大型X线机手闸控制自动播放语音指令系统的设计

乔国庆，李敏，刘盼丽，麦秋仪

广州军区广州总医院 a.放射科；b.工程科，广东 广州 510010

引言

进行X线检查时，设置好曝光条件后，需要按下曝光手闸，手闸接通设备内的控制电路，自行控制X线机完成曝光[1]。X线检查中，肢体移动或呼吸等会造成运动伪影，影响诊断。胸部摄影时，为了保证影像质量，都要求病人吸气后屏气曝光[2-3]。常规X线机，都是没有语音指令系统的[4]，个别品牌X线机（胃肠机），配有对讲系统，实际应用中，需要患者呼吸配合时，按下对讲按钮，或踩下对讲脚闸，口述指令。无对讲系统的机型，都是由操作技师口头喊话指挥患者吸气并屏气。口述指令，在批量检查中非常不便，给操作技师带来很大困扰。特别是体检工作中，多为胸部X光检查，每天操作技师要重复几百遍指令，成为极大的工作负担；而且，有的技师发音不准，不利于患者配合，易导致检查质量下降；经过统计，约35%的医生指令未能精准的执行[5]。为此，本人设计了一种自动播放语音的控制电路，由曝光手闸控制，在X线检查时，能够自动播放语音指令指挥患者配合呼吸，该智能化设计可简化检查流程，提高检查效率和质量。

1 材料与方法

1.1 功能及结构设计

利用语音模块、继电器、船型开关等电子配件，设计并组装成自动语音指令系统，可通过曝光手闸控制，并和X线机的阳极启动电路、曝光电路控制端连接，在按下手闸时能够同时启动X线机的相应模块，并接通语音指令模块，从而实现检查的同时自动播放语音，达到简化流程、节省人力的目的。添加模块前后结构示意图，见图1。

图1 X线机添加语音模块前后结构示意图

1.2 主要硬件

（1）曝光手闸。使用两档曝光手闸（同原X线机），手闸有两个档、4个触点，仅相当于开关，不需要供电。按下第一档时，接通1档所属电路；按下第二档时，接通1档的同时，接通2档所属电路。手闸外形及触点示意图，见图2。

图2 两档曝光手闸及触点示意图

（2）语音模块。采用7路隔离语音控制器，12 V直流电源供电，具有7路开关信号输入接口、喇叭接口、标准3.5 mm音频插孔、USB-485音频下载接口，及GND、VCC供电端，（继电器端口闲置）。开关信号输入端某端口接通公共端口in8即触发该路语音，断开后继续播放直至停止。语音模块各端口，见图3。

图3 语音模块及其端口

（3）按钮开关。使用船型3档6脚按钮开关，开关为6脚设计，中间两脚为公共脚，两边4脚分别对应I、II。本文设计为：按钮在I状态时，接通部分电路，播放“普通话”指令；按钮在II状态时，接通另外部分电路，播放“方言”指令。按钮外形及触点连接方式，见图4。

图4 船型3档6脚开关及触点连接图

（4）喇叭。8 Ω、3 W喇叭。语音模块内部已经集成小型功放电路，可直接驱动一只小功率喇叭，用于操作间，供工作人员确认指令播放情况。

（5）小型有源音箱。为具有音频输入端口和音频放大功能的有源小音箱，置于检查室内，由音频线连接至语音模块3.5 mm音频插孔。在语音模块输出声音时，小音箱即可在检查室播放语音指令，供受检者收听。

（6）继电器。继电器1和继电器2为一个输入端控制两路输出端。由曝光手闸控制，启动不同的电路；延时模块（或称延时继电器）1个，用于设置阳极启动延时，因语音播放时间长，通过设置延时，来保证播放完语音时刚好阳极启动而完成曝光准备。延时时间10 s内可调，保证曝光时阳极完全启动又不至于启动过久，可保护X线球管，延长设备寿命。

