通过SP多用途无线数据接收模块接收数据,并对接收的数据进行解码后传送控制信息，形成相应的控制指令，驱动其他相应的电子元器件，完成指令操作[10]。EV1527是一片由CMOS设计制造的可预烧内码学习编码IC，可预烧1048576（220）内码组合，降低编码上重复的概率。通过预烧一个固定内码，四个按键输入组合数据，由EV1527第4引脚串行发出，经过外围电路产生AM高频信号发射出去[11]。发射原理图以及控制逻辑电路如图3所示。无线接收模块是以300～450 MHz无线ASK的接收芯片SYN520R为主导在上外围电路组成。SYN520R不仅具有较高的灵敏度，而且在芯片内部进一步集成了镜像抑制功能，从而具有更强的抗干扰能力[12]，这两点都使得SYN520R可以实现更远的接收距离。SYN520R具有天线高频AM信号输入，数字信号输出的特点，实现无线射频信号转换为数字信号，译码后传往单片机[13]，执行指令。接收原理图以及控制逻辑电路如图4所示。

图3 EV1527发射电路

（3）单片机控制模块。完成整个遥控装置的主导模块，分析遥控模块传输过来的信息，对信息指令进行译码和测试，并产生相应的操作控制信号，提供给驱动模块，以便于执行规定的动作。单片机相当于一个微型的计算机，它具有结构简单，体积小，所需成本少的优点[14]，除了解读取无线信号外，还能自定义编写程序，可扩充功能，可以自检功能运行情况，可以连接第三方检测工具，显现多元化的功能体验。RFE273解码电路，见表1。RFE273的数据输出端对应着EV1527无线发射的按键输入信号及D0～D3 对应 K0～K3，见表 2。

图4 无线接收电路

表1 RFE273解码电路

表2 K0～K3按键组合表

（4）驱动模块。通过开合继电器实现线路通断，完成手闸开关的功能实现，从而现实移动DR的曝光。继电器的功能主要是实现2档的开关控制现实开关通断功能。那么我们采用两个继电器就能完成这项功能，做为驱动模块。遥控逻辑的实现，见图5。若遥控器没有按下指令时（图5），RFE273数据输出口外接上拉电阻，保持高电平；当1号键按下时，无线发射模块输入K0～K3数据为0001,对应RFE273输出口D0～D3为0001，此时Q2低电平驱动，继电器KM1工作。以此类推，当2号键按下时D0～D3为0010，Q1低电平驱动，继电器KM2工作，当C键按下时D0～D3为0100，Q1、Q2同时驱动，两个继电器同时工作。则该继电器KM1、KM2就是我们模拟手闸的两个触点开关，1号键盘和2号键就相当于手闸开关的第一档和第二档位，从而实现远程无线遥控移动DR的功能。

图5 遥控逻辑的实现

3 无线遥控开关的调试

制作好电路板后，将无线装置安装于一小灯泡的测试电路中，制作成遥控开关电路，由于工作环境的限制，在实际环境中取五点分别为5、10、15、20、25 m各遥控开关试验300次，统计遥控开关有效率。有效率测试结果，见表3。

表3 有效率测试结果

从表3中可以看出，在20 m内的有效率都非常高，稳定性也很好；25 m的有效率下降了，分析原因可能是检测环境并非特定的环境，属于常规的生活环境，环境中存在一定的干扰源；在满载功率条件下，如果选择相对良好的环境、无障碍、无干扰源，遥控距离甚至更远；由于距离指标决定了遥控开关的稳定性，实用性，因此我们建议操作技师控住在20 m内曝光。

完成后的无线遥控装置可以从原有的手闸线接口接入，可内置于设备内部，使用外置移动电源或者小的锂电池都可以，测试后可正常曝光。经过多次的测试后，正常的医院环境下临床工作人员可以通过遥控器进行多障碍物隔离下的远距离遥控曝光，在按下曝光后，可以通过无线装置的指示灯闪烁与否来判断是否成功曝光。

