DEXA骨密度仪自动控制系统设计

　　双功能X射线DECA骨密度仪是采用两束不同能量的X线穿透人体,根据骨骼对不同能量X线的衰减不同,从而确定骨骼成份并判断患者是否患有骨质疏松症的一种高科技医疗设备。我国目前使用的该设备主要从美国进口,且价格昂贵。为此国内科研机构已于4年前开始进行研发,笔者曾参与骨密度仪的开发,在导师的指导下负责控制部分的设计、制作和调试。

　　1　DEXA骨密度仪系统简介

　　DEXA骨密度仪由扫描床、扫描臂、高压电源,探头控制部分和微机成像部分组成(如图1)。其中控制部分负责完成扫描运行、复位运行、手动移动、安全报警、紧急停车等功能。

　　EXA骨密度仪运动总体上分为扫描臂纵向(X方向)和横向(Y方向)运动。由2个步进电机控制,通过同步带传动来完成。从功能要求上看有以下几种情况:

　　(1)复位运动:当电源接通时,扫描臂和探头可能没有复位。即在不在坐标(0,0)处,这时要求其自动复位。

　　(2)手动:由于患者测量部位不同,可以先手工移动到相应部位,再自动扫描;而且手动在维修和调试时很方便。

　　(3)自动扫描:根据微机给定的速度和距离进行扫描。

　　(4)安全保护:当扫描臂和探头运动到两边缘时就有可能与床身相撞,在床身上安装接近开关,进行保护;另外当高压不稳定时给出警报显示,考虑病人的安全问题,还有紧急停车保护。

　　2　DEXA骨密度仪控制系统设计

　　2·1　控制系统结构设计

　　根据仪器功能的要求,我们设计控制系统的原理如图2所示。

　　制系统的核心器件是PLC,它可作底层控制器件,通过串口与计算机通讯,接收计算机指令并将有关数据传给计算机。计算机通过友好的人机界面来控制和显示数据。该计算机还通过USB接口与探头通讯进行成像与数据分析。PLC通过驱动器来控制步进电动机的运动,其中脉冲信号是用来控制位移的大小,方向信号控制位移的方向;行程开关起保护作用,安装在床身上,防止扫描臂探头撞击床身;原点开关是复位用作定位。

　　2·2　硬件设计

　　PLC是整个系统的核心部件,目前,市面上的型号比较多,在这里选用日本松下FPO-C32T,该系列PLC具有体积小,运算速度快,内存容量大,控制功能强等优点。步进电机选用北京四通公司110BYG250C-0402系列步进电机,该电机相数为2,步距角为0.9/1.8,保持转距为12N/m,外形尺寸86×104mm。驱动器也采用该公司配套的SH-20806两相混合式步进电动机驱动器,该电动机采用全新的双极恒流加细分控制模式。行程开关使用性能比较可靠的产品。接近开关选用高频震荡型接近开关。