（7）交流转直流电源。输入为220 V交流电，输出为12 V直流电。本电路综合各模块功耗，选择12 V，3 A电源。

（8）另外需要触发开关3个、导线若干、绝缘胶布、电烙铁、刀具、螺丝刀等工具。

1.3 硬件连接方法

所用语音模块有一对12 V电源接口和7路信号输入端，有电源输入时，模块工作。信号输入口1～4均通过继电器输出口常开触点连接公共端口in8，继电器被触发时，即输出常开触点闭合，触发播放该路语音，继电器停止触发，语音继续播放，直到该段语音结束。本设计采用曝光手闸控制，按下曝光手闸一档时，继电器1工作，触发in1路或in3路“憋气”指令，并启动旋转阳极和曝光准备电路；按下曝光手闸二挡时，继电器2工作，立即完成曝光，并触发in2路或in4路“呼气”指令。语音模块由六脚船型开关切换，I档为K1，II档为K2，K1闭合时，in1和in2为可工作状态， in1为普通话“憋气”指令， in2为普通话“呼气”指令；同理，K2闭合时，in3和in4方言指令工作。播放语音时驱动喇叭和有源音箱同时出声，工作间和检查室能同时听到语音指令。

另外，信号输入端口in5、in6、in7均通过触发开关K3、K4、K5直连至公共端口in8，可实现按下对应的开关，播放相应的语音。语音模块接线方式，见图5。

图5 大型X线机自动语音曝光控制器电路图

1.4 音频录制及控制方法

使用软件将文字合成为语音，具有无杂音，指令清晰，可编辑等特点，使用效果非常好，现实中的应用也非常广泛[6]。语音内容为两段：“请吸气…憋住气，不要动”、“可以呼吸”（具体内容用户可自定）。第一条为“憋气”指令，在曝光前指挥患者憋住气等待曝光； 第二条为“呼气”指令，曝光后指挥患者正常呼吸。利用模块附带的声音处理软件，将声音更改为所需要的格式类型（*.wav格式），音质选择：IMA ADPCM 11.025 kHz 4位单声道（其它格式不能识别）。另外注意总文件不大于8 M，本语音模块利用中，声音较短，符合要求。

在电脑装入USB-485接口驱动，使用485接口线连接电脑USB接口和模块的485通信口，使用语音模块附带的软件，将语音烧录到语音模块。

in1路或in3路存入的是“憋气”指令，in1路为普通话， in3路为方言， 由手闸1档通过继电器1控制。“请吸气”后约有2 s停顿，为患者吸气反应时间，“不要动”指令播放完毕即完成阳极启动和所有曝光前准备，即可按下曝光手闸2档，完成曝光。曝光完成后，会立即播放in2路或in4路的“呼气”指令。in1路或in3路、in2路或in4路，经船型开关切换，当船型开关位于I档时，in1路和in2路工作，自动播放普通话指令；当船型开关位于II档时，in3路和in4路工作，自动播放方言指令；如果不需要播放指令，就将船型开关置于“o”位。这样，在检查时，操作曝光手闸即可，实现了检查前自动播放“憋气”指令，检查后自动播放“呼气”指令。

in5路存入的是“憋气+呼气”指令，即将in1+in2路的语音连接起来，具体内容为“请吸气…憋住气，不要动……可以呼吸。”“不要动”后有约3 s停顿，代表患者憋气时间。该路语音可用于对不熟悉检查过程的老年人进行呼吸训练。例如，可按下按钮K3，播放in5路语音后，再用手闸进行自动语音指令播放并检查，患者可更好的配合屏气，达到更好检查效果。

同理，in6路存入的是in3+in4路的语音连接指令，即方言版的“憋气+呼吸”指令，作用同in5路相同，通过按钮K4播放。in7路存入的是“大约1小时后到登记处取结果。”用于对患者告知，通过按钮K5播放。针对于in5、in6、in7的3路语音，可根据实际所需任意改变，达到减轻检查技师口述表达的负担，并收到更好的效果。

