CN104306014A - 一种胶片式全景齿科x线机的数字化升级装置 - Google Patents

Abstract

一种胶片式全景齿科X线机的数字化升级装置，属医疗仪器数字化技术领域。其包括片盒速度扫描装置，基于TDI CCD的X线探测器，视频信号AD转换上传装置，PC显示平台和供电电源。用片盒速度扫描装置扫描现有胶片式全景齿科X线机扫描片盒的运动，然后把扫描得到的速度信号传入到基于TDI CCD的X线探测器，处理后的运动信号则驱动传感器TDI CCD的内部电荷的转移；X线探测器输出的信号进入视频信号AD转换上传装置进行信号的模数转换并传输到PC平台，PC平台对模数转换后的文件进行存储并显示。本发明提供的胶片式全景齿科X线机的数字化升级装置将国内现有的胶片齿科全景机进行数字化升级，不仅节约成本，还可与国内现有胶片式齿科全景机厂商合作提供技术支持。

Description

一种胶片式全景齿科X线机的数字化升级装置

技术领域

本发明涉及了一种X线机的数字化升级装置，特别是一种胶片式全景齿科X线机的数字化升级装置。

背景技术

齿科全景X线成像设备是医院口腔诊疗中广泛使用的成像设备，可以对人体全口牙齿进行拍摄，得到牙齿、牙周组织及其相邻解剖结构的体层摄影图像。根据X线接收器的不同，齿科全景X线成像设备可分为胶片暗盒式X线全景机、IP板式成像X线全景机和电荷耦合器件式X线全景机。胶片暗盒式X线全景机是最传统的成像方式，它由增感屏、感光胶片和暗盒组成，需要经过显影、定影、冲洗和烘干的步骤得到图像，操作复杂且有一定的化学污染；IP板式成像X线全景机属于一种间接成像方式，需要通过激光扫描仪将IP板扫描后得到数字图像，虽然无需洗片提高了效率，但操作仍复杂，耗时长，且辐射剂量大；数字化X线全景机可把接收到的X线直接转换成图像数据，无需暗室化学处理、成像速度快、成像分辨率更高，且辐射剂量更小。

目前，国内齿科全景X线成像设备处于更新换代的阶段，数字化成像是发展的趋势，大中小型医院主要采取国外进口的方式，而多数中小型医院仍使用传统的胶片暗盒式X线全景机。本发明提供的X线机的数字化升级装置可对国内现有的胶片暗盒式X线全景机或IP板式成像X线全景机进行数字化升级改造,极大的节约成本。

发明内容

用于对现有医院胶片式全景齿科X线机进行数字化升级，其特征在于：包括片盒速度扫描装置，基于TDI CCD的X线探测器，视频信号AD转换上传装置，PC显示平台和供电电源；用片盒速度扫描装置扫描现有胶片式全景齿科X线机扫描片盒的运动，然后把扫描得到的速度信号传入到基于TDI CCD的X线探测器，其核心芯片CPLD对于运动信号进行处理，具体处理办法是通过CPLD内部编程实现。光栅尺输出的运动信号为脉冲信号，具体便是机械片盒每走过4um光栅尺输出一个脉冲；CCD的像元是48*48um，即CCD内部电荷转移一次走过48um，这样只有使得片盒每走过48um产生一个脉冲触发CCD电荷转移一次，才能使得胶片运动和CCD的电荷转移同步。处理办法就是对光栅尺直接的输出信号进行12倍计数，使得光栅尺触发脉冲由原来的4um一个脉冲变为48um一个脉冲；其次由于片盒运动采用的是步进电机，则必然会有抖动，这样使得光栅尺输出信号受到抖动的干扰，这样信号处理程序部分也要有一个消抖模块。处理后的运动信号则驱动传感器TDI CCD的内部电荷的转移，对于片盒运动信号驱动CCD内部信号转移，则需要在CPLD编程产生CCD驱动信号的同时保留转移门控信号的可控输入端，其余CCD信号驱动程序则如常用定积分驱动程序(刘有军,陆建荣,刘荣黎,于苒.积分时间可调的TDI-CCD驱动电路:中国,实用新型专利.201120323369.8[p].2012.)，胶片运动信号控制CCD电荷垂直转移，以达到运动机构与TDI CCD电荷转移完全匹配的目的；其后X线探测器输出的牙齿有效信号进入视频信号AD转换上传装置进行信号的模数转换并传输到PC平台，PC平台对模数转换后得到的bin文件进行bmp格式存储并显示；供电电源为整个胶片式全景齿科X线机的数字化升级装置提供所需电压。

