床边DR 检查可视化遥控曝光技术的实现方法

乔国庆，李向东，李小荣，晏文松，陈树林，李 敏

（1.南部战区总医院放射诊断科，广州 510010；2.南部战区总医院医学工程科，广州 510010）

0 引言

床边DR 是移动式X 射线检查设备，能够在临床科室完成影像信息的采集，对重症、骨科、脑科等患者的诊断具有非常重要的临床价值[1-2]，在对需要隔离的患者诊疗中也发挥了非常重要的作用[3]。重症患者检查时，技师需要搬动患者放置探测器板，并按临床要求为患者摆位之后，远离患者进行曝光，以免自身受到辐射伤害。传统床边DR 无可视化功能，在曝光过程中，经常出现因患者体位移动、上肢挥舞遮挡视野等情况，导致检查失败。近2 年临床上出现了可视化遥控曝光的床边DR，能够观察到患者配合情况，伺机遥控曝光。然而，短期内不可能实现所有传统床边DR 的更新换代，通过简单改进使传统床边DR具备可视化遥控曝光功能，具有非常重要的临床意义和经济价值。本文通过选购简单、便宜、可靠的电子模块，对现有电路稍加改进，实现岛津MUX-100DJ移动DR 可视化遥控曝光功能。

1 可视化设计

1.1 硬件及性能要求

实现可视化遥控曝光功能所需硬件为1 个无线摄像头、1 个磁吸式支架、1 部智能手机。

摄像头性能要求：（1）可充电，无外部电源情况下可持续录像2~3 h；（2）高清录像功能，分辨力为1 920 像素×1 080 像素；（3）视频回放功能，通过手机App 可回放内存卡存储录像（这对处置潜在的医疗纠纷很重要）；（4）自带无线接入节点（access point，AP），无外网时可直连手机观看实时画面；（5）可视角度150°，有较大视野观察检查区域；（6）夜视、移动侦测、插卡存储等功能[4]。本研究采用鹿鸣威视M7摄像头。

1.2 设置安装

首先，按照说明书在手机上安装App，并设置摄像头为AP 热点模式，实现手机端观看实时画面的功能。然后利用支架将摄像头固定于床边DR 前部的适当位置，并调整摄像头的方向，使画面中能够更好地显示患者情况。病区无外网，利用AP 热点模式对目标进行图像和声音的实时监控，按住麦克风按钮可通过语音提醒患者配合操作。在可视状态下进行床边DR 检查，大大提高了检查的安全性和图像质量[5]。

1.3 可视化现场测试

为保证可视化系统工作稳定，在病区环境（病房为走廊两侧分布式）进行测试。前期设置后，手机可记录摄像头AP 热点并自动连接，如果未自动连接，采用手动连接。将摄像头开启并置于第一间病房内，在该病房外的走廊处使用手机连接摄像头可流畅观察实时画面。沿走廊逐渐远离，到达第四间病房外的走廊处时，手机仍可稳定接收到摄像头的AP 热点信号。随着距离进一步增加，信号减弱，视频画面变得卡顿。在App 内按住麦克风按钮对讲，摄像头扬声器可播放声音，摄像头录制的视频可回放。

2 遥控曝光电路设计

床边DR 的曝光手闸有2 个挡位，按下Ⅰ挡，接通设备的曝光准备电路，约2 s 完成曝光准备；再按下Ⅱ挡，保持Ⅰ挡接通的同时接通设备的曝光电路，完成检查。根据手闸特点，设计遥控曝光电路工作流程（如图1 所示）。持续按下遥控器按钮发射信号，一路无线接收模块接收信号，负载端口导通，启动曝光准备电路，2 s 后完成曝光准备；另一路无线接收模块接收信号后，负载端口接通延时开关模块电源，延时开关模块延时2 s 后输出端口导通，启动曝光电路，完成检查。

图1 遥控曝光电路工作流程图

2.1 使用元件介绍、测试

遥控曝光电路所需元件为2 个无线接收模块、1个遥控器、1 个延时开关模块（1 路）、1 个电路盒。

2.1.1 无线接收模块与遥控器

选用AnnTeM 超微型无线接收模块，该模块体积小（17.5 mm×10.8 mm×4.8 mm），为宽电压供电（DC 3.7~15 V）；采用频率为433 MHz 的射频信号，抗干扰、穿透力强，无线覆盖距离30 m 左右，性能稳定，在医疗领域应用广泛[6-7]；待机电流约0.2 mA，启动电流约6 mA，可提供2 A 负载电流；模块非常省电，待机1 s 后自动进入休眠状态，按下遥控按钮1 s 可重新唤醒；采用点动控制方式，按住遥控器按钮负载导通，松开遥控器按钮负载断开。无线接收模块实物图如图2 所示。

