喬國慶，李敏，劉盼麗，麥秋儀

廣州軍區(qū)廣州總醫(yī)院 a.放射科；b.工程科，廣東 廣州 510010

引言

進(jìn)行X線檢查時(shí)，設(shè)置好曝光條件后，需要按下曝光手閘，手閘接通設(shè)備內(nèi)的控制電路，自行控制X線機(jī)完成曝光[1]。X線檢查中，肢體移動或呼吸等會造成運(yùn)動偽影，影響診斷。胸部攝影時(shí)，為了保證影像質(zhì)量，都要求病人吸氣后屏氣曝光[2-3]。常規(guī)X線機(jī)，都是沒有語音指令系統(tǒng)的[4]，個(gè)別品牌X線機(jī)（胃腸機(jī)），配有對講系統(tǒng)，實(shí)際應(yīng)用中，需要患者呼吸配合時(shí)，按下對講按鈕，或踩下對講腳閘，口述指令。無對講系統(tǒng)的機(jī)型，都是由操作技師口頭喊話指揮患者吸氣并屏氣?？谑鲋噶?，在批量檢查中非常不便，給操作技師帶來很大困擾。特別是體檢工作中，多為胸部X光檢查，每天操作技師要重復(fù)幾百遍指令，成為極大的工作負(fù)擔(dān)；而且，有的技師發(fā)音不準(zhǔn)，不利于患者配合，易導(dǎo)致檢查質(zhì)量下降；經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，約35%的醫(yī)生指令未能精準(zhǔn)的執(zhí)行[5]。為此，本人設(shè)計(jì)了一種自動播放語音的控制電路，由曝光手閘控制，在X線檢查時(shí)，能夠自動播放語音指令指揮患者配合呼吸，該智能化設(shè)計(jì)可簡化檢查流程，提高檢查效率和質(zhì)量。

1 材料與方法

1.1 功能及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

利用語音模塊、繼電器、船型開關(guān)等電子配件，設(shè)計(jì)并組裝成自動語音指令系統(tǒng)，可通過曝光手閘控制，并和X線機(jī)的陽極啟動電路、曝光電路控制端連接，在按下手閘時(shí)能夠同時(shí)啟動X線機(jī)的相應(yīng)模塊，并接通語音指令模塊，從而實(shí)現(xiàn)檢查的同時(shí)自動播放語音，達(dá)到簡化流程、節(jié)省人力的目的。添加模塊前后結(jié)構(gòu)示意圖，見圖1。

圖1 X線機(jī)添加語音模塊前后結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 主要硬件

（1）曝光手閘。使用兩檔曝光手閘（同原X線機(jī)），手閘有兩個(gè)檔、4個(gè)觸點(diǎn)，僅相當(dāng)于開關(guān)，不需要供電。按下第一檔時(shí)，接通1檔所屬電路；按下第二檔時(shí)，接通1檔的同時(shí)，接通2檔所屬電路。手閘外形及觸點(diǎn)示意圖，見圖2。

圖2 兩檔曝光手閘及觸點(diǎn)示意圖

（2）語音模塊。采用7路隔離語音控制器，12 V直流電源供電，具有7路開關(guān)信號輸入接口、喇叭接口、標(biāo)準(zhǔn)3.5 mm音頻插孔、USB-485音頻下載接口，及GND、VCC供電端，（繼電器端口閑置）。開關(guān)信號輸入端某端口接通公共端口in8即觸發(fā)該路語音，斷開后繼續(xù)播放直至停止。語音模塊各端口，見圖3。

圖3 語音模塊及其端口

（3）按鈕開關(guān)。使用船型3檔6腳按鈕開關(guān)，開關(guān)為6腳設(shè)計(jì)，中間兩腳為公共腳，兩邊4腳分別對應(yīng)I、II。本文設(shè)計(jì)為：按鈕在I狀態(tài)時(shí)，接通部分電路，播放“普通話”指令；按鈕在II狀態(tài)時(shí)，接通另外部分電路，播放“方言”指令。按鈕外形及觸點(diǎn)連接方式，見圖4。

圖4 船型3檔6腳開關(guān)及觸點(diǎn)連接圖

（4）喇叭。8 Ω、3 W喇叭。語音模塊內(nèi)部已經(jīng)集成小型功放電路，可直接驅(qū)動一只小功率喇叭，用于操作間，供工作人員確認(rèn)指令播放情況。

（5）小型有源音箱。為具有音頻輸入端口和音頻放大功能的有源小音箱，置于檢查室內(nèi)，由音頻線連接至語音模塊3.5 mm音頻插孔。在語音模塊輸出聲音時(shí)，小音箱即可在檢查室播放語音指令，供受檢者收聽。

