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 a ,李敏 b ,刘盼丽 a ,麦秋仪 a

广州军区广州总医院 a.放射科;b.工程科,广东 广州 510010

[摘 要] 目的 设计一种自动播放语音指令系统,在检查过程中自动播放指令,代替人工喊话指令。 方法 本文利用语音模块、继电器、船型开关等配件,组装成自动语音指令系统。语音指令利用软件合成,具有可编辑特点,编辑完成后,利用USBTTL接口线下载入语音模块。该系统可通过曝光手闸控制,能够与设备的阳极启动、曝光电路联动,实现语音指令在检查中自动播放。 结果 该系统可由曝光手闸控制,在设备检查过程中,能够自动在检查前播放“憋气”指令,在检查后播放“呼气”指令,避免了检查技师重复口述的工作负担;指令标准、清晰、规范,更容易得到患者配合。 结论 该语音系统的使用,实现了在曝光过程中自动播放语音指令,代替了人工喊话指令,从而减轻了操作技师的工作负担,提高了工作质量和效率。该系统不对设备有任何影响,保障了设备的使用安全。该系统主要采用语音模块、继电器结构,不涉及编程、电路设计等复杂工序,容易为更多的工作人员安装,更易推广。

[关键词] X线机;自动控制;医疗设备改造;智能语音提示

 

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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Renovation of Automatic Voice Playing System Controlled by Large X-Ray Machine Brake

QIAO Guoqing a , LI Min b , LIU Panli a , MAI Qiuyi a
a.Department of Radiological; b.Department of Medical Engineering, Guangzhou General Hospital of Guangzhou Military Command, Guangzhou Guangdong 510010, China

Abstract: Objective The purpose of this study was to develop an automatic voice commands playing system, which could replace the manual calling by automatically playing the voice commands in X-ray examination. Methods We assembled voice module, relay,rocker switch and other accessories into a voice playing system which could achieve anode starting and linkage exposure with the X-ray examination by controlling of the exposure handbrake in this article. The voice command which could be edited was synthesized by software, and download into voice module by using of USB-TTL interface line. The system could automatically play by controlling of the exposure handbrake, and was able to link to X-ray machine’s anode start and exposure circuit, achieve voice commands automatically playing in X-ray examination. Results The system could automatically play the “breath-hold” and “breath” instruction before and after examination by controlling of the exposure handbrake. So the system could avoid the operation technicians’repeating manual calling workload. It was also easy for patients to match the commands which were clear and standard. Conclusion The using of this voice playing system can achieve automatically playing of the voice commands in the exposure process which can replace manual calling and reduce the workload and improve work efficiency. The system has no adverse effects on X-ray machine and ensures the safe use of the equipment. This system mainly uses the voice module, relay which does not involve the programming,the circuit design and other complex working procedure. So it is easy to install and promote.

Key words: X-ray machine; automatic control; armamentarium renovation; intelligent voice prompt

作者邮箱:qgq0918@163.com

修回日期: 2017-12-07

收稿日期: 2011-10-12

[文章编号] 1674-1633(2018)09-0091-03

doi: 10.3969/j.issn.1674-1633.2018.09.024

[文献标识码] B

[中图分类号] R814

本文编辑 袁隽玲