图2 无线接收模块实物图

遥控器为钥匙型，工作频率为433 MHz，控制距离为30 m 左右。为保证遥控曝光的成功率，在无线接收模块的负载端连接LED 进行接收距离测试。测试在病区（病房为走廊两侧分布式）进行。将接收模块置于一间病房的中部位置，遥控器位于所在病房外走廊中间位置，隔1 面墙，发射信号30 次，记录LED 点亮次数。然后移动到下一间病房外走廊中间位置，隔2 面墙（房间隔墙及走廊侧墙），发射信号30 次，记录LED 点亮次数。依此类推，测7 组数据，测试结果见表1。

从测试结果看，隔5 个墙面时，遥控器与接收模块距离15 m 仍然全部接收成功；隔3 个墙面时，遥控器与接收模块距离9 m，出现1 次接收不到的情况，考虑为按遥控器持续时间不足导致。该无线接收模块具有1 s 后自动休眠功能，重新激活需持续按下遥控器按钮1 s，所以按遥控按钮时，要大于1 s 时LED 灯才会被点亮。按照不同屏蔽物质铅当量及放射诊断放射防护要求，DR 在125 kV 摄片时，防护厚度为2 mmPb，相当于217 mm 砖墙[8-9]。按墙体厚约150 mm（120 mm 砖+水泥浆）计算，隔离4 个墙面的厚度累计约600 mm，防护当量明显大于2 mmPb。另外，射线剂量与距离的平方成反比，距离X 射线源12 m 处为距离1 m 处所受辐射剂量的1/144[10-11]。而且曝光时，操作技师撤离方向与射线束方向反向，可见12 m 位置是安全的。所以建议在床边DR 所在房间外走廊约12 m 处曝光，既能保证技师的安全，又可充分保证无线接收有效率。

2.1.2 延时开关模块

采用Jayos 牌YS-RT1T 型延时开关模块，该模块体积：50 mm×35 mm×22 mm，工作电压：DC 12 V，工作电流：68 mA，工作温度：-20~70 ℃；输出端负载电压：DC 0~14 V 或AC 0~125 V，输出端负载电流小于11 A。模块通电后继电器不会马上吸合，延至预设时间后继电器吸合，只要模块不断电，吸合状态即可持续保持。该模块通过拨码进行延时设置，设置时间为2 s。延时开关模块实物图如图3 所示。

图3 延时开关模块实物图

2.2 模块连接方法

曝光手闸Ⅰ挡、Ⅱ挡相当于2 个开关，Ⅰ挡、Ⅱ挡均有2 个触点。本研究中用1 个无线接收模块的负载端口代替手闸Ⅰ挡的端口，用延时开关模块的输出端口代替手闸Ⅱ挡的端口。在医疗领域用电磁继电器代替手闸非常普遍[12]。

无线接收模块、延时开关模块统一采用DC 12 V供电，直接从床边DR 的电池取电。2 个无线接收模块由1 个遥控器同时控制，即一拖二方式。具体连接方法：2 个无线接收模块的电源正极（+）与床边DR 电池的正极（12 V+）相连，无线接收模块的电源负极（-）、延时开关模块的电源负极（GND）与床边DR 电池的负极（12 V-）相连。第一无线接收模块的负载正极（P+）与床边DR 电池的正极（12 V+）相连，第一无线接收模块的负载负极（P-）与延时开关模块的电源正极（12 V+）相连。第二无线接收模块的负载正极（P+）、负载负极（P-）与手闸Ⅰ挡的2 个端口相连。延时开关模块的输出公共端（COM）、常开端（NO）与手闸Ⅱ挡的2 个端口相连。具体接线及拨码设置示意图如图4 所示。

图4 模块接线及拨码设置示意图

由模块连接方法及工作原理可知：持续按下遥控按钮时，2 个无线接收模块同时收到信号，负载端口导通。第二无线接收模块通过手闸Ⅰ档端口接通曝光准备电路，启动曝光前的准备；第一无线接收模块通过延时开关模块经2 s 的延时后启动曝光。松开遥控按钮，无线接收模块、延时开关模块停止工作。整个曝光过程需要持续按住遥控按钮4~5 s，按下遥控按钮3 s 内松开，曝光会终止。观察到患者配合欠佳，3 s 内松开遥控按钮可终止检查。