（6）繼電器。繼電器1和繼電器2為一個(gè)輸入端控制兩路輸出端。由曝光手閘控制，啟動不同的電路；延時(shí)模塊（或稱延時(shí)繼電器）1個(gè)，用于設(shè)置陽極啟動延時(shí)，因語音播放時(shí)間長，通過設(shè)置延時(shí)，來保證播放完語音時(shí)剛好陽極啟動而完成曝光準(zhǔn)備。延時(shí)時(shí)間10 s內(nèi)可調(diào)，保證曝光時(shí)陽極完全啟動又不至于啟動過久，可保護(hù)X線球管，延長設(shè)備壽命。

（7）交流轉(zhuǎn)直流電源。輸入為220 V交流電，輸出為12 V直流電。本電路綜合各模塊功耗，選擇12 V，3 A電源。

（8）另外需要觸發(fā)開關(guān)3個(gè)、導(dǎo)線若干、絕緣膠布、電烙鐵、刀具、螺絲刀等工具。

1.3 硬件連接方法

所用語音模塊有一對12 V電源接口和7路信號輸入端，有電源輸入時(shí)，模塊工作。信號輸入口1～4均通過繼電器輸出口常開觸點(diǎn)連接公共端口in8，繼電器被觸發(fā)時(shí)，即輸出常開觸點(diǎn)閉合，觸發(fā)播放該路語音，繼電器停止觸發(fā)，語音繼續(xù)播放，直到該段語音結(jié)束。本設(shè)計(jì)采用曝光手閘控制，按下曝光手閘一檔時(shí)，繼電器1工作，觸發(fā)in1路或in3路“憋氣”指令，并啟動旋轉(zhuǎn)陽極和曝光準(zhǔn)備電路；按下曝光手閘二擋時(shí)，繼電器2工作，立即完成曝光，并觸發(fā)in2路或in4路“呼氣”指令。語音模塊由六腳船型開關(guān)切換，I檔為K1，II檔為K2，K1閉合時(shí)，in1和in2為可工作狀態(tài)， in1為普通話“憋氣”指令， in2為普通話“呼氣”指令；同理，K2閉合時(shí)，in3和in4方言指令工作。播放語音時(shí)驅(qū)動喇叭和有源音箱同時(shí)出聲，工作間和檢查室能同時(shí)聽到語音指令。

另外，信號輸入端口in5、in6、in7均通過觸發(fā)開關(guān)K3、K4、K5直連至公共端口in8，可實(shí)現(xiàn)按下對應(yīng)的開關(guān)，播放相應(yīng)的語音。語音模塊接線方式，見圖5。

圖5 大型X線機(jī)自動語音曝光控制器電路圖

1.4 音頻錄制及控制方法

使用軟件將文字合成為語音，具有無雜音，指令清晰，可編輯等特點(diǎn)，使用效果非常好，現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用也非常廣泛[6]。語音內(nèi)容為兩段：“請吸氣…憋住氣，不要動”、“可以呼吸”（具體內(nèi)容用戶可自定）。第一條為“憋氣”指令，在曝光前指揮患者憋住氣等待曝光； 第二條為“呼氣”指令，曝光后指揮患者正常呼吸。利用模塊附帶的聲音處理軟件，將聲音更改為所需要的格式類型（*.wav格式），音質(zhì)選擇：IMA ADPCM 11.025 kHz 4位單聲道（其它格式不能識別）。另外注意總文件不大于8 M，本語音模塊利用中，聲音較短，符合要求。

在電腦裝入U(xiǎn)SB-485接口驅(qū)動，使用485接口線連接電腦USB接口和模塊的485通信口，使用語音模塊附帶的軟件，將語音燒錄到語音模塊。

in1路或in3路存入的是“憋氣”指令，in1路為普通話， in3路為方言， 由手閘1檔通過繼電器1控制。“請吸氣”后約有2 s停頓，為患者吸氣反應(yīng)時(shí)間，“不要動”指令播放完畢即完成陽極啟動和所有曝光前準(zhǔn)備，即可按下曝光手閘2檔，完成曝光。曝光完成后，會立即播放in2路或in4路的“呼氣”指令。in1路或in3路、in2路或in4路，經(jīng)船型開關(guān)切換，當(dāng)船型開關(guān)位于I檔時(shí)，in1路和in2路工作，自動播放普通話指令；當(dāng)船型開關(guān)位于II檔時(shí)，in3路和in4路工作，自動播放方言指令；如果不需要播放指令，就將船型開關(guān)置于“o”位。這樣，在檢查時(shí)，操作曝光手閘即可，實(shí)現(xiàn)了檢查前自動播放“憋氣”指令，檢查后自動播放“呼氣”指令。

