分析醫(yī)用診斷X射線機(jī)高頻高壓發(fā)生器的研制

蔡建芬

摘要：高頻高壓發(fā)生器作為X射線機(jī)不可或缺的部件，在一定條件下可以提供給高壓球館直流高壓以保證輸送出來能力比較集中的X射線，并且直流高壓值是X射線存在的重要參數(shù)。在使用醫(yī)用X射線機(jī)的過程中，對于不同的個體體型和人體部位發(fā)生作用時，一般都需要依靠不同等價(jià)的球管電壓來實(shí)現(xiàn)對X射線輻射量的實(shí)時控制。因此，分析醫(yī)用診斷X射線機(jī)高頻高壓發(fā)生器的研制具有現(xiàn)實(shí)意義，對輸出來管電壓的限制條件是可充分調(diào)節(jié)和具有超高精確度。

關(guān)鍵詞：醫(yī)用診斷X射線機(jī)；高頻高壓；發(fā)生器；研制

隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的日益進(jìn)步，現(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)已經(jīng)獲得長足發(fā)展，在臨床診斷疾病過程中發(fā)揮出來的醫(yī)療輔助作用越來越明顯，各種疾病在臨床中的診斷更加依賴醫(yī)療設(shè)備。X射線機(jī)作為一種醫(yī)療輔助設(shè)備已經(jīng)在臨床診斷中得到廣泛應(yīng)用，對于臨床醫(yī)師診斷各種疑難雜癥提供信賴的技術(shù)支持[1]。高頻高壓發(fā)生器是X射線機(jī)必不可少的部件，有效將燈絲電流和直流高壓提供給高壓球管。但是，現(xiàn)階段我國大多數(shù)醫(yī)院國產(chǎn)醫(yī)療設(shè)備運(yùn)用的仍然是中頻X射線設(shè)備，因此加強(qiáng)研制X射線機(jī)高壓高頻發(fā)生器影響深遠(yuǎn)，有利于提升我國X射線設(shè)備的使用性能。

1 系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì)

Norstar可調(diào)高頻高壓發(fā)生器系統(tǒng)的組成主要包括三部分，及電源、高壓和采樣控制模塊。高壓模塊的電路主要是由高壓變壓和低壓整流電路構(gòu)成的，在一定程度上可以依靠高頻升壓變壓器作用使得低壓交流電壓向著高壓方向轉(zhuǎn)變，其中經(jīng)過倍壓整流濾波電路后所得到的直接就是高壓正、負(fù)直流，從而有效將陰陽極高壓提供給X射線機(jī)球管兩端口，兩者之間的比較正好造成誤差信號電流在系統(tǒng)開關(guān)特定頻率方向上的轉(zhuǎn)換，最后在驅(qū)動電路的支持下有效控制有橋式逆變電路所輸出的高壓電。

2 系統(tǒng)硬件模塊的設(shè)計(jì)

2.1 逆變電流模塊

主要從整流濾波電流和橋式逆變電路兩個方面開展模塊的設(shè)計(jì)，前者是依靠三相整流橋和電容濾波有效使得380V交流電轉(zhuǎn)變成550V的直流電壓，然后將其全橋LCC，在實(shí)現(xiàn)兩種并聯(lián)和串聯(lián)后逆變和諧振幅為高頻電路。后者主要是由開關(guān)管、諧振電容和電感、負(fù)載所組成，其中負(fù)載電阻和諧振回路組合成分壓器，實(shí)現(xiàn)一定程度上阻斷開關(guān)和通斷頻率等有效改變，極大地改變了負(fù)載上的電壓。與此同時，開關(guān)管阻斷實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一條件下橋臂開關(guān)180幅度的互補(bǔ)通管，從而開通或者關(guān)斷了位于橋臂斜對角上的兩只開關(guān)。開關(guān)管本身就是有關(guān)工作頻率和振頻率相一致的工作頻率。

2.2 高壓模塊設(shè)計(jì)