2 结果

（1）语音模块使用前：进行胸部X线检查时，检查技师在按下手闸1档前，呼叫患者“憋气”，然后，按下手闸1档，启动阳极电路，延时约2 s，按下手闸2档，启动曝光电路，检查结束，再呼叫患者“呼气”，完成检查。

（2）语音模块使用后：进行胸部X线检查时，检查技师只需按下手闸1档，模块自动播放“憋气”语音指令，并启动阳极电路，播放语音结束刚好完成阳极启动，按下手闸2档，模块启动曝光电路并播放“呼气”语音指令，完成检查。

可见，使用该语音模块简化了检查流程，并且，实现由原来的人工喊话指令升级为自动播放指令。

3 讨论

大型X线机均未配有语音指令系统，个别型号配有麦克风对讲，但均需通过人工喊话指挥患者配合。我院为三甲医院，每天体检患者少则100人次以上，多者达到300人次以上。通常，操作技师需要喊话要求患者“憋气”、“呼气”，每天喊话次数可多达数百次，工作负担很重。模块使用后，可代替操作技师的人工喊话，而且，语音指令与曝光手闸联动，在进行检查操作时自动播放，且语音清晰，易于配合，可极大降低工作负担[7]。

科室十几位技师来自不同地域，口音不统一，患者经常疑惑操作技师喊话内容，有的技师干脆不让患者屏气，使检查质量下降。使用该语音系统，音量可调，语音清晰、洪亮，而且可播放普通话或方言，患者更容易听懂，患者流通量也提高，检查质量也有了保障。我院位于广州，很多患者不熟悉普通话，该种语音配有方言指令，对于该地患者，使用效果非常好。

该语音系统使用了7路语音隔离控制器，能够存储7条语音指令，通过in1～in7控制，自动播放所需的指令。而且，可以根据需要，对指令内容进行修改，修改后重新下载入语音模块即可，临床使用非常便利，可以满足不同用户的需求。7路的语音设计，能够解决常用的语音指令需求。

该语音系统主要使用继电器进行控制，继电器输出端口触点的工作特点跟手闸的触点工作特点相同，所以，该系统只是增加了自动语音指令功能，而不会对设备有任何影响[8]。而且，原理简单、元件便宜、容易购买，能够为多数工作人员安装。该类系统也可以采用单片机系统进行扩展，但是，单片机系统需要编程，还需要进行外围电路扩展，非专业人员难以安装实现。

目前所有的X线检查设备均未配备隔室呼叫传送装置，致使进行胸部、腹部X线摄片检查时，受检者经常听不清工作人员下达的屏气指令，曝光时仍然自由呼吸。呼吸运动造成照片影像模糊，影响诊断，从而不得不重新检查，再次接受X线的曝射[9]。X线机因为没有自动语音指令系统，每天几百遍重复口述指令给操作技师带来很大的工作负担。自动语音控制系统在现代科技中已经广泛应用[10-11]，“医护送药提醒装置”[12]，“人声语音定时提醒”系统[13]，“智能盲人拐杖”[14]，“货场管理系统”[15]等自动语音提醒系统已研发乃至投入使用，有效提高了工作效率，减轻工作负担。本人根据临床需求，设计的语音自动播放模块，利用简单、低廉的电路元件解决了X线检查中操作技师重复喊话的难题。播放的语音清晰、洪亮、标准，还可以录制方言，更易取得患者的配合[16]；手闸控制设计，使操作技师只需按照平时习惯操作设备即可，在需要语音指令时会自动播放，避免了操作技师的重复口述，降低了工作负担。特别是该系统使用继电器进行控制，继电器仅作为开关[17-18]，不会对设备产生任何不利影响；所用电路原理简单、元件便宜、容易购买，有电路基础的工作人员都可以学习安装，具有较高的实用价值和社会价值。

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