专利名称：X射线静电扫描仪的制作方法
技术领域：
本实用新型公开了一种X射线静电扫描仪。它是一种新的X射线静电成像设备，属于医疗仪器技术领域，也属于摄影仪器技术领域，还属于光电仪器技术领域。
X射线静电摄影技术是利用硒版独特的光电特性记录X射线透射影像的，基本过程是硒版的充电—曝光—显影—转印—定影。关于静电摄影原理，美国施乐(Xerox)公司的MerlinScharfe曾有专著(Electro-photography Principles and Optimization，Research StudiesPress LTD.，England，1984)，由于硒版独特的光电特性以及静电摄影的“边缘效应”和宽容度大等特点，其获得的图像比普通感光胶片和光电摄影具有更高的分辨率，且很容易显示出大平面X射线摄影透射影像的细节。因此，X射线静电摄影技术在放射医学临床诊断(特别是乳腺癌的早期诊断)、无损探伤、体育选才和科学研究等领域有广泛的应用。目前，国内已有的X射线静电成像设备是X射线静电摄影机(中国专利ZL90223283.5)，或称干版机，这种设备与普通胶片X射线照相和光电摄像比较，具有以下明显优点其获得图像比普通感光胶片和光电摄像具有更高的分辨率与胶片照相比较，其操作方便、迅速，成本低，不需要观片灯，不需要暗室显影、定影，非常适用于军队战时和野外工作等流动场所；可节约大量胶片所需要的白银；用钼靶软X射线摄影临床诊断早期乳腺癌，在显示乳头、乳晕、皮肤、皮下脂肪、导管、腺体组织、结缔组织、血管和乳后间隙等细节方面均优于胶片。但是也存在以下问题成像重复性较差；显影过程中由于采用雾状显影法，色粉靠静电力吸附成像，吸附力必须较大，因此，硒版必须充上足够高的电位，为了使硒版曝光后产生较大的电位差，从而得到反差较大的图像，其曝光剂量一般略大于胶片所需剂重，使得这种设备难于推广；没有采用计算机技术，图象处理能力较低，自动化程度不高，不便管理。
分析上述情况，如果仍然采用传统的静电摄影过程，即硒版的充电—曝光—显影—转印—定影，则X射线静电摄影技术就很难克服曝光剂量大的缺点，但X射线静电摄影技术又具有普通胶片照相无法比拟的优点。本实用新型的目的是充分发挥X射线静电摄影技术的应用优势，力图克服上述X射线静电摄影机(或干版机)存在的问题，设计一种X射线静电扫描仪，它从根本上革新上述传统的静电摄影过程，采用一种新的静电成像原理，其基本过程应该是硒版的充电—曝光—静电传感器—接口—计算机—图像处理，它仍利用硒版对X射线独特的光电特性，保留充电过程，应采用静电传感器技术将硒版经曝光后的表面电位分布由静电传感器转换成电压信号，再经放大电路和接口电路输入至计算机进行图像处理。它应能用静电传感器技术取代色粉显影，而静电传感器具有很高的灵敏度，微小的表面电位即可以探测出来，因此，应能使充电电位，特别是X射线剂量大大降低，能达到甚至远低于胶片照相所需要的剂量，再者计算机具有很强的图像处理能力和很高的分辨率。所以，这种X射线静电扫描仪，应能够既克服胶片照相需要暗室进行显影、定影，需要观片灯，不适用于流动场所的缺点，又能克服传统的X射线静电摄影机(干版机)用色粉显影，曝光剂量较大，自动化程度不高和重复性较差的缺点，从而真正达到实用、普及和完全取代胶片X射线照相的目的。
本实用新型的目的是这样实现的X射线静电扫描仪分为充电室(1)、机械扫描室(2)、静电传感器(3)、主电路板(4)、接口电路板(5)和计算机(6)六个部分，如图1所示。其中机械扫描室和充电室分别安装在本扫描仪主机箱内的上、下方，形成两个独立的小暗室。静电传感器固定在机械扫描室的扫描机构上，主电路板置于两个小暗室之间，接口电路板插在计算机主板的扩展槽内。
