智能型牙科X光胶片自动冲洗机的研制*
作者：白家明 陈惠芳
单位：白家明 陈惠芳(皖南医学院 (241001)
关键词：单片机；X光胶片；红外线；I/O接口
中国医疗器械杂志990409 提要 X光胶片影像质量很大程度上取决于影像的显影密度。国内外的各类X光胶片冲洗机均采用经验型(时间)控制，难以克服非常规因素的影响。采用红外线多点监测技术，应用PICBAS58型单片机系统自动分析显影效果，可获密度适宜的影像。并在此基础上研制了智能型牙科X光胶片自动冲洗机。
Development of the Automatic Dental X-Ray Film Processor
Bai Jiaming Chen Huifang
, 百拇医药 Wannan Medical College
ABSTRACT This paper introduces a multiple-point detecting technique of the density of dental X-ray films. With the infrared ray multiple-point detecting technigue, a single-chip microcomputer control system is used to analyze the effectiveness of the film-developing in real time in order to achieve a good image. Based on the new technology, We designed the intelligent automatic dental X-ray film processon.
KEY WORDS Single-Chip Microcomputer X-ray Film Infrared Ray I/O interface
, 百拇医药
X光胶片的质量，即拍摄影像的黑化度、对比度、清晰度，不仅受到X射线的强度、硬度、投照时间长短及胶片的感光速度的影响，而且与显影过程中的显影药液的温度、新旧程度和显影时间的长短密切相关。通常前者由机器的参数及操作规程所确定，变化较小。后者人为因素较多，随机性较大。因此，若要得到一张高质量的X胶光片，就必须保证上述诸参数的协调一致。现有的一些自动冲洗机，即是固定了显影药液的温度、新旧程度、显影时间三个参数，在X线的强度、硬度、投照时间长短等正常的条件下，方可保证X片光的质量[1]。据查，目前国内外的各类自动X光胶片冲洗机均采用此类原理设计。
我们采用红外线多点监测技术，应用PICBAS58型单片机系统自动分析显影效果，基本消除了摄制参数异常的干扰，并在此基础上研制了自动冲洗牙科X光胶片的专用设备。该机采用柔性悬挂式输片装置，充分发挥了PICBAS58单片机的功能，体现了智能化、高水平的特点，同时又有低成本、易操作的优势，完全适用于我国中小型口腔医院及基层诊所。
, 百拇医药
1 主要性能及特点
1.1 智能控制。内置的微电脑芯片通过光电检测信号等，获取运行状态、显影密度等数据，自动判断显影效果，减小曝光误差、胶片特性、药液陈旧等因素的影响，并控制冲洗全过程。
1.2 多种程序。适应不同工作需求，简单按键选择运行程式。
(1)智能冲洗程式。自动控制显影效果，保证胶片质量。
(2)快速冲洗程式。定时、恒温，冲洗时间较短。摄制参数正确时使用。
(3)运行位置调整。人工控制输片器工作，一般用于停电等非正常停机的复位操作。
1.3 维护简便。易卸机盖，仅需定期更换药液。
1.4 不必预热。智能冲洗亦可在常温下进行，不必等待加热至预设温度。
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1.5 安全可靠。机内设有过载、超温保护装置。快速冲洗程式由恒温联锁控制。
2 系统硬件
X光胶片冲洗的基本过程为显影、定影、水洗、烘干四个步骤。
2.1 硬件组成。硬件系统主要由机械、电器两大部分组成。机械部分有机箱、构架、药液槽、水洗槽、柔性悬挂式输片机构等，电器部分有单片机、控制主板、传感器[2]、接口电路、电机、恒温装置、干燥装置等。
2.2 工作过程：打开电源开关，机内照明灯亮，药液恒温装置开始加热，工作等待状态指示灯亮，将经X射线曝光过的X光胶片，在机箱内拆去封套，插入输片框，根据需要按动智能冲洗或快速冲洗按钮，微处理机控制电机运转，输片机构带动输片框运行，并发出报警声“嘀”；微处理机检测位置扫描信号，使输片框停于显影槽中。
, 百拇医药
智能冲洗：初显影一段时间后，即将胶片送至红外显影检测头前，微处理机判断显影密度是否足够，若不足，则送至显影槽再显影几秒钟，再去检测密度，如此往复，直至显影密度足够时，输片机构将胶片运往定影槽中。为了防止显影液过度陈旧或胶片严重曝光不足，当循环一定次数后，转至下一工序，并发出报警蜂鸣声。
快速冲洗：在显影液达到恒温后，可进行快速冲洗，胶片在显影槽中显影足够时间后，直接将胶片运往定影槽中。
在定影槽和水洗槽中分别定影、漂洗一定时间，微处理机控制输片机构将胶片送至热风机前，热风机启动，吹干胶片。此时，蜂鸣器发出冲洗完毕报警声，通知可以从出片口(观察窗口)取片。工作等待状态指示灯重新亮起，表示下一工作循环开始。
