X射线诊断机在EMC测试中的同步控制设计

丁洪斌

辽宁省医疗器械检验所，沈阳市，110179

0 引言

由于医疗X射线诊断机采用的是间歇加载连续工作模式，即X射线诊断机未加载时系统荷载部件处于非工作状态。电磁兼容（EMC）要求在进行EMC测试时X射线诊断机处在工作状态。现常用的方法是人工控制两个系统进行测试。由于电磁兼容（EMC）测试系统为自动测试过程，人工控制的做法导致测试结果重现的概率不到50%，且测试过程趋于复杂，增加了测试时间、测试人员的操作量、数据记录量等，对用户及检测机构均有不同程度损失。

1 同步控制技术

电磁兼容测试由测试系统和被测产品构成。测试系统硬件由接收机、天线、转台和天线塔控制器等构成，系统中的测试软件是标准控制模型，测试时被测产品水平方向360o旋转，测试天线在垂直位置(1～4) m移动，整个测试是一个连续自动的控制过程。

X射线诊断机要求在这种测试条件下工作，由人工控制“手闸”曝光完成全部测试。

目前各EMC系统软件商对医疗行业的这种专业需求没有适用产品，X射线诊断机这种专业的工作模式在产品类别中具有一定代表性，EMC系统软件功能与X射线诊断机这种间歇加载连续工作方式极大的影响了产品测试，增加了测试结果重现的难度。

通过对两个系统工作状态分析，聚焦在如何将人工控制X射线诊断机曝光过程与电磁兼容测试系统结合在一起并实现同步控制上。

2 EMC测试同步控制设计

现行的EMC测试软件不支持被测设备控制功能，在EMC测试软件中增加相关联动控制设计是本设计的核心之一。“手闸”控制装置是控制X射线机工作的一个核心部件。

2.1 X射线机工作条件确定

X射线机按与网电源的连接方式分类有永久性安装型：CT机、胃肠检查X射线机、心血管检查X射线机；非永久性安装型：牙科诊断X射线机。按设备的固定方式分类有固定安装式：悬吊式的X射线摄影设备；移动式：床旁边式X射线摄影设备。

EMC测试需要按产品类别选择X射线机的基础加载条件，按照X射线管组件的最大连续热耗散值来进行设定。按X射线球管工作特性曲线及球管组件工作特性曲线最大功率点设置曝光参数，确保曝光过程与EMC软件同步工作。

球管组件工作条件设置依据：IEC60613-2010医疗诊断用X射线管组件的电气和负载特性，如图1所示。

考虑X射线是在曝光瞬间完成的特点，将X射线机选取3组典型设置，这样在X射线曝光条件下可获得EMC测试骚扰最大值。

2.2 同步控制软件设计

在标准EMC测试系统软件的控制程序及操作界面中增加如下设计：

图1 150 kVA X射线球管工作特性曲线Fig.1 150 kVA X-ray tube operating characteristic curve

(1) X射线机曝光参数设置；

(2) X射线机曝光过程控制；

(3) X射线机曝光同步EMC测试；

(4) X射线机急停控制；

(5) 结束曝光控制返回测试通用模式。

X射线机曝光控制软件程序及操作界面嵌入到EMC测试软件程序后，EMC测试软件按标准GB 4824-2004要求分别读取：测试限值设置、软件功能设置和X射线机曝光自动“手闸”控制装置设置，程序完成按X射线机要求的测试。

2.3 同步控制流程

EMC测试及X射线机曝光同步控制流程如图2所示：

图2 EMC测试及X射线机曝光同步控制流程图Fig.2 EMC testing and X-ray machine exposure synchronization control flowchart

EMC测试软件嵌入X射线机曝光控制功能后，EMC测试及X射线机曝光两个独立软件流程得到同步控制，即：X射线机启动旋转阳极曝光同时EMC系统完成测试并记录。联动的测试过程没有人工干涉，测试软件实现了EMC记录的任意复现。

2.4 EMC测试系统增加的硬件

硬件部分由“手闸”控制装置及接口构成。

2.4.1 “手闸”控制装置设计

控制要求：模拟人工加载曝光控制过程；

(1) 功能及要求设计

行程范围：0～30 mm；

模拟手指：带压力传感器的行程触头，直径15 mm；

异常保护：触头压力大于18 N时行程控制自动停止，并返回原点；

复位控制：返回原点；

运行检查：按“模拟运行”验证运行设置，测试保存的设置；

曝光：模拟人工加载曝光控制；

记忆功能：10组手闸型号

传输方式：GPIB或RS 232；

供电方式：电池（12 V DC）；

充电功能：220 V AC。

(2)“手闸”控制装置流程

“手闸”控制装置流程如图3所示：

图3 “手闸”装置控制流程图Fig.3 Handbrake device control flowchart

常用机型控制：按X射线机曝光要求在单片机寄存器内存储了10组固定设置，在“手闸”控制装置的操做面板读取这些设置，“手闸”控制装置通过远程同步完成了X射线机曝光过程。

任意机型设置：在“手闸”控制装置操作面板直接输入新的曝光参数并保存。

“手闸”控制装置的验证：在操作面板读取任意程序，按“测试”键，可直接测试控制装置的运行情况。

“手闸”控制装置内的单片机及控制电路从芯片选择到PCB设计充分考虑了电磁骚扰对整个系统的影响，控制装置整机测试结果30 MHz～1000 MHz范围内最大辐射骚扰值均低于标准GB 4824要求15 dBμV以上。

(3) 控制装置的电路部分

STC90C51单片机及外围电路、步进电机、电机驱动、压力传感器、薄膜键盘及USB接口控制器等。

图4 “手闸”执行机构流程图Fig.4 Handbrakeexecutive flowchart

(4) 控制装置的机械部分

“手闸”固定装置、涡轮蜗杆传动装置、压力触发装置等。

“手闸”执行机构流程如图4所示。

2.4.2 系统接口及信号传输

端口转换器，端口转换器设计采用的是USB/RS485光纤转换器，计算机侧的信号经USB接口转接至光纤收发器，控制指令通过光纤传输至“手闸”控制装置。“手闸”控制装置用计算机的USB接口完成了高速RS-232/485端口的数据通讯。

通过光纤传输转换器再还原的信号，“手闸”控制装置按测试软件发出的同步指令执行相应的曝光操作。

由于传输是光信号不存在导电性，光纤在电波暗室内不会产生额外的骚扰且有很强的抗骚扰能力。

3 总结

X射线诊断机在EMC测试中的同步控制在测试及控制全过程实现了转台、天线及被测设备的联动循环控制。EMC软件在同步控制状态下采集X射线机工作数据完成QP、AV测试，记录汇集了全部的数据，任意点的结果经重复标定数据即可复现。

过程设计特点是EMC整个测试过程联动了X射线机。测试控制过程不改变产品出厂原始状态，测试的每一个过程均包括X射线管的旋转阳极预热、X射线机曝光的全过程。一次相对位置确定后直接进行QP、AV测试，测试结束后数据自动处理成符合要求的记录，极大地保持了数据的完整性和数据的可重复性，减少了操作人员的繁琐控制，提高了测试质量和效率。

两个系统实现了同步自动控制，避免了X射线机测试时需要有人要在电波暗室中操作的过程，使测试更安全。