充电室如图2所示，本室产生电晕放电过程，使硒版带上足够、均匀的静电荷，它是获得高质量影像的保证，它由四层结构接顺序组成金属薄板(7)、平行等间距排列的金属电极丝(8)、细密的铜栅网(9)、放置硒版用的导轨(10)。彼此间接一定距离平行安置，金属电极丝上加1～8千伏范围的直流高压，电极丝之间的距离经优化设计使产生的电场分布最均匀，金属薄板和铜栅网也是为了电场的均匀性而设计的，并通过一个几十兆的电阻接地，采用这种结构充电后，经测试，硒版的表面电位波动小于5％。充电室除了在面版上开有供硒版进出的窗口外，其余各面对光进行了屏蔽，实际上形成了一个微型暗室。
机械扫描室由图3所示，它在计算机程序控制下，由扫描驱动电路(14)驱动伺服电机(11)、(12)，使得固定在传动机构上的静电传感器沿X、Y两个方向进行逐行扫描，静电传感器与硒版表面的距离控制在1-5mm以内。同充电室一样，机械扫描室也采取蔽光措施，形成一个微型暗室，只在面版上开一个窗口供硒版进出。
静电传感器结构及电路由图4示意，它是本扫描仪的关键部件。它采用专用静电计级运算放大器作为核心器件。整个传感器和输入端进行了严格的屏蔽和抗干扰处理。本静电传感器的探头分辨率约100μm。
主电路板由高压发生电路(13)、扫描驱动电路(14)和控制电路(15)三个单元组成，如图5所示。高压发生电路采用改变低压来调节高压输出的方法，其高压输出在1～8千伏范围内继续可调。扫描驱动电路是采用放大测量回路送来的偏差电压以驱动伺服电机(11)和(12)，从而使偏差趋向于零。控制电路由一组继电器组成，由计算机程序进行控制，依次完成扫描仪的充电，扫描功能。
接口电路板如图6所示，由2路12位D/A转换器(16)、7路8位A/D转换器(17)、4路开关输入和2路开关输出的I/O口(18)组成。每路开关输入或输出均为20mA电流环结构，D/A输出用于控制伺服电机的定位，A/D输入用于转换静电传感器输出的模拟信号成为数字信号，其它开关输入和输出量均起控制作用，本接口板通过两个D型插头和外设相连。通过接口电路，计算机程序可控制扫描驱动电路和传动机构，驱动静电传感器对硒版做768行的逐行扫描，每行等间距地采集1024个数据，使之与计算机显示器的分辨率要求一致。
图1是X射线静电扫描仪整体结构示意图；图1中，1-充电室；2-机械扫描室；3-静电传感器；4-主电路板；5-接口电路板；6-计算机；图2是充电室结构示意图；图2中，7-金属薄板；8-平行等间距排列的金属电极丝；9-细密的铜栅网；10-放置硒版用的导轨；图3是机械扫描室结构示意图；图3中，11-伺服电机；12-伺服电机；图4是静电传感器结构及电路示意图；图5是主电路板原理框图；图5中，13-高压发生电路；14-扫描驱动电路；15-控制电路；图6是接口电路板原理框图；图6中，16-2路12位D/A转换器；17-7路8位A/D转换器；18-4路开关输入和2路开关输出的I/O口。
实施例本X射线静电扫描仪由充电室、机械扫描室、静电传感器、主电路板、接口电路板和计算机六个部分组成。本扫描仪主机箱的外观尺寸为400×480×500mm，主机箱内的上、下方分别安装机械扫描室和充电室两个独立的小暗室，中间安装主电路板，静电传感器固定在机械扫描室内的传动装置上，并能自由地沿X、Y两个方向运动。
充电室内四层结构分别按一定距离平行顺序安置，金属电极丝彼此间的距离按优化设计要求平行等间距地固定，四层结构分别安装在两个绝缘的长方形框架上，该框架插入到两个平行绝缘的导轨内，导轨固定在机箱上。