若正在冲洗时突然断电或其它原因，使输片框工作位置混乱，重新运行时，应按住位置调整按钮，直至输片框回到初始位。
, http://www.100md.com 2.3 工作原理。该牙科X光片自动冲洗机的工作原理如图所示。
冲洗机工作原理图
3 控制系统
该机控制系统的核心为PIC58BS单片机，其芯片采用美国Microchip公司的PIC16C58单片机，注入PICBASIC的解释程序而成。具有实用、低价、省电、小巧、易于开发等特点，非常适于科研应用。除以PIC58BS为核心外，还以串行电擦写EEPROM93LC56为外置存储器。其8位双向I/O接口，分别用于位置、显影密度信号检测，输出电机的开停、换向，干燥热风控制，工作程式选择，状态指示，报警音响信号[3]。
3.1 恒温装置以热敏电阻为传感器组成检测电桥，集成电路CA3140为比较器，通过过零触发光耦合元件MOC3061，控制双向可控硅通断，使发热元件将温度稳定在28℃左右。
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为防止双向可控硅击穿损坏，发热元件失控造成事故，机内采用限温开关切断发热部件电源，保证机内温度在50℃以下。
3.2 采用红外线发射、接收对管作为检测装置检测输片框位置。采集的脉冲信号经集成电路LM324放大整形，送往PIC58BS单片机处理。
3.3 采用红外线多点检测装置检测显影密度信息，经集成电路放大整形的检测信号，再由集成电路NE555组成的转换电路，将处理后的显影密度信息送往PIC58BS单片机的输入接口。
3.4 药液温度信息经传感器送往单片机，若已进入恒温状态，可使用快速冲洗程式；否则只能进入智能冲洗程式或暂时等待。
4 软件设计
系统软件设计首先考虑到保证性能指标。在全面实现整机功能的基础上，尽量限制键值的读入宽度，减少杂散电磁信号的干扰，以使控制准确可靠。由于该机使用的单片机较为小巧，存储器容量有限，程序只能最大程度地简炼、优化[4]。控制程序采用该单片机的专用语言PICBASIC编写，主要由以下几个模块组成：初始化子程序，键值处理子程序，定时子程序，位置调整子程序，走片子程序，显影检测子程序，定影、水洗子程序，干燥子程序。
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5 效果与展望
智能型自动冲洗机样机已在我院口腔门诊部X光室临床试用。一年多来，经调整完善已全面达到设计指标，其外形美观，结构紧凑，使用方便，改善了X光胶片冲洗人员的工作环境。实践证明该机冲洗效果理想，在摄制参数正常时，胶片影象清晰，层次丰富；当曝光时间误差或药液陈旧时，仍能获得理想的影像。
该机的设计思想是研制出冲洗不同规格X光胶片的系列化智能冲洗设备；其红外线X光胶片显影密度智能控制技术可移植于现有的各类X光胶片冲洗机，以提高冲洗质量。
* 安徽省教委资助科研项目
参 考 文 献
1 张志君等. 口腔设备学. 北京医科大学中国协和医科大学联合出版社.1994
2 张洪润. 实用自动控制. 四川科学技术出版社.1993
3 郑学坚等. 微型计算机原理及应用. 清华大学出版社.1987
4 W. J. 汤普金斯等. 吕维雪等译. 带微处理机的医学仪器的设计. 人民卫生出版社.1986
(1998年8月4日收稿), 百拇医药
单位：白家明 陈惠芳(皖南医学院 (241001)
关键词：单片机；X光胶片；红外线；I/O接口
中国医疗器械杂志990409 提要 X光胶片影像质量很大程度上取决于影像的显影密度。国内外的各类X光胶片冲洗机均采用经验型(时间)控制，难以克服非常规因素的影响。采用红外线多点监测技术，应用PICBAS58型单片机系统自动分析显影效果，可获密度适宜的影像。并在此基础上研制了智能型牙科X光胶片自动冲洗机。
Development of the Automatic Dental X-Ray Film Processor
Bai Jiaming Chen Huifang
, 百拇医药 Wannan Medical College
ABSTRACT This paper introduces a multiple-point detecting technique of the density of dental X-ray films. With the infrared ray multiple-point detecting technigue, a single-chip microcomputer control system is used to analyze the effectiveness of the film-developing in real time in order to achieve a good image. Based on the new technology, We designed the intelligent automatic dental X-ray film processon.