2.3 遥控曝光测试

将各模块连接好后，由模块引出的手闸Ⅰ挡、Ⅱ挡端口控制线不能立即接入DR 对应手闸插口，需先进行测试，以保证模块能够按照设计工作。先将模块接床边DR 12 V 电源，调万用表至蜂鸣挡，将两接触笔连接第二个无线接收模块负载端，当按下遥控按钮约1 s，可听到万用表发出蜂鸣声，代表负载端口间导通。松开遥控按钮，将万用表的两接触笔连接至延时开关模块输出端，当按下遥控按钮约3 s，测到延时开关模块输出端口间导通。以上结果代表模块工作正常。然后，将无线接收模块、延时开关模块放于电路盒内固定，与医学工程科高级工程师协同将模块的相应端口连接移动DR 的手闸插口。模块供电线、模块引出的手闸端口控制线由原手闸线出口通过，将电路盒用双面胶固定于床边DR 面板适当位置。

3 可视化遥控曝光临床使用效果

采用可视化遥控曝光技术前，操作技师设置好床边DR 检查参数，为患者摆好体位后，要在设备旁边启动定时曝光程序，或者利用拉线手闸远离设备曝光，避免受到辐射。曝光时无法得知患者配合情况，图像质量难以保证。

采用可视化遥控曝光技术后，操作技师设置好床边DR 检查参数，为患者摆好体位后远离设备，利用手机App 观察患者，并在必要时通过语音对讲要求患者配合，伺机遥控曝光[13]。如果出现患者不配合或意外情况，操作技师能第一时间获知，可立即松开遥控按钮终止曝光并采取必要行动。同时现场视频会自动存储，可根据需要用手机调取。采用可视化遥控曝光技术前后区别见表2。

表2 采用可视化遥控曝光技术前后比较

收集可视化遥控曝光技术使用前后各150 例患者检查情况，临床效果对比见表3。采用可视化遥控曝光技术，有2例患者未曝光成功，考虑为刚采用该技术时操作者按下遥控器时间不足导致。提醒操作技师遥控器按下必须持续4~5 s 后，未再出现曝光失败病例。床边胸部DR 检查需要患者吸气后屏气曝光，获得肺部充气状态影像，方可得到较好的诊断效果。床边DR 检查多为病重患者，采用可视化遥控曝光技术，屏气配合率达到52.00%，属于比较高的配合率。采用传统的定时、手闸模式时，曝光成功率可达到100.00%，但患者自由呼吸，随机曝光，无法获得肺部屏气状态影像，影响诊断质量。采用可视化遥控曝光技术前，一些患者意识不清，身体不受控制，曝光时经常出现患者体位移动、上肢挥舞遮挡视野等情况。采用可视化遥控曝光技术后，可在视频中观察患者配合情况，选择患者配合较佳时机曝光。发现患者身体移动后可终止曝光，重新摆位后再曝光，未再出现肺野受到遮挡等情况，图像质量得到了保证。

表3 不同曝光模式临床效果对比

4 结语

本研究通过选用简单的电子模块并进行连接，使传统床边DR 实现了可视化遥控曝光功能，可于检查中实时观察患者情况，必要时可通过语音对讲提醒患者配合，在最佳时机遥控曝光[14]。采用该技术有利于保障患者安全、提高检查成功率及检查质量，并可减少操作技师所受辐射伤害。本设计中采用钥匙型遥控器，便于携带，使用极为便利。持续按下遥控按钮电路才会工作，可避免意外点动按钮导致曝光的安全隐患；需要终止曝光时，立即松开按钮即可，符合临床安全操作要求。

本研究所选模块性能稳定，广泛应用于遥控灯具、无线测温、遥控车、汽车延时电路、X 射线机延时电路等，在医疗领域也广泛应用[15-16]。而且所选无线接收模块待机电流很小，非常省电，适合应用于移动设备。另外，实施方案无需编程，安装简单，稍有电路基础者即可实现，容易普及，可使更多老设备升级迭代，具有较好的推广价值。

本设计不足之处在于不熟悉模块特点的操作者容易因按下遥控器时间不足导致曝光失败。在下一步的工作中，将进一步研究增加遥控反馈设计，通过遥控器感知设备是否曝光完毕，而不用担心按下遥控器时间不足，以进一步提升操作者的使用体验。