机械扫描室中，X、Y方向的两个伺服电机参数分别选用3W，18V；5000转/分和1.5W，12V；5000转/分。传动装置均用尼龙绳连接，一方固定端可在一定距离范围内调节，静电传感器固定在传动装置的滑动杆上。
静电传感器的屏蔽工艺非常重要，屏蔽的好坏直接影响到静电传感器的输出信号，故要对整个静电传感器和输入端作接地处理，以防止外界电磁信号的干扰。
计算机的控制程序和数据采集程序均在Windows环境下，用低级语言和高级语言混合编程，计算机选用486以上机型，以满足支撑软件的需要。
权利要求1.一种X射线静电扫描仪，其特征在于它由充电室(1)，机械扫描室(2)、静电传感器(3)、主电路板(4)、接口电路板(5)和计算机(6)六个部分组成；机械扫描室和充电室分别安装在本扫描仪主机箱内的上、下方，形成两个独立的小暗室。静电传感器固定在机械扫描室的扫描机构上，主电路板置于两个小暗室之间，接口电路板插在计算机主板的扩展槽内。
2.按权利要求1所述的X射线静电扫描仪，其特征在于充电室由金属薄板(7)，平行等间距排列的金属电极丝(8)，细密的铜栅网(9)，放置硒版用的导轨(10)组成；四层按一定距离平行顺序安置，金属电极丝上加上≥1到8千伏范围的直流高压，金属薄板和铜栅网通过一个几十兆的电阻接地，硒板表面电位的波动小于5％；充电室在面版上开有一个供硒版进出的窗口，其余各面对光屏蔽，构成一个微型暗室。
3.按权利要求1所述的X射线静电扫描仪，其特征在于机械扫描室由伺服电机(11)、(12)和传动机构组成，静电传感器固定在传动装置上，可沿X方向和Y方向自由运动；静电传感器与硒版表面的距离控制在≥1到5mm，机械扫描室也构成一个微型暗室。
4.按权利要求1所述的X射线静电扫描仪，其特征在于本扫描仪所用的静电传感器采用专用静电计级运算放大器作为核心器件，整个传感器和输入端进行严格的屏蔽和抗干扰处理，静电传感器的探头分辨率约100μm。
5.按权利要求1所述的X射线静电扫描仪，其特征在于主电路板由高压发生电路(13)，扫描驱动电路(14)和控制电路(15)组成，高压发生电路输出≥1到8千伏直流电压，供充电所用，扫描驱动电路由计算机程序控制，使静电传感器沿X-Y二维平面做逐行扫描，控制电路由计算机程序控制一组继电器，控制本扫描仪依次完成充电、扫描功能。
6.按权利要求1所述的X射线静电扫描仪，其特征在于接口电路板由2路12位D/A转换器(16)，7路8位A/D转换器(17)、4路开关输入和2路开关输出(18)组成。每路开关输入或输出均为20mA电流环结构，D/A输出用于控制伺服电机的定位，A/D输入用于转换静电传感器输出的模拟信号成为数字信号，其它开关输入和输出量均起控制作用，本接口板通过两个D型插头和外设相连。
专利摘要一种X射线静电扫描仪,由充电室、机械扫描室、静电传感器、主电路板、接口电路板和计算机六个部分组成。其特征是把一种新型静电传感器应用于X射线静电摄影技术。它可广泛应用于X射线临床医学(特别是乳腺癌的早期诊断)、无损探伤、体育选才、科研等领域,具有成本低,成像速度快,曝光剂量小,分辨率高,不需暗室、观片灯,适合流动作业,便于图像处理及管理等优点,可完全取代胶片照相,具有极大的应用市场和显著的经济效益。
文档编号A61B6/03GK2289357SQ9720945
公开日1998年8月26日 申请日期1997年3月14日 优先权日1997年3月14日
发明者李凯扬, 钟桂荣, 曾庆音, 刘娟, 刘均堂, 刘涛, 李莉 申请人:武汉大学