KEY WORDS Single-Chip Microcomputer X-ray Film Infrared Ray I/O interface
, 百拇医药
X光胶片的质量，即拍摄影像的黑化度、对比度、清晰度，不仅受到X射线的强度、硬度、投照时间长短及胶片的感光速度的影响，而且与显影过程中的显影药液的温度、新旧程度和显影时间的长短密切相关。通常前者由机器的参数及操作规程所确定，变化较小。后者人为因素较多，随机性较大。因此，若要得到一张高质量的X胶光片，就必须保证上述诸参数的协调一致。现有的一些自动冲洗机，即是固定了显影药液的温度、新旧程度、显影时间三个参数，在X线的强度、硬度、投照时间长短等正常的条件下，方可保证X片光的质量[1]。据查，目前国内外的各类自动X光胶片冲洗机均采用此类原理设计。
我们采用红外线多点监测技术，应用PICBAS58型单片机系统自动分析显影效果，基本消除了摄制参数异常的干扰，并在此基础上研制了自动冲洗牙科X光胶片的专用设备。该机采用柔性悬挂式输片装置，充分发挥了PICBAS58单片机的功能，体现了智能化、高水平的特点，同时又有低成本、易操作的优势，完全适用于我国中小型口腔医院及基层诊所。
, 百拇医药
1 主要性能及特点
1.1 智能控制。内置的微电脑芯片通过光电检测信号等，获取运行状态、显影密度等数据，自动判断显影效果，减小曝光误差、胶片特性、药液陈旧等因素的影响，并控制冲洗全过程。
1.2 多种程序。适应不同工作需求，简单按键选择运行程式。
(1)智能冲洗程式。自动控制显影效果，保证胶片质量。
(2)快速冲洗程式。定时、恒温，冲洗时间较短。摄制参数正确时使用。
(3)运行位置调整。人工控制输片器工作，一般用于停电等非正常停机的复位操作。
1.3 维护简便。易卸机盖，仅需定期更换药液。
1.4 不必预热。智能冲洗亦可在常温下进行，不必等待加热至预设温度。
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1.5 安全可靠。机内设有过载、超温保护装置。快速冲洗程式由恒温联锁控制。
2 系统硬件
X光胶片冲洗的基本过程为显影、定影、水洗、烘干四个步骤。
2.1 硬件组成。硬件系统主要由机械、电器两大部分组成。机械部分有机箱、构架、药液槽、水洗槽、柔性悬挂式输片机构等，电器部分有单片机、控制主板、传感器[2]、接口电路、电机、恒温装置、干燥装置等。
2.2 工作过程：打开电源开关，机内照明灯亮，药液恒温装置开始加热，工作等待状态指示灯亮，将经X射线曝光过的X光胶片，在机箱内拆去封套，插入输片框，根据需要按动智能冲洗或快速冲洗按钮，微处理机控制电机运转，输片机构带动输片框运行，并发出报警声“嘀”；微处理机检测位置扫描信号，使输片框停于显影槽中。
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智能冲洗：初显影一段时间后，即将胶片送至红外显影检测头前，微处理机判断显影密度是否足够，若不足，则送至显影槽再显影几秒钟，再去检测密度，如此往复，直至显影密度足够时，输片机构将胶片运往定影槽中。为了防止显影液过度陈旧或胶片严重曝光不足，当循环一定次数后，转至下一工序，并发出报警蜂鸣声。
快速冲洗：在显影液达到恒温后，可进行快速冲洗，胶片在显影槽中显影足够时间后，直接将胶片运往定影槽中。