本发明提供的胶片式全景齿科X线机的数字化升级装置满足临床诊断要求，可对国内现有的胶片或IP板式齿科全景机进行数字化升级，且具有无污染，成像速度快，图像层次更丰富等优点，可直接用于中小型医院的胶片式全景齿科X线机改进，极大节约成本。

全景齿科X线机是基于曲面体层摄影原理设计，曲面体层摄影是根据齿科颌面部的解剖学特点，利用体层摄影原理和狭缝摄影原理而设计的一种一次曝光即可将全口牙齿投照在一张胶片上的摄影方法(韩丰谈,朱险峰.医学影像设备学(第2版)[M].北京:人民卫生出版社,2010:12-37)，这样就要求胶片式全景X线机片盒的运动必须与C型臂的旋转相互匹配才能使得成像点在人的牙弓曲线上，只有这样得到的牙齿口腔全景图才能清晰。本发明提到的数字化升级，其核心就是采用TDI CCD作为光电传感器，可直接将接收的X线转化成电信号，本设计则要求TDI CCD内部信号转移的速度与胶片的移动速度一致即可使本发明的装置与所改进的全景齿科X线机完全匹配，从而得到清晰地数字化图像。因此采用光栅尺扫描胶片的运动，进而触发TDI CCD内部信号的转移，使得CCD电荷转移速度与胶片运动速度完全一致。

光栅尺输出信号周期为其检测物体运动4um的时间，即胶片每走过4um光栅尺输出一个完整脉冲，加上机械运动会有抖动的可能，这样对于直接得到的光栅尺信号首先要进行去抖动处理。之后则要根据TDI CCD的电荷每次转移的距离48um对光栅尺输出信号进行12倍计数，这样便使胶片每运动48um输出一个脉冲信号，脉冲信号则用来触发TDI CCD内部信号的电荷转移，达到胶片与TDICCD运动完全一致；去抖动和计数处理通过CPLD芯片编程实现。

本发明将现有的胶片暗盒式X线全景机或IP板式成像X线全景机进行数字化升级具有如下优点及有益效果：本发明提供的全景齿科X线机的数字化升级装置使得X线曝光剂量小、曝光宽容度大、无需暗示化学处理过程、无需激光扫描器、图像动态范围广等。而且本发明提供的全景齿科X线机的数字化升级装置可直接对国内现有的胶片暗盒式X线全景机或IP板式成像X线全景机进行数字化升级改造，极大节约了成本，并使得原有的胶片式、IP板是齿科全景X线机得以循环利用，符合医用数字化影像的趋势。

附图说明

图1是本发明提供的X线机的数字化升级装置的结构框图。

图2是胶片式齿科全景X线机简易图及光栅尺固定方式示意图。

图3是光栅尺示意图。

图4是基于TDI CCD的X线探测器原理图。

图5是信号处理电路。

图6是TDI CCD驱动信号示意图。

图7是高速数据采集卡FCFR-USB9825原理图。

图中：1.升降滑架；2.转动横臂；3.片盒；4.光栅尺位置；6.磁栅条；7.读数头；8.X线发生源。

具体实施方式

本发明提供的胶片式全景齿科X线机的数字化升级装置包括片盒速度扫描装置，基于TDI CCD的X线探测器，视频信号AD转换上传装置，PC显示平台和供电电源。胶片式全景齿科X线机的数字化升级装置的结构框图如图1所示。包括五个部分，片盒速度扫描装置，采用光栅尺作为核心扫描片盒运动速度；基于TDI CCD的X线探测装置，主要采用CPLD内部编程实现：处理光栅尺传输速度信号，CCD驱动时序等；视频信号AD转换上传装置，主要完成信号的模数转换，上位机传输等工作；PC显示，实现计算机的图像显示、存储等工作；供电电源，供给各路模块电源。