主要從高壓升壓電路和倍壓整流電路兩個方面來敘述。從橋式逆變電路所輸出的高頻方波幅度值無法滿足實(shí)際活動中X射線機(jī)球管所需要的高壓值，以此有效依靠兩組完全相同的高壓變壓器，主要通過升壓將實(shí)際的需要高頻方波中得到。經(jīng)過高壓電流回路修整以后直接高效獲取到X射線管的陰陽兩極[2]。升壓變壓器的磁芯材料主要應(yīng)用鐵氧體，能夠最大限度滿足高頻率的工作，同時有效減少變壓器繞線的多樣化匝數(shù)。倍壓整流電路主要是依靠兩組二倍壓整流電路，有效將高頻方波電壓整流輸出出去，以此滿足了X射線機(jī)中射線機(jī)球管所需要的陰陽兩極高壓值。當(dāng)二倍壓整流回路上的最高電壓都不能滿足實(shí)際工作需要時，骨將三個二倍壓電路相互串聯(lián)，來使得工作中的多項(xiàng)要求得到滿足，但是分布不均勻的二倍壓容易發(fā)揮時能擊穿等情況，所能承受的工作最高電壓超出2倍值，最高耐壓值和實(shí)際工作相比較也具有差異性。

3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)初始化程序、A/D和D/A數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序構(gòu)成了系統(tǒng)軟件的主要部分。從分析個體構(gòu)造來看，系統(tǒng)初始化程序有效實(shí)現(xiàn)了將I/O端口、時鐘和串口通信優(yōu)化配置；A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化程序主要的責(zé)任是將收集到的模擬信號加以成功處理，直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后將它們交由微控制器中加以科學(xué)化、系統(tǒng)化處理。最后是對D/A數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序設(shè)置好相適應(yīng)的輸出電壓，成功轉(zhuǎn)變成預(yù)置電壓。主控機(jī)會提前設(shè)置好X射線管所需要的電壓，然后經(jīng)由串口最后成功傳送到Norstar中[3]，然后將原來設(shè)置好的存儲器讀取出電壓輸出參數(shù)，嚴(yán)格控制住由12位DAC所輸送出來的電壓，這種輸出的電壓是作為逆變頻率來嚴(yán)格控制實(shí)現(xiàn)的。通過反饋和預(yù)置參考電壓值相聯(lián)合起來，可以有效得到誤差信號，最后依靠PFM來調(diào)制實(shí)現(xiàn)驅(qū)動逆變電路。

4 系統(tǒng)測試和分析誤差

測試取樣電壓最主要的是依賴于數(shù)字電壓表，參照實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在設(shè)計(jì)過程中所得到的X射線機(jī)高頻高壓發(fā)生器所輸出的球管陰陽兩極之間的高壓控制其誤差在5%以下，和設(shè)計(jì)所做出的要求相符合。因此，利用PFM所調(diào)節(jié)的高壓控制法會在一定程度上應(yīng)用中小頻高壓發(fā)生器，因此對于發(fā)生器所輸出的電壓進(jìn)行自動調(diào)整和精準(zhǔn)控制，直接會將平整的直流電壓提供給X射線機(jī)球管，這種情況就是逆變電源模塊中的整流濾波和橋式逆變電路

5 結(jié)語

綜上所述，本文主要分析了醫(yī)用診斷X射頻線機(jī)，高頻高壓發(fā)生器的研制，從對系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì)、系統(tǒng)硬件模塊的設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，在這種基礎(chǔ)開始進(jìn)行深入思考，并且對系統(tǒng)開始進(jìn)行測試，簡單對誤差做出分析，最后對我國現(xiàn)階段的醫(yī)療輔助設(shè)備發(fā)揮出更大作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]張廣鵬.醫(yī)用診斷X射線機(jī)高頻高壓發(fā)生器的研制[D].南方醫(yī)科大學(xué)，2013.

[2]李烜，張晶.醫(yī)用診斷X射線機(jī)高頻高壓發(fā)生器的研制[J].今日健康，2015（9）：384-384.

[3]李長俊，張龍，曾小寶.基于STM32的醫(yī)用X射線機(jī)高頻高壓發(fā)生器的研制[J].計(jì)算機(jī)測量與控制，2015，23（8）：2911-2914.