in5路存入的是“憋氣+呼氣”指令，即將in1+in2路的語音連接起來，具體內(nèi)容為“請吸氣…憋住氣，不要動……可以呼吸?！薄安灰獎印焙笥屑s3 s停頓，代表患者憋氣時(shí)間。該路語音可用于對不熟悉檢查過程的老年人進(jìn)行呼吸訓(xùn)練。例如，可按下按鈕K3，播放in5路語音后，再用手閘進(jìn)行自動語音指令播放并檢查，患者可更好的配合屏氣，達(dá)到更好檢查效果。

同理，in6路存入的是in3+in4路的語音連接指令，即方言版的“憋氣+呼吸”指令，作用同in5路相同，通過按鈕K4播放。in7路存入的是“大約1小時(shí)后到登記處取結(jié)果?！庇糜趯颊吒嬷?，通過按鈕K5播放。針對于in5、in6、in7的3路語音，可根據(jù)實(shí)際所需任意改變，達(dá)到減輕檢查技師口述表達(dá)的負(fù)擔(dān)，并收到更好的效果。

2 結(jié)果

（1）語音模塊使用前：進(jìn)行胸部X線檢查時(shí)，檢查技師在按下手閘1檔前，呼叫患者“憋氣”，然后，按下手閘1檔，啟動陽極電路，延時(shí)約2 s，按下手閘2檔，啟動曝光電路，檢查結(jié)束，再呼叫患者“呼氣”，完成檢查。

（2）語音模塊使用后：進(jìn)行胸部X線檢查時(shí)，檢查技師只需按下手閘1檔，模塊自動播放“憋氣”語音指令，并啟動陽極電路，播放語音結(jié)束剛好完成陽極啟動，按下手閘2檔，模塊啟動曝光電路并播放“呼氣”語音指令，完成檢查。

可見，使用該語音模塊簡化了檢查流程，并且，實(shí)現(xiàn)由原來的人工喊話指令升級為自動播放指令。

3 討論

大型X線機(jī)均未配有語音指令系統(tǒng)，個(gè)別型號配有麥克風(fēng)對講，但均需通過人工喊話指揮患者配合。我院為三甲醫(yī)院，每天體檢患者少則100人次以上，多者達(dá)到300人次以上。通常，操作技師需要喊話要求患者“憋氣”、“呼氣”，每天喊話次數(shù)可多達(dá)數(shù)百次，工作負(fù)擔(dān)很重。模塊使用后，可代替操作技師的人工喊話，而且，語音指令與曝光手閘聯(lián)動，在進(jìn)行檢查操作時(shí)自動播放，且語音清晰，易于配合，可極大降低工作負(fù)擔(dān)[7]。

科室十幾位技師來自不同地域，口音不統(tǒng)一，患者經(jīng)常疑惑操作技師喊話內(nèi)容，有的技師干脆不讓患者屏氣，使檢查質(zhì)量下降。使用該語音系統(tǒng)，音量可調(diào)，語音清晰、洪亮，而且可播放普通話或方言，患者更容易聽懂，患者流通量也提高，檢查質(zhì)量也有了保障。我院位于廣州，很多患者不熟悉普通話，該種語音配有方言指令，對于該地患者，使用效果非常好。

該語音系統(tǒng)使用了7路語音隔離控制器，能夠存儲7條語音指令，通過in1～in7控制，自動播放所需的指令。而且，可以根據(jù)需要，對指令內(nèi)容進(jìn)行修改，修改后重新下載入語音模塊即可，臨床使用非常便利，可以滿足不同用戶的需求。7路的語音設(shè)計(jì)，能夠解決常用的語音指令需求。

該語音系統(tǒng)主要使用繼電器進(jìn)行控制，繼電器輸出端口觸點(diǎn)的工作特點(diǎn)跟手閘的觸點(diǎn)工作特點(diǎn)相同，所以，該系統(tǒng)只是增加了自動語音指令功能，而不會對設(shè)備有任何影響[8]。而且，原理簡單、元件便宜、容易購買，能夠?yàn)槎鄶?shù)工作人員安裝。該類系統(tǒng)也可以采用單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，但是，單片機(jī)系統(tǒng)需要編程，還需要進(jìn)行外圍電路擴(kuò)展，非專業(yè)人員難以安裝實(shí)現(xiàn)。