片盒速度扫描装置主要由光栅尺组成，通光栅尺扫描胶片式全景齿科X线机的胶片运动得到其速度信号，具体实施方式是采用光栅尺固定于胶片式全景齿科X线机机械结构片盒位置如图2所示，光栅尺读数头固定于C型旋转臂上，光栅尺磁栅条固定于片盒位置，从而使其随片盒一起运动，光栅尺如图3所示。读数头读取胶片运动输出其速度信号U1，速度信号U1给入基于TDI CCD的X线探测器。

图2包括八个部分，升降滑架1，主要用于机械结构的升降；转动横臂2，即为C型臂，承载X线发生与接收装置；片盒3，为胶片式X线机的胶片装载；光栅尺位置4，为光栅尺的大概安装位置；磁栅条6，即为光栅尺磁栅条，安装于片盒上标有刻度，用于速度计算；读数头7，即为光栅尺读数头，读数头扫过磁栅条6，通过单位时间内扫过的刻度得到速度信号；X线发生源8，用于产生X线。X线探测器原理图如图4所示，其核心芯片EMP7512编程产生CCD驱动信号，驱动信号如图6，TDI-CCD需要的驱动信号包括八路垂直转移时钟(记为P1AVa、P1BVa、P2AVa、P2BVa、P1AVb、P1BVb、P2AVb、P2BVb)、八路水平转移时钟(P1AHa、P1BHa、P2AHa、P2BHa、P1AHb、P1BHb、P2AHb、P2BHb)、两路复位脉冲(记为RGa和RGb)，两路转移门控信号(记为TGa和TGb)，以及两路求和门控信号(记为SGa和SGb)，控制门控信号TG即可控制CCD的电荷转移。其后通过编程对于光栅尺的输出信号U1进行处理，处理包括常见的信号的12倍计数和消抖处理。

X线探测器还包括TDI CCD输出信号处理电路，处理电路采用常用的相关双采样原理设计(张林,李永新,胡学友.基于相关双采样技术的CCD视频信号处理研究[J].宇航计测技术,2007,27(2):34-37.)，用以对TDI CCD输出信号去除复位噪声。主要由一片CDS-1402和两个电位器R1、R2组成。所述信号U2分别接CDS-1402的3、4管脚；CDS-1402芯片的1管脚和9管脚分别接一个电位器R1、R2用于对输入电压进行补偿调节。CDS-1402的11、12管脚分别接EPM7512的SHP和SHD信号，对所述信号U2进行采样、保持后得到分别携带TDI CCD输出信号参考电平信息的信号High和信号电平信息的信号Low。CDS1402芯片的7、8管脚相连，6脚经电位器R3与8脚相连，使两路信号High和Low进行差运算，得到仅携带TDI CCD输出信号中像元信号幅值信息的输出信号U3，由22脚输出至下一级。

视频信号AD转换上传装置，采用现有高速数据采集卡FCFR-USB9825对CCD输出信号进行AD转换、FIFO存储、数据USB上传等功能；X线探测器输出信号U3接入采集卡输入端，采集卡内部原理如图7所示，信号经过采集卡的采集、处理后通过USB传输到上位机，PC机接到数据采集卡发送的数据编程进行图像的显示，并存储为医用bmp格式文件。

Claims (5)