4 无线遥控开关辐射剂量和距离的检测

尽管移动DR的出现对床边摄影工作提供了很大的便利，但其本质上仍然是DR系统，摄影曝光时，依然会产生X线，X线和多数电磁波一样，具有反射、折射、散射、干涉、吸收等特性，曝光瞬间周围肯定产生一定辐射剂量，对临床医护人员具有潜在放射危害。电离辐射防护遵循的原则有时间保护、距离保护、屏蔽保护；增加人体到辐射源的距离，可减少接受剂量，即为距离防护，在条件允许的情况下，距离防护是相对简单方便又有效的保护措施，这就是之所以改造成可以长距离的遥控曝光的原因，为了更好地服务于临床减少不必要的辐射危害，我们采用福禄克451B辐射检测仪对无线改造后的DR抽取几个点做了辐射剂量检测对比。检测结果如表4所示。

表4 辐射剂量和距离的检测（nGy/h）

辐射就是放射性物质以波或微粒形式发射的一种能量，辐射无处不在。在日常生活中，我们会接触到各种各样的辐射：食物、房屋、设备、天空大地，乃至人体内都存在着辐射[15]，这些天然存在的放射性辐射量称为本底辐射。本地辐射因环境变化而变化，所以检测时每个点位的本底值都是不同的，因此我们在取值时，正常选择曝光瞬间的前后情况，做为参考值。经过多次曝光检测，我们可以从数据中看出，延长了曝光的距离，能有效地降低辐射剂量，当达到一定的曝光距离时，在曝光瞬间基本上没有明显的大剂量产生的变化，和本底辐射值相差无几，属于正常波动，可以看出距离保护的有效性。

完成无线曝光装置后，我院请了福建省职业病与化学中毒预防控制中心的工作人员来做检测，通过现场卫生学调查和放射防护检测及辐射剂量检测，依据国家放射卫生有关法律、法规和标准进行综合评价，符合中华人民共和国国家标准颁布的GB18871-2002关于《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》的内容，辐射剂量属于安全范围内，符合省职业病预防中心的相关要求。

5 讨论

床旁摄影具有操作方便、可移动性等特点，但由于曝光时的环境复杂和不具备防护等缺点，会对摄影者及周围人员造成一定的辐射影响，特别是工作量的日益增加，技师接触辐射的机会也增多，其放射防护将会更重要[16]。进口的移动DR多数没有设计可以远距离曝光的遥控开关，这和医疗环境不同有很大关系，国外移动DR的使用率远不如我们国内的高，因此需求不同，设计理念就会有差异。我们在设计这个无线遥控前，也查阅了不少相关文献，发现顺应国内医疗环境需求，很多医院都对手闸开关进行了改造，有的只是延长，有的做网络无线遥控开关的，有的做延时开关的，有的用蓝牙平板遥控开关的，方案可谓是五花八门；与这些相比我们的方案有着自己的优势，如：成本低、稳定性高、不损害设备、易装易拆等特点。

经过近两年的现场实际使用情况证明，该无线遥控曝光开关，可靠性好，操作使用方便，且功能效果与有线的手闸开关一样，为临床X摄影提供了更为简易快捷的工作模式，与传统的有线开关相比较，省却了原有线缆在使用前繁琐的布置与使用后的日常保养，对原设备还不会造成任何损害，成本低，操作方便，大幅度提高了工作效率，减少工作人员辐射剂量的接收，提供更好的工作环境。DR手闸开关的改造，颠覆传统有线曝光，具有显著的实用性和优势，值得在其他医疗设备上推广，如移动C臂的使用和ERCP辐射检测等。

在本次研究中我们还针对无线遥控开关和移动DR距离、辐射剂量的分析；X线具有衰减特性，衰减通常也称减弱，当辐射线通过一定距离，并穿过物体并与之发生作用时，其能量损失的过程，称为衰减[17]。从研究的数据中可以发现，当到达一定距离时，曝光的瞬间并没有测到有辐射剂量的大波动，因而，我觉得我们所制作的这款无线遥控开关曝光完全可以满足临床的使用需求。