在定影槽和水洗槽中分别定影、漂洗一定时间，微处理机控制输片机构将胶片送至热风机前，热风机启动，吹干胶片。此时，蜂鸣器发出冲洗完毕报警声，通知可以从出片口(观察窗口)取片。工作等待状态指示灯重新亮起，表示下一工作循环开始。
若正在冲洗时突然断电或其它原因，使输片框工作位置混乱，重新运行时，应按住位置调整按钮，直至输片框回到初始位。
, http://www.100md.com 2.3 工作原理。该牙科X光片自动冲洗机的工作原理如图所示。
冲洗机工作原理图
3 控制系统
该机控制系统的核心为PIC58BS单片机，其芯片采用美国Microchip公司的PIC16C58单片机，注入PICBASIC的解释程序而成。具有实用、低价、省电、小巧、易于开发等特点，非常适于科研应用。除以PIC58BS为核心外，还以串行电擦写EEPROM93LC56为外置存储器。其8位双向I/O接口，分别用于位置、显影密度信号检测，输出电机的开停、换向，干燥热风控制，工作程式选择，状态指示，报警音响信号[3]。
3.1 恒温装置以热敏电阻为传感器组成检测电桥，集成电路CA3140为比较器，通过过零触发光耦合元件MOC3061，控制双向可控硅通断，使发热元件将温度稳定在28℃左右。
, http://www.100md.com
为防止双向可控硅击穿损坏，发热元件失控造成事故，机内采用限温开关切断发热部件电源，保证机内温度在50℃以下。
3.2 采用红外线发射、接收对管作为检测装置检测输片框位置。采集的脉冲信号经集成电路LM324放大整形，送往PIC58BS单片机处理。
3.3 采用红外线多点检测装置检测显影密度信息，经集成电路放大整形的检测信号，再由集成电路NE555组成的转换电路，将处理后的显影密度信息送往PIC58BS单片机的输入接口。
3.4 药液温度信息经传感器送往单片机，若已进入恒温状态，可使用快速冲洗程式；否则只能进入智能冲洗程式或暂时等待。
4 软件设计
系统软件设计首先考虑到保证性能指标。在全面实现整机功能的基础上，尽量限制键值的读入宽度，减少杂散电磁信号的干扰，以使控制准确可靠。由于该机使用的单片机较为小巧，存储器容量有限，程序只能最大程度地简炼、优化[4]。控制程序采用该单片机的专用语言PICBASIC编写，主要由以下几个模块组成：初始化子程序，键值处理子程序，定时子程序，位置调整子程序，走片子程序，显影检测子程序，定影、水洗子程序，干燥子程序。
, http://www.100md.com
5 效果与展望
智能型自动冲洗机样机已在我院口腔门诊部X光室临床试用。一年多来，经调整完善已全面达到设计指标，其外形美观，结构紧凑，使用方便，改善了X光胶片冲洗人员的工作环境。实践证明该机冲洗效果理想，在摄制参数正常时，胶片影象清晰，层次丰富；当曝光时间误差或药液陈旧时，仍能获得理想的影像。
该机的设计思想是研制出冲洗不同规格X光胶片的系列化智能冲洗设备；其红外线X光胶片显影密度智能控制技术可移植于现有的各类X光胶片冲洗机，以提高冲洗质量。
* 安徽省教委资助科研项目
参 考 文 献
1 张志君等. 口腔设备学. 北京医科大学中国协和医科大学联合出版社.1994
2 张洪润. 实用自动控制. 四川科学技术出版社.1993
3 郑学坚等. 微型计算机原理及应用. 清华大学出版社.1987
4 W. J. 汤普金斯等. 吕维雪等译. 带微处理机的医学仪器的设计. 人民卫生出版社.1986
(1998年8月4日收稿), 百拇医药