1.一种胶片式全景齿科X线机的数字化升级装置，用于对现有医院胶片式全景齿科X线机进行数字化升级，其特征在于：包括片盒速度扫描装置，基于TDI CCD的X线探测器，视频信号AD转换上传装置，PC显示平台和供电电源；用片盒速度扫描装置扫描现有胶片式全景齿科X线机扫描片盒的运动，然后把扫描得到的速度信号传入到基于TDI CCD的X线探测器，其核心芯片CPLD对于运动信号进行处理，通过CPLD内部编程实现：光栅尺输出的运动信号为脉冲信号，具体便是机械片盒每走过4um光栅尺输出一个脉冲；CCD的像元是48*48um，即CCD内部电荷转移一次走过48um，这样只有使得片盒每走过48um产生一个脉冲触发CCD电荷转移一次，才能使得胶片运动和CCD的电荷转移同步；处理办法就是对光栅尺直接的输出信号进行12倍计数，使得光栅尺触发脉冲由原来的4um一个脉冲变为48um一个脉冲；其次由于片盒运动采用的是步进电机，则必然会有抖动，这样使得光栅尺输出信号受到抖动的干扰，这样信号处理程序部分也要有一个消抖模块；处理后的运动信号则驱动传感器TDI CCD的内部电荷的转移，对于片盒运动信号驱动CCD内部信号转移，则需要在CPLD编程产生CCD驱动信号的同时保留转移门控信号的可控输入端，其余CCD信号驱动程序则如常用定积分驱动程序，胶片运动信号控制CCD电荷垂直转移，以达到运动机构与TDI CCD电荷转移完全匹配的目的；其后X线探测器输出的牙齿有效信号进入视频信号AD转换上传装置进行信号的模数转换并传输到PC平台，PC平台对模数转换后得到的bin文件进行bmp格式存储并显示；供电电源为整个胶片式全景齿科X线机的数字化升级装置提供所需电压。

2.如权利要求1所述的胶片式全景齿科X线机的数字化升级装置，其特征在于：所述的片盒速度扫描装置采用光栅尺对胶片的运动进行扫描，这样可实时的提供胶片式X线机的胶片运动速度信号，并通过运动信号来触发TDI CCD内部的电荷转移，使整个***相互匹配，得到清晰的数字图像；磁栅条固定于X线机的片盒上，光栅尺读数头则固定于X线机C型臂上，这样片盒带动磁栅条与读数头有一个相对运动，这样光栅尺便可扫描出片盒的运动速度。

3.如权利要求1所述的胶片式全景齿科X线机的数字化升级装置，其特征在于：所述的片盒速度扫描装置得到的运动信号因为胶片式机械运动会有颤振使得直接得到的运动信号会有抖动，这样便需要片盒速度扫描装置后的X线探测器的核心芯片CPLD通过编程对片盒运动信号进行去抖动处理，抖动处理通过CPLD芯片编程实现，消抖处理借鉴常见按键抖动处理办法。

4.如权利要求1所述的胶片式全景齿科X线机的数字化升级装置，其特征在于：基于TDI CCD的X线探测器包括TDI CCD的驱动信号部分与CCD输出信号处理部分，所述的基于TDI CCD的X线探测器的CCD像元为48*48um，因此CCD电荷每转移一次走过48um，而片盒速度扫描装置中光栅尺每隔4um给出一个脉冲，这样为使胶片每运动48um来触发CCD转移一次，则需对光栅尺信号进行12个计数，也就是胶片每走48um给CCD一个转移脉冲，计数通过CPLD芯片编程实现。

5.如权利要求1所述的胶片式全景齿科X线机的数字化升级装置，其特征在于：所述的基于TDI CCD的X线探测器，可直接将接收的X线转化成电信号；而且设计TDI CCD驱动信号可使TDI CCD的电荷转移积分时间被外部机械运动脉冲信号进行外触发的控制，具体实施便是在原CCD驱动信号程序的基础上加入条件语句，使得CCD电荷垂直转移门控信号可以外部触发，并在硬件电路上预留外部控制信号输入端口。