磁共振室内外特定字符收发器的设计与制作

汤和明

南充市中心医院 设备科，四川 南充637000

磁共振室内外特定字符收发器的设计与制作

汤和明

南充市中心医院 设备科，四川 南充637000

本文以图文并茂的形式阐述了专用于磁共振室内外特定字符收发器设计制作的思路和方法，用物美价廉的材料制作出达到国内外的一流水平的产品，满足了科研和临床工作的要求。

磁共振；经颅磁刺激成像；激光；字符收发器

0 前言

以经颅磁刺激成像（TMS）为主的脑功能成像与临床应用技术是近几年才开展的国际前沿科研项目，评价经颅磁刺激疗效的依据是测试刺激前后大脑的认知能力，属于大脑行为学测试。其方法之一就是要求患者通过专用反光镜观看投射到屏幕上的随机字符，经记忆判断并及时回答Yes或No，由计算机专用软件来进行分析比较磁刺激前后大脑认知能力的变化。

由于磁共振室屏蔽防护的特殊性和观察窗使用双层防莫尔纹金属网的铅玻璃，导致向操作室计算机传递信息受阻的问题，对信息的发射和接收也提出了特殊的要求。

1 设计思路与实验

除去机械、气动方法显然太过原始不考虑外，信号传输只分有线、无线两种方式，各自利弊分析如下：

有线方式：电路简单，只须两只按键开关将信号通过电缆引到操作室再做处理即可。若机房原预留电缆接口无法利用，则必须重新在墙面上穿孔，破坏整体结构，处理不好将破坏屏蔽影响成像效果，无法易地交流中使用，经实测普通屏蔽多芯电缆长度超过50m时信号干扰极大。由于我院磁共振室电缆沟距离超过50m，信息无法正确传递，故不作考虑。

无线方式：不破坏原屏蔽结构，携带方便，异地工作时可即插即用，但设计制作比较复杂。因房间磁屏蔽只能选择无线方式中的光传输方法。

光传输又分可见光、红外光等。

红外光：如常见的遥控器，因难以聚焦或定位困难且不能穿过观察窗带双层防莫尔纹金属网的铅玻璃而放弃。

可见光：优点是有无发射肉眼可见，缺点是抗干扰能力较差，经实验红色激光效果最好。

接收器比较简单的方法是使用USB键盘的电路部分，利用USB键盘专用电路的高度集成化和PC机可多键盘多鼠标即插即用的特点，能省去设计制作中的许多麻烦。最终决定以USB键盘电路为核心，在磁共振室内用激光照射操作室的光敏管控制电子开关来代替人手按压键盘，以达到表达患者意愿的目的。电路图，见图1、图2。

图1 发射装置电路图

图2 接收装置电路图

2 元件选择及制作方法

光敏电阻：可从光控路灯中拆取，主要对可见光敏感，实测暗阻500kΩ以上，亮阻能做到10kΩ以下，但响应速度慢，最终决定放弃。

光敏晶体管：拆自机械鼠标，环境亮度100kΩ以上，红外线照射时导通电阻在30kΩ以下，响应速度快。

红色可见光与红外光敏管，拆自废弃的氧饱和度探头，在自然光环境下电阻500kΩ以上，在红光或红外光下能做到30kΩ以下，响应速度快，是制作时的首选。

电子开关：使用CD4066四双向开关中的任意两组即可。实测USB键盘的导电橡胶接触电阻为40Ω左右。CD4066四双向开关导通电阻为30～40Ω，其控制端为高电平导通，将光敏管正端接5V高电平，负端接控制端（CNTL）并对地接一220kΩ下拉电阻，实测控制端暗阻时电压接近0V，激光照射时电压≥4.4V，完全符合CD4066的开关要求。

激光管：发射管采用带聚焦透镜的红光二极管，可取自放疗室常用的激光定位灯，其特点是体积较大，全铜结构无磁性，聚光良好调整方便，但成本高；也可用玩具“激光教鞭”改制，其内部虽有少量金属弹簧但对使用无影响，只是双灯定位比较困难且容易漂移，优点是体积小巧且价廉，只取头部2cm即可，实践证明完全能满足需要。

两只按键开关利用病房床头呼叫系统的手控盒，去掉内部的MIC。如果开关是导电橡胶触点，则可直接使用，如果是金属触点的，则须串一只10Ω电阻限流以保护激光发射管。连接发射盒的电缆屏蔽层要良好接地防止产生电磁感应，与手控盒连接用RJ11（4P4C）水晶头插接。两节7号电池尽量选用非磁性外壳。收发器实物图，见图3。

图3 收发器实物图

接收器光敏管要采取适当的避光措施，防止外界强光及交互干扰，本人是利用PC机上65mm×65mm小风扇的黑色塑料外框改制。两只发射与接收管要求相互平行并在轴线上，做到在较远距离时两束激光都能准确的打在各自的接收管上。

对于要输入电脑的每个字符，拆开USB键盘在薄膜软印刷电缆上沿对应按键交叉点找到电路板的两个炭精触点，处理后用柔性多股线与CD4066按图焊接，同时把USB键盘黑膏软封装电路板上的3只发光二极管拆下，这样做既降低了能耗，又杜绝了光污染。由于电路比较简单，发射及接收电路元件分别固定在两个DV录像磁带的透明塑料盒内，非光学部分作喷黑处理，调试时收发电路拉开3m以上距离，调整两只激光发射管的位置及角度，使两个光点都能准确地打在各自的接收管上，用胶水初步固定，在胶水完全固化前再进行微调，以防光点打偏。联机检查非常简单，插入USB接口完成联机后，随便建一个空白文档，分别按两只发射键，对应字符正确上屏即告成功。

实际使用时收、发器分别用双面胶固定在磁共振室观察窗内外两侧，因相距较近，所以运行1年，工作十分稳定。

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On the Design and Making of Character Transceiver Specifically Adopted inside and outside of Magnetic Resonance Room

TANG He-ming
Medical Equipment Department,Nanchong Central Hospital, Sichuan Nanchong 637000, China

By means of graphics and text, this article elaborates the concept and method of the design and making of a kind of character transceiver specifically adopted inside and outside of magnetic resonance room. Cheap and available materials can be used to produce the character transceiver which has reached the first level in China and in the world and this product meets the demands in the research and clinical areas.

fMRl; transcranial magnetic stimulation imaging; laser; character transceiver

TP399

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.12.037

1674-1633(2011)12-0106-02

2011-04-27

2011-08-29

作者邮箱：thm_nc@163.com