目前所有的X線檢查設(shè)備均未配備隔室呼叫傳送裝置，致使進(jìn)行胸部、腹部X線攝片檢查時(shí)，受檢者經(jīng)常聽不清工作人員下達(dá)的屏氣指令，曝光時(shí)仍然自由呼吸。呼吸運(yùn)動造成照片影像模糊，影響診斷，從而不得不重新檢查，再次接受X線的曝射[9]。X線機(jī)因?yàn)闆]有自動語音指令系統(tǒng)，每天幾百遍重復(fù)口述指令給操作技師帶來很大的工作負(fù)擔(dān)。自動語音控制系統(tǒng)在現(xiàn)代科技中已經(jīng)廣泛應(yīng)用[10-11]，“醫(yī)護(hù)送藥提醒裝置”[12]，“人聲語音定時(shí)提醒”系統(tǒng)[13]，“智能盲人拐杖”[14]，“貨場管理系統(tǒng)”[15]等自動語音提醒系統(tǒng)已研發(fā)乃至投入使用，有效提高了工作效率，減輕工作負(fù)擔(dān)。本人根據(jù)臨床需求，設(shè)計(jì)的語音自動播放模塊，利用簡單、低廉的電路元件解決了X線檢查中操作技師重復(fù)喊話的難題。播放的語音清晰、洪亮、標(biāo)準(zhǔn)，還可以錄制方言，更易取得患者的配合[16]；手閘控制設(shè)計(jì)，使操作技師只需按照平時(shí)習(xí)慣操作設(shè)備即可，在需要語音指令時(shí)會自動播放，避免了操作技師的重復(fù)口述，降低了工作負(fù)擔(dān)。特別是該系統(tǒng)使用繼電器進(jìn)行控制，繼電器僅作為開關(guān)[17-18]，不會對設(shè)備產(chǎn)生任何不利影響；所用電路原理簡單、元件便宜、容易購買，有電路基礎(chǔ)的工作人員都可以學(xué)習(xí)安裝，具有較高的實(shí)用價(jià)值和社會價(jià)值。

[參考文獻(xiàn)]

[1] Nathalia Peixoto, Hossein Ghaffari Nik, Hamid Charkhkar.Voice controlled wheelchairs: Fine control by humming[J].Comput Methods Programs Biomed,2013,112(1):156-165.

[2] 王延明.X線機(jī)自動屏氣曝光裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].中國醫(yī)療器械雜志,2009,33(1):76.

[3] 汪海濤.淺析X線照片中常見偽影產(chǎn)生的原因[J].中國醫(yī)學(xué)創(chuàng)新,2009,6(12):107-108.

[4] 徐同江,劉建新.常規(guī)X線攝影增設(shè)語音播放器的研究與設(shè)計(jì)[J].中華放射學(xué)雜志,2011,45(8):790-791.

[5] 張建民.X光機(jī)語音控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].動力與電氣工程,2009,(20):101.

[6] 范會敏,何鑫.中文語音合成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用,2017,26(2):73-77.

[7] 張焱魁,黨景,楊國瑞,等.遙控式駕駛員科目三考試語音提示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].智能計(jì)算機(jī)與應(yīng)用,2015,5(6):81-83.

[8] 周建.F78-Ⅱ型X線機(jī)曝光不止檢修[J].實(shí)用放射學(xué)雜志,2002,18(6):479.

[9] 曹軍.語音模塊與X線機(jī)連接自動呼令裝置[J].實(shí)用放射技術(shù)雜志,2005,9:44-45.

[10] 韓東波,曾兵,葛良全,等.基于SPCE061A的語音控制智能小車設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測量與控制,2007,15(9):1183-1185.

[11] 齊現(xiàn)英,付海鴻,魯雯,等.基于WT588D的高頻X線機(jī)智能語音提示系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志,2012,29(3):3397-3400.

[12] 周艷芝.醫(yī)用送藥裝置:中國,CN201375640[P].2010.

[13] 齊志華,吳冬云,朱貴忠.基于TTS技術(shù)的“人聲語音定時(shí)提醒”系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2012,33(1):45-46.

[14] 姚旭禹,湯莉莉,黃思嘉.智能盲人拐杖的研究與設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2015,(27):61-62.

[15] 胡連珍,巫慧麗,李正紅.第三方物流貨場管理系統(tǒng)語音模塊的設(shè)計(jì)[J].福建電腦,2016,(1):38.

[16] 宋贊,雷益,段貴軍,等.影像檢查呼吸引導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代醫(yī)學(xué)儀器與應(yīng)用,2005,17(3):34-36.

[17] 林麒麟,包廣清,宋旭輝,等.基于語音識別的電梯輔助控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程,2017,45(3):544-548.

[18] 徐艷.智能廚寶控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電腦知識與技術(shù),2016